Bez tytułu-27 - tts.infotransport.pl

26
Zygmunt Giziñski • Instytut Elektrotechniki
Tyrystorowy GTO
uk³ad regulacji
tramwaju 116N
opracowa³ i wykona³ Instytut Elektrotechniki. System ten
obejmuje równie¿ sterowanie prac¹ hamulców tarczowych
wózka œrodkowego (tocznego).
Zastosowany w tramwaju 116N uk³ad napêdowy i regulacyjny jest rozwiniêciem zastosowanego ju¿ w 16 tramwajach 105N2k tyrystorowego uk³adu regulacji produkowanego przez WOLTAN Sp. z o.o. wed³ug licencji Instytutu
Elektrotechniki.
Parametry techniczno
-ruchowe tramwaju 116N
techniczno-ruchowe
z napêdem pr¹du sta³ego
Niskopod³ogowy tramwaj cz³onowy typu 116N, produkowany od bie¿¹cego roku przez GEC Alsthom
KONSTAL S.A., oferowany jest w dwóch wersjach napêdowych: z silnikami asynchronicznymi produkcji
ELIN oraz napêdem pr¹du sta³ego wyprodukowanym
przez Instytut Elektrotechniki we wspó³pracy z Zak³adem WOLTAN Sp. z o.o.
Projekt uk³adu napêdowego z silnikami pr¹du sta³ego opracowa³ Instytut Elektrotechniki w 1997 r. Skrzynie dachowe
zawieraj¹ce przekszta³tniki tyrystorowe oraz pozosta³¹ aparaturê WN i NN wykona³ Zak³ad WOLTAN.
Mikroprocesorowy system sterowania i diagnostyki tramwaju, a tak¿e sterowania procesami rozruchu i hamowania
Typ napêdu
Bo 2 Bo
Masa w³asna tramwaju
29 Mg
Masa tramwaju obci¹¿onego
53 Mg
Liczba osi napêdowych
4
Liczba osi tocznych
2
Napiêcie pracy
400÷780 V
Moc silników
4×55 kW
Pr¹d rozruchu
2×50÷300A
Pr¹d hamowania
2×50÷230A
Minimalny stopieñ wzbudzenia
0,4
Maksymalna si³a rozruchowa
50 kN
Maksymalna si³a hamowania elektrodynamicznego
40 kN
Przyœpieszenie rozruchu do V = 30 km/h
1,2 m/s2
Przyœpieszenie rozruchu maksymalne
1,3 m/s2
OpóŸnienie hamowania s³u¿bowe
1,4 m/s2
OpóŸnienie hamowania awaryjne
3 m/s2
Prêdkoœæ maksymalna wagonu pustego
przy Uz = 650V
65 km/h
Prêdkoœæ techniczna wagonu
obci¹¿onego 2/3 na odcinku 600 m
35 km/h
Prêdkoœæ handlowa wagonu
obci¹¿onego 2/3 na odcinku 600 m
27 km/h
Fot. 1. Przekszta³tnik tyrystorowy
3 / 1998
3/98 strona 26
27
Napêd tramwaju
Tramwaj napêdzany jest czterema silnikami typu LTa-240
pr¹du sta³ego o wzbudzeniu szeregowym produkcji DOLMEL
DRIVES Ltd o mocy 55 kW ka¿dy.
Silniki po³¹czone s¹ w dwie niezale¿ne grupy po dwa
w szereg i regulowane s¹ za pomoc¹ osobnych przekszta³tników tyrystorowych GTO. Silniki zabudowane s¹ w pierwszym i trzecim wózku i napêdzaj¹ zestawy ko³owe za pomoc¹ przek³adni dwustopniowej.
Bezosiowy wózek œrodkowy wyposa¿ony jest w hamulce tarczowe (KNORR) zapewniaj¹ce skuteczne hamowanie
1/3 masy tramwaju.
Wszystkie zestawy ko³owe wyposa¿one s¹ w tarczowe
hamulce postojowe.
Maksymalnemu pr¹dowi rozruchu tramwaju 2×300 A
odpowiada si³a napêdowa 50 kN, zapewniaj¹ca maksymaln¹ wartoœæ przyspieszenia wozu pustego 1,3 m/s2, a dla
zakresu prêdkoœci 0÷30 km/h œrednia wartoœæ przyspieszenia wynosi ok. 1,2 m/s2.
Maksymalnemu pr¹dowi hamowania 2×230 A odpowiada si³a ok. 40 kN zapewniaj¹ca maksymalne opóŸnienie hamowania elektrodynamicznego 1,3 m/s2.
Przy wspó³dzia³aniu hamulców tarczowych wózka œrodkowego maksymalna wartoœæ opóŸnienia hamowania s³u¿bowego wynosi ok. 1,5 m/s2.
Zastosowany uk³ad regulacyjny zapewnia p³ynne os³abienie wzbudzenia silników, dziêki temu œrednia wartoœæ si³y
napêdowej w zakresie prêdkoœci 22÷42 km/h wynosi ok.
35 kN i odpowiada przyspieszeniu ok. 0,9 m/s2.
Uk³ad regulacji zapewnia hamowanie odzyskowe, oporowe lub odzyskowe oporowe przy sta³ej niezale¿nej od napiêcia sieci wartoœci sem silników 650÷750 V, dziêki temu
uzyskuje siê deklarowan¹ wartoœæ 40 kN si³y hamowania dla
napiêcia sieci trakcyjnej ni¿szej ni¿ 600 V. Uk³ad ten zapewnia hamowanie elektrodynamiczne z pe³nymi parametrami
równie¿ podczas zwarcia sieci trakcyjnej (Uz = 0).
Uk³ad elektryczny tramwaju
Dwie grupy silników zasilane s¹ przez oddzielne przekszta³tniki tyrystorowe GTO lub tranzystorowe IGBT.
W prototypowym tramwaju zastosowano tyrystory GTO
jako elementy pewniejsze, bardziej odporne na przepiêcia
i przetê¿enia pr¹dowe, sprawdzone ju¿ eksploatacyjnie w 17
tramwajach. Na ¿yczenie zamawiaj¹cego mo¿emy dostarczaæ
jednak przekszta³tniki IGBT opracowane i zbadane ju¿ laboratoryjnie w Instytucie Elektrotechniki. Takie rozwi¹zanie realizowane jest obecnie do serii trolejbusów dla Lublina.
Podczas rozruchu przekszta³tniki pracuj¹ z czêstotliwoœci¹
300 Hz, a faza w³¹czenia tyrystorów przesuniêta jest o 180°
el. Pr¹d rozruchu regulowany jest w granicach 50÷300 A
utrzymuj¹c sta³¹ zadan¹ przez motorniczego wartoœæ. Po
osi¹gniêciu prêdkoœci ok. 25 km/h nastêpuje w³¹czenie os³abienia wzbudzenia i samoczynna regulacja stopnia wzbudzenia od ok. 0,9 do 0,4 przy utrzymaniu sta³ej wartoœci pr¹du
wirników. Po osi¹gniêciu prêdkoœci ok. 40 km/h, przekszta³tniki przechodz¹ na pe³ne przewodzenie i realizowana jest
jazda przy pe³nym os³abieniu wzbudzenia 40%.
Rys. 1. Charakterystyka trakcyjna tramwaju 116N
FR - si³a rozruchowa, FHe - si³a hamowania elektrodynamicznego, FH - si³a hamowania s³u¿bowego (elektrodynamiczne + tarczowe)
Rys. 2. Przejazd tramwaju typu 116N, obci¹¿ony, 16,3 Mg, 650 V, 600 m
Rys. 3. Charakterystyka Is, Iz = f(V)
Is - pr¹d grupy silników, Iz - pr¹d sieci trakcyjnej
3 / 1998
3/98 strona 27
28
nych w uk³adzie tramwaju 116N zastosowano dodatkowo tyrystor THO odcinaj¹cy uk³ad
regulacyjny od sieci trakcyjnej gdy napiêcie
Uz < 400 V.
Po wy³¹czeniu tyrystora THO napiêcie
kondensatora filtru roœnie i gdy osi¹gnie
wartoœæ 750 V nastêpuje samoczynne w³¹czenie hamowania oporowego zapewniaj¹cego ¿¹dany moment hamuj¹cy.
Uk³ad sterowania tramwaju
Sterowanie tramwaju zrealizowane jest za
pomoc¹ systemu mikroprocesorowego sk³adaj¹cego siê ze sterownika tramwaju (PLC)
i mikroprocesorowego sterownika napêdu.
Sterownik tramwaju realizuje funkcje
trakcyjne oraz sterowanie hamulcami szynowymi i tarczowymi.
Sterownik napêdu steruje prac¹ przekszta³tników tyrystorowych, tyrystorami
hamowania odzyskowego i oporowego,
a tak¿e zabezpieczeniami nad pr¹dowymi
napiêciowymi oraz kontrol¹ i likwidacj¹
poœlizgu.
Przebieg procesów rozruchu i hamowania jest samoczynny. Realizowane s¹ funkcje zadane przez motorniczego za pomoc¹
Rys. 4. Schemat elektryczny tramwaju 116N
prze³¹czników umieszczonych na pulpicie
WS - wy³¹cznik g³ówny, LF-CF - filtr sieciowy, M - silnik trakcyjny, LM - d³awik wyg³adzaj¹cy, SR - stycznik jazdy, SW - stycznik os³abienia wzbudzenia, RH - opornica hamowania,
oraz rêcznego nastawnika jazda – hamowaPT - przekszta³tnik tyrystorowy, TG - tyrystor g³ówny GTO, THO - tyrystor hamowania odzyskonie. System realizuje rozruch ze sta³ym, zawego GTO, D - dioda
danym przez motorniczego, momentem napêdowym, p³ynne os³abianie wzbudzenia
Podczas hamowania obydwie grupy silników pracuj¹ nie- silników, a tak¿e jazdê jedn¹ grup¹ silników i jazdê do ty³u
zale¿nie. Zadana wartoœæ pr¹du silników regulowana jest z ograniczon¹ prêdkoœci¹ do 5 km/h z pe³nym momentem
przez przekszta³tniki tyrystorowe pracuj¹ce z czêstotliwoœci¹ napêdowym.
60÷600 Hz.
Silniki pracuj¹ jako szeregowe samowzbudne, a energia Wyposa¿enie elektryczne
zwracana jest do kondensatora filtru i sieci trakcyjnej. W za- Wyposa¿enie elektryczne umieszczone jest w trzech skrzykresie prêdkoœci powy¿ej 40 km/h nastêpuje dostosowanie niach na dachu tramwaju oraz w dwóch skrzyniach podwiesi³y elektromotorycznej silników do wartoœci napiêcia sieci szonych pod pod³og¹ przed pierwszym i za trzecim wózkiem.
przez samoczynne os³abianie wzbudzenia silników. Uk³ad taki
Trzy przekszta³tniki tyrystorowe GTO wraz z kondensatostosowany jest od wielu lat przez Instytut Elektrotechniki rem filtru i wy³¹cznikiem g³ównym znajduj¹ siê w skrzyni na
m.in. w tramwajach typu 106N i 105N2k.
dachu pierwszego cz³onu tramwaju.
Hamowanie odzyskowe realizowane dla napiêcia sieci
W przekszta³tnikach zastosowano tyrystory GTO 2500 V
trakcyjnej 750 V > Uz > 400 V.
– 1200 A, firmy WESTCOD SEMICONDUCTORS, sprawdzoPrzy braku mo¿liwoœci odbioru energii przez sieæ trakcyjn¹ ne ju¿ w 35 przekszta³tnikach eksploatowanych od roku
napiêcie filtru roœnie i gdy osi¹gnie wartoœæ > 750 V w³¹- w Warszawie.
czone zostan¹ tyrystory THR hamowania oporowego i dalej
W skrzyni umieszczonej na dachu trzeciego cz³onu znajrealizowane jest hamowanie oporowe. Przy zbyt niskim na- duje siê d³awik filtru, nawrotnik grupy drugiej silników i przepiêciu sieci lub zwarciu sieci trakcyjnej do masy hamowa- twornica statyczna, a tak¿e opornica hamowania RH6N.
W skrzyni podpod³ogowej cz³onu pierwszego znajduje siê
nie elektrodynamiczne dla V > 30 km/h by³oby ma³o efektywne. Si³a hamuj¹ca maleje równie¿ proporcjonalnie do d³awik wyg³adzaj¹cy i nawrotnik pierwszej grupy silników.
Sterownik mikroprocesorowy, nastawnik jazdy i pulpit
wartoœci napiêcia sieci. Dla zapewnienia wymaganej wartoœci opóŸnienia hamowania równie¿ w przypadkach awaryj- sterowniczy usytuowane s¹ w kabinie maszynisty.
3 / 1998
3/98 strona 28