Bez tytułu-28

10
Projekt tramwaju modułowego INCENTRO
zaprezentowany w Polsce
18 marca we W
roc³awiu odby³a siê zor
Wroc³awiu
zor-ganizowana przez Adtranz dla przedstawicieli przedsiêbiorstwo komunik
acji miejkomunikacji
skiej prezentacja koncepcji modu³owego
tramwaju INCENTRO
INCENTRO..
Tramwaj INCENTRO jest jednym z siedmiu
projektów modu³owych pojazdów szynowych w ramach nowej oferty tanich pojazdów (
4/98). Pierwsze tramwaje znajduj¹
siê obecnie w trakcie produkcji. Zosta³y one
zamówione przez miasto Nantes we Francji. Pierwszy egzemplarz budowany w zak³adach Adtranz w Norymberdze bêdzie ukoñczony w drugiej po³owie tego roku i zostanie
poddany testom. Do eksploatacji na ulicach
Nantes INCENTRO wejdzie na pocz¹tku
przysz³ego roku. Zamówiono 23 tramwaje,
z opcj¹ zakupu dalszych 16 w przysz³oœci.
Tramwaj INCENTRO zaprojektowany zosta³ jako oferta o charakterze uniwersalnym
dla ró¿nych u¿ytkowników. Konstrukcja
tramwaju sk³ada siê z typowych modu³ów
konstrukcyjnych, w oparciu o które mo¿na
zestawiæ pojazd w konfiguracji odpowiedniej
do lokalnych wymagañ. Mo¿e siê on sk³adaæ z wielu wagonów, które mog¹ byæ wykonane w wersji jedno- lub dwukierunkowej
Tramwaj dla Nantes
(drzwi po obu stronach wagonów). Stosownie do wymagañ u¿ytkownika mog¹ byæ
wykonane ró¿ne projekty plastyczne czo³a
tramwaju i wyposa¿enia przedzia³ów dla pasa¿erów.
Tramwaje INCENTRO s¹ niskopod³ogowe. Standardowa wysokoœæ pod³ogi nad
g³ówk¹ szyny wynosi 350 mm, ale mo¿e
byæ tak¿e mniejsza (np. 280 mm dla Wiednia). Wózki zosta³y wiêc zaprojektowane
w wersji z rozprzê¿onymi ko³ami (bez osi),
napêdzanymi silnikami trakcyjnymi za pomoc¹ przek³adni poprzecznej do osi ko³a. Rozwi¹zanie takie ma niew¹tpliwe zalety w postaci lepszego wpisywania siê tramwaju
w ³uki, ale wymaga odpowiedniego systemu
sterowania ko³ami. Wózki takiej budowy
produkowane s¹ ju¿ od kilku lat. Brak poprzecznej osi zestawu ko³owego nie sprawia
problemów w wykonaniu nisko po³o¿onej
pod³ogi na ca³ej d³ugoœci pojazdu. Wystaj¹ce ponad poziom pod³ogi zespo³y napêdowe s¹ umieszczone pod siedzeniami dla pasa¿erów na bokach pojazdu. W trakcie
dyskusji zwracano jednak uwagê, ¿e do
tramwajów na tor 1000 mm przejœcie dla
pasa¿erów poœrodku wagonu bêdzie wê¿sze
ni¿ w tramwajach na tor 1435 mm.
Do napêdu tramwaju zastosowano silniki
asynchroniczne klatkowe o mocy 45 kW
ka¿dy, sterowane falownikami wykonanymi
w technologii IGBT. Do sterowania zastosowano najnowszy system mikroprocesorowy
MITRAC, produkcji Adtranz.
Koncepcja tramwaju INCENTRO powsta³a w oparciu o doœwiadczenia zdobyte podczas produkcji i eksploatacji tramwajów
z zak³adów wchodz¹cych do koncernu: GT6
(kursowa³ kilka miesiêcy w 1997 r. w Warszawie), Eurotram (Strasburg, Porto) i Variotram (Chemnitz, Helsinki). Jest ona efektem
kompromisu miêdzy doskona³oœci¹ techniczn¹ a cen¹. Na bardzo drogie, ale jednoczeœnie jedne z naj³adniejszych na œwiecie
tramwaje Eurotram staæ tylko najbogatsze
miasta œwiata. Wysoka jest tak¿e cena pojazdów Variotram. INCENTRO jest ofert¹ o
znacznie ni¿szej cenie, ale jednoczeœnie
o wielu bardzo nowoczesnych, wypróbowanych rozwi¹zaniach technicznych.
Spotkanie we Wroc³awiu zosta³o przygotowane jako rodzaj warsztatów dyskusyjnych, podczas których przedstawiciele
przedsiêbiorstw komunikacji miejskiej wyra¿ali swoje opinie na pytania zawarte w przygotowanych ankietach, a prowadz¹cy czêœæ
techniczn¹ spotkania p. John Swanson
z Centrum Projektowania Pojazdów Tramwajowych w Norymberdze komentowa³ wyniki
ankiet i odpowiada³ na pytania dotycz¹ce
nierzadko szczegó³ów technicznych. Nastêpnie zaprezentowa³ wstêpn¹ koncepcjê tramwaju INCENTRO w wersji dla polskich miast.
Jest to pojazd 3-wagonowy, jednokierunkowy d³ugoœci 27,2 m i szerokoœci 2,4 m.
W zale¿noœci od przyjêtego uk³adu siedzeñ
móg³by on pomieœciæ maksymalnie do 214
Dane techniczne tramwaju A
ATT 6/5L
dla Nantes
Konfiguracja
5 sekcji, dwukierunkowy
D³ugoœæ
SzerokoϾ
Miejsc do siedzenia
2,4 m
78
Miejsc stoj¹cych
184
Masa w³asna
33 t
Prêdkoœæ maksymalna
Silniki trakcyjne
Koncepcja tramwaju w wersji polskiej
36,4 m
Falowniki
70 km/h
8 x 45 kW
IGBT typu HITRAM
4 / 1999
11
pasa¿erów. Masa ca³kowita wynosiæ bêdzie
28,5 t. Ka¿dy z wagonów by³by oparty na
jednym wózku napêdowym i wyposa¿ony
w jedno lub dwoje szerokich drzwi. Tramwaj
móg³by byæ produkowany we Wroc³awiu
w Adtranz Pafawag, który by³ gospodarzem
spotkania.
Tramwaj INCENTRO – po prawej wersja dla Nantes
Seminarium – Rekuperacja energii w pojazdach metra
W po³owie stycznia 1999 r. w siedzibie
Metra Warszawskiego odby³o siê, zorganizowane przez Ko³o Stowarzyszenia Elektryków Polskich przy Metrze i wspó³udziale Oddzia³u Warszawskiego SEP oraz Dyrekcji
Metra, seminarium na temat rekuperacji
energii elektrycznej przy hamowaniu w pojazdach trakcyjnych. Udzia³ w tym spotkaniu wziêli dyrektorzy i pracownicy s³u¿b eksploatacji i budowy metra oraz zaproszeni
goœcie z politechnik, instytutów i biur projektowych zwi¹zanych z warszawskim metrem, a tak¿e przedstawiciele firmy ALSTOM. Spotkanie to prowadzi³ prezes Ko³a
SEP kol. mgr in¿. B. Molak. W trakcie seminarium wyg³oszono cztery referaty.
Jako pierwszy wyst¹pi³ mgr in¿. J. Pabiañczyk, emerytowany pracownik CNTK,
z referatem zatytu³owanym: „Rozruch i hamowanie pojazdów trakcyjnych” i w zarysie
zaprezentowa³ s³uchaczom techniczno-historyczny rozwój elektrycznych silników
i napêdów trakcyjnych przy zasilaniu pr¹dem
sta³ym i przemiennym. Ukaza³ zamienne
wykorzystanie oporników uk³adu rozruchowego ograniczaj¹cego pr¹d rozruchu do
wspó³pracy z uk³adem hamowania elektrodynamicznego silnikami napêdowymi pojazdu oraz zalety wynikaj¹ce z ich stosowania.
W klasycznych uk³adach stycznikowo-oporowych z maszyn¹ pr¹du sta³ego jedynie napêd z silnikiem szeregowo-bocznikowym lub
bocznikowym ewentualnie obcowzbudnym
pozwala³ w ograniczonym zakresie zmian
prêdkoœci jazdy podczas hamowania na rekuperacjê energii do sieci zasilaj¹cej poprzez
przewzbudzanie uzwojenia bocznikowego.
Rozwój elementów i uk³adów energoelektronicznych spowodowa³ pojawienie siê trakcyjnych uk³adów choperowych z maszynami
pr¹du sta³ego, a nastêpnie falownikowych
z maszynami pr¹du przemiennego zarówno
indukcyjnymi, jak i synchronicznymi. Dopiero te uk³ady pozwoli³y na w miarê prosty
i regulowany w czasie sposób zwrotu czêœci energii kinetycznej pojazdu do sieci zasilaj¹cej. Wad¹ tych uk³adów, na któr¹ zwraca³ uwagê prelegent, jest dwustanowa
praca elementów energoelektronicznych
i zwi¹zany z tym impulsowy charakter obci¹¿enia sieci trakcyjnej.
Drugi referat, wyg³oszony przez przedstawicieli firmy ALSTOM, usystematyzowa³
s³uchaczom chronologicznie stosowanie poszczególnych rozwi¹zañ energoelektronicznych w tej firmie. W latach 50. odzysk energii realizowany by³ w tramwajach PCC
w ma³ym zakresie na jaki pozwala³a ówczesna aparatura ³¹czeniowa i nadwy¿ka wykorzystywana by³a do ogrzewania pojazdu.
W latach 70. firma produkowa³a pojazdy
z uk³adami chopperowymi pr¹du sta³ego,
a rekuperowan¹ energiê hamowania zwracano do sieci zasilaj¹cej lub wytracano
w opornikach hamowania przy zbyt du¿ym
napiêciu sieci trakcyjnej zwi¹zanym z brakiem mo¿liwoœci odbioru energii elektrycznej. Taki rozdzia³ energii przy hamowaniu
z ograniczeniem napiêciowym stosowany
jest do chwili obecnej. W latach 80. opanowano technikê komutacji szybkich tyrystorów do tego stopnia, ¿e pojawi³y siê w eksploatacji uk³ady falownikowe z silnikami
asynchronicznymi klatkowymi oraz z maszynami synchronicznymi. Energia hamowania
podobnie jak poprzednio jest oddawana do
sieci lub wytracana w opornikach hamowania. W drugiej po³owie lat 80. tyrystory
szybkie zostaj¹ zast¹pione przez tyrystory
GTO – s¹ one wy³¹czane pr¹dem bramki
i nie wymagaj¹ ju¿ uk³adu komutacyjnego
z pomocniczym tyrystorem, a jedynie obwodu odci¹¿aj¹cego tzw. snubbersa. Wad¹
tych zaworów jest moc pomocniczego Ÿród³a potrzebna do sterowania, szczególnie
przy wy³¹czaniu pr¹du tyrystora. Stanowi to,
obok czasów niezbêdnych do pewnego w³¹czenia pr¹du tyrystora, jedno z ograniczeñ
w mo¿liwoœciach wy³¹czania pr¹du zwarcia
w uk³adzie napêdowym. Od po³owy lat 90.
w firmie stosowane s¹ uk³ady falownikowe
z tranzystorami IGBT, które sterowane potencja³owo wymagaj¹ mniejszych mocy przy
sterowaniu ni¿ tyrystory przeznaczone do
prze³¹czania do porównywalnych mocy (pr¹dów i napiêcia). Dodatkowo zwiêkszona do4 / 1999
12
puszczalna czêstotliwoœæ prze³¹czania umo¿liwia ³atwiejsze kontrolowanie i wy³¹czanie
pr¹du zwarcia. Prelegenci zwracali uwagê
na towarzysz¹ce sterowaniu energoelektronicznych ³¹czników zjawiska wystêpuj¹ce
w obwodach silnopr¹dowych i na sposoby
ich ograniczania stosowane w ich firmie.
Trzeci referat, doc. dr. in¿. J. Zamojskiego z Zak³adu Trakcji Elektrycznej Instytutu
Elektrotechniki na temat „Wykorzystania energii rekuperacji”, dotyczy³ wyników obliczeñ
trakcyjno-energetycznych ró¿nych wariantów
taboru trakcyjnego dla warszawskiego metra w dwóch przypadkach z uwzglêdnieniem
i bez rekuperacji. Referent zaprezentowa³
w zbiorczych tablicach zestawienia przeliczeñ
trakcyjnych na trasie o profilu warszawskiego metra kilkunastu pojazdów osi¹gaj¹cych miêdzy stacjami okreœlone maksymalne prêdkoœci. Zwróci³ uwagê, ¿e pomimo
znacznych rozbie¿noœci w uzyskiwanych
wynikach zapotrzebowania energetycznego,
miêdzy innymi zale¿nie od przyjêtych metod
obliczeñ dla ró¿nych pojazdów, mo¿na generalnie oszacowaæ, ¿e w wyniku rekuperacji odzyskane zostanie oko³o 30% energii kinetycznej pojazdu jak¹ mia³ on w chwili
rozpoczêcia hamowania. Wniosek ten jest
zgodny z wynikami podawanymi w literaturze, chocia¿ przy porównaniach nale¿y zwracaæ baczn¹ uwagê na przyjmowany przez
autorów ró¿ny punkt odniesienia do oceny
zdolnoœci rekuperacyjnych.
Prelegent zwróci³ tak¿e uwagê, ¿e uk³ady z napêdem asynchronicznym nie musz¹
byæ energetycznie korzystne dla wszystkich
typów pojazdów trakcyjnych, chocia¿ w sposób szczególnie prosty przechodz¹ ze stanu pracy przy rozruchu pojazdu do odzysku
energii zwi¹zanej z jego hamowaniem. £¹czniki energoelektroniczne w ga³êziach falownika przy pracy uk³adu napêdowego równie¿
na wybiegu pojazdu musz¹ byæ prze³¹czane
i wydzielaj¹ siê w nich straty komutacyjne oraz sterowania, czego mo¿na unikaæ
w uk³adach choperowych, gdzie przechodzi
siê na charakterystyki naturalne silników.
Jednak inne zalety uk³adu napêdowego z falownikiem, jak stosunek mocy do masy (objêtoœci) silnika, czy zmniejszone wymagania
w zakresie przegl¹dów eksploatacyjnych
dziêki eliminacji wymiany szczotek, decyduj¹
o powodzeniu napêdu asynchronicznego
w trakcji elektrycznej.
Pojazdy metra podobnie do tramwajów,
ze wzglêdu na krótkie odcinki miêdzy przy-
stankami, a zatem czêste rozruchy i hamowania s¹ najkorzystniejszym przypadkiem do
rekuperacji energii. W metrze dodatkowo
czynnikiem sprzyjaj¹cym stosowaniu rekuperacji jest wiêksza regularnoœæ kursowania
pojazdów zwi¹zana z minimaln¹ liczb¹ czynników przypadkowych na trasie przejazdu.
Analizuj¹c czêstotliwoœæ kursowania
(liczba pojazdów na trasie metra), zak³adaj¹c przejmowanie ca³ej energii rekuperacji
z pojazdu zatrzymuj¹cego siê na pojazd ruszaj¹cy i œrednie obci¹¿enie istniej¹cego taboru w skali roku, autor oszacowa³ œredni¹
roczn¹ oszczêdnoœæ energetyczn¹ jak¹ uzyskanoby po zmodernizowaniu istniej¹cego
taboru. Zagadnienie op³acalnoœci modernizacji taboru pozosta³o spraw¹ na tyle otwart¹, ¿e wymagane by³oby okreœlenie czasu
zwrotu nak³adów. Na zakoñczenie autor zaprezentowa³ opracowane i wdro¿one w Polsce uk³ady choperowe na tyrystorach GTO
i tranzystorach IGBT, które s¹ zamontowane w nowych polskich niskopod³ogowych
tramwajach typu 112N i 116N produkcji
chorzowskiego KONSTALU. W warszawskim
taborze tramwajowym w ramach generalnego remontu s¹ równie¿ modernizowane
uk³ady napêdowe starych tramwajów typu 105N i wyposa¿ane we wspomniane
uk³ady choperowe zamiast oporników rozruchowych.
Ostatni referat doktorów A. Szel¹ga
i L. Mierzejewskiego z Zak³adu Trakcji
i Urz¹dzeñ Elektrycznych Instytutu Maszyn
Elektrycznych Politechniki Warszawskiej zatytu³owany „Wp³yw wprowadzenia taboru
z rekuperacj¹ energii na warunki funkcjonowania uk³adu zasilania pr¹du sta³ego” zosta³
przez autorów rozszerzony o przedstawienie
wszystkich koncepcji rekuperacji energii z jakim mo¿na spotkaæ siê w literaturze.
Pierwsza grupa rozwi¹zañ zawiera³a rekuperacjê energii w ramach pojazdu, przy
czym energia ta s³u¿y³a do potrzeb w³asnych
pojazdu lub magazynowana by³a w zasobnikach (elektrochemicznych – akumulatorach, lub mechanicznych – bezw³adnikach)
i wykorzystywana podczas rozruchu w celu
zmniejszenia zapotrzebowania mocy szczytowej.
Druga grupa rozwi¹zañ dotyczy rekuperacji energii kinetycznej pojazdu na sieæ trakcyjn¹. W tym przypadku spotykane s¹ dwa
warianty – energia rekuperacji przekazywana jest sieci¹ trakcyjn¹ do drugiego pojazdu, który w najkorzystniejszym przypadku
bêdzie w stanie rozruchu lub energia rekuperacji jest przetwarzana na podstacji trakcyjnej do sieci elektroenergetycznej.
Trzeci mo¿liwy wariant jest podobny do
rozwi¹zania sprawdzonego ju¿ na pojeŸdzie
i polega na magazynowaniu nadwy¿ek z rekuperowanej energii w stacjonarnych akumulatorach inercyjnych (bezw³adnikach) na
podstacjach trakcyjnych.
Autorzy prezentowali w zwiêz³y sposób
wymagania od uk³adu zasilaj¹cego oraz
wady i zalety ka¿dego z wariantów, a tak¿e
uzyskiwane i opublikowane wyniki badañ,
z uwzglêdnieniem ka¿dorazowo wystêpuj¹cych uwarunkowañ. W ka¿dym przypadku
odnoszono omawiane rozwi¹zanie do warunków polskich. Zwrócono szczególn¹ uwagê na zjawiska kompatybilnoœci uk³adu
zasilania z uk³adami sterowania ruchem,
ograniczania prêdkoœci jazdy i ³¹cznoœci.
Uk³ad zasilania z aktywnymi w czasie hamowania taboru Ÿród³ami energii elektrycznej
o zmiennych parametrach mo¿e staæ siê obszarem wystêpowania rezonansów parametrycznych i zwi¹zanych z nimi zak³óceñ
wp³ywaj¹cych ewentualnie na pozosta³e
uk³ady.
Dyskusja, jak¹ wywo³a³y wspomniane
referaty, dotyczy³a aplikacji pojazdów z rekuperacj¹ energii w warszawskim metrze.
Tabor w nastêpnych dostawach dla metra
wyposa¿ony bêdzie w naturalne uk³ady
z mo¿liwoœci¹ rekuperacji energii. Efektywniejsze wykorzystanie tych w³aœciwoœci bêdzie mo¿liwe ju¿ po nieznacznych przeróbkach w aktualnie pracuj¹cym uk³adzie
zasilaj¹cym. Technicznie mo¿liwe s¹ równie¿
do wykonania uk³ady sprzêgaj¹ce poszczególne zasilacze na podstacjach trakcyjnych
po stronie pr¹du sta³ego pozwalaj¹ce zwiêkszyæ obszar, a zatem liczbê pojazdów zdolnych do przejmowania odzyskanej energii
hamowania jednego pojazdu. W istniej¹cych
podstacjach zasilaj¹cych metro jest te¿
mo¿liwe wstawienie uk³adów transformacji
energii pr¹du sta³ego do sieci elektroenergetycznej. Zastosowanie któregokolwiek rozwi¹zania wymagaæ bêdzie jednak szeregu
kroków sprawdzaj¹cych kompatybilnoœæ takiego systemu zasilania z pozosta³ymi systemami istniej¹cymi w warszawskim metrze
oraz czy rozwi¹zania te spe³ni¹ wymagania
bezpieczeñstwa przeciwpora¿eniowego obs³ugi i pasa¿erów.
Józef D¹browski
4 / 1999