Bez tytułu-27 - tts.infotransport.pl
Transkrypt
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