Ocena wątku:
  • 1 głosów - średnia: 5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Lokomotywy elektryczne i EZT - opis działania
#1
1. Zasilanie

Elektryczne pojazdy trakcyjne nie posiadają własnego źródła napędu. Silniki tych pojazdów są zasilane przez prąd wytworzony w elektrowniach stałych, a następnie poprzez linie zasilające, podstacje i przewody trakcyjne przesyłany do pojazdów. Systemy zasilania można podzielić ze względu na rodzaj prądu, napięcie, liczbę faz, częstotliwość.
Do najpowszechniejszych należą:

1)system prądu stałego. Napięcie robocze wynosi od 500V do 3kV, przy czym niskie napięcia stosowane są przy elektryfikowaniu krótkich odcinków. W Polsce zasadniczo użytkuje się w systemie zasilania dwie wartości napięć: 600V (sieci tramwajowe i WKD) oraz 3kV (sieć kolejowa). System prądu stałego był pierwszym systemem elektryfikacji kolei. Wynika to przede wszystkim z faktu, że nie istniała prądnica prądu przemiennego. Zaletą tego systemu jest brak konieczności wyposażania lokomotyw w prostowniki, co zmniejsza ich koszta. Ogromną wadą jest trudność prostowana wysokich napięć i dużych prądów, co pociąga za sobą konieczność stosowania większych przekrojów sieci trakcyjnej, a także mniejszych odległości między podstacjami. Wszystko to powoduje, że odchodzi się od systemów prądu stałego na rzecz innych systemów zasilania, zwłaszcza, że rozwój technologii półprzewodnikowych zmniejsza koszta przekształtników.

2) systemy prądu przemiennego o obniżonej częstotliwości. Niedoskonałość silników prądu przemiennego na częstotliwość przemysłową spowodowała elektryfikację prądem przemiennym o obniżonej częstotliwości (do 16 2/3 Hz). Komplikuje to poważnie zagadnienia zasilania, ponieważ wymagane jest budowanie osobnych elektrowni bądź stosowanie przetwornic częstotliwości. Zasadniczą zaletą tego systemu był brak konieczności prostowania prądu, co pozwalało na znaczne podwyższenie napięć, co z kolei umożliwiło stosowanie sieci o mniejszym przekroju i rzadziej rozmieszczonych podstacji. Także rozruch lokomotyw zasilanych tego typu prądem był bardziej ekonomiczny. Rozwój technologii półprzewodnikowych spowodował, że budowanie sieci tak zasilanych jest nieopłacalne.

3) systemy prądu przemiennego o częstotliwości przemysłowej. Sieć jest zasilana bezpośrednio z krajowej sieci energetycznej poprzez zwykłe stacje transformatorowe. Umożliwia to stosowanie dowolnie wysokich napięć (zwykle 25kV). Także rozruch w tak zasilanych pojazdach jest łatwiejszy i bardziej ekonomiczny. Poważną wadą tego systemu jest znaczny wpływ na urządzenia telekomunikacyjne oraz urządzenia zabezpieczenia ruchu, co wymaga stosowania urządzeń ochronnych. Jest to najnowocześniejszy system elektryfikacji kolei.

Zarządy kolejowe zwykle elektryfikują całą sieć jednym systemem, jednak jeżeli powstaje punkt na sieci, gdzie stykają różne systemy (wchodzą w to także stacje graniczne) buduje się tzw. stacje stykowe (które umożliwiają zmianę napięcia w sieci) lub stosuje się pojazdy dwu- lub wielosystemowe, rzadziej pojazdy spalinowe. Rozwój technologii półprzewodnikowych ułatwia budowanie pojazdów wielosystemowych, co zmniejsza problemy przy zmianie systemu elektryfikacji.

2. Rozruch pojazdu

Silniki w momencie podania napięcia pobierają bardzo duży prąd, który maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika. Aby ograniczyć to uderzenie prądowe, a także zapewnić przyczepność pojazdu do toru oraz płynny rozruch stosuje się układy rozruchowe. Zastosowany w pojeździe układ rozruchowy jest ściśle związany z systemem elektryfikacji (np. system prądu stałego uniemożliwia zastosowanie transformatora z odczepami) oraz zastosowanego silnika (przykładowo silnik asynchroniczny wymusza zastosowanie falownika). Do najpowszechniejszych układów rozruchowych należą: oporowy, tyrystorowy, impulsowy oraz transformator z odczepami :

1. Rozruch oporowy. Działanie tego układu polega na wyłączaniu z obwodu kolejnych oporników, które są połączone szeregowo z silnikiem lub grupą silników. Oporniki ograniczają prąd, a co za tym idzie-prędkość obrotową silnika. Sterowanie tego typu rozruchem może być:
a)bezpośrednie-w tym układzie nastawnik jazdy jest bezpośrednio połączony z odbierakami prądu, włącza i wyłącza oporniki oraz przełącza bieguny silnika. Przy sterowaniu bezpośrednim przez nastawnik płynie całkowity prąd silników, co powoduje, że przy wyższych napięciach obsługa takiego nastawnika jest niebezpieczna, a sam nastawnik-bardzo duży. Sterowanie bezpośrednie stosuje się raczej w pojazdach komunikacji miejskiej oraz lokomotywach przemysłowych, o napięciu pracy do 800V.
b)sterowanie pośrednie-w tym układzie wszystkie zmiany w obwodzie głównym odbywają się za pomocą styczników, które zasilane są przez niskie napięcia (zwykle 24V lub 110V). Pracą styczników steruje wał kułakowy napędzany przez nastawnik w kabinie (system niesamoczynny) lub przekaźnik samoczynnego rozruchu (system samoczynny). Zaletą tego systemu jest bezpieczeństwo pracy obsługi oraz możliwość sterowania wielokrotnego (poprzez niskie napięcie podane na połączone obwody sterownicze, które wywołuje identyczne zmiany w obwodach głównych lokomotyw lub jednostek), wadą natomiast-niebezpieczeństwo awarii stycznika oraz koszta tych aparatów.
W ostatnich latach przeprowadza się modernizacje polegające na zastosowaniu komputerów do sterowania stycznikami, jednak praktyka pokazuje, że rozwiązanie to na chwilę obecną nie sprawdza się.
Niezależnie od zastosowanego sterowania rozruch oporowy charakteryzuje się znacznymi stratami mocy przy rozruchu, jednak jest niewrażliwy na wahania napięcia w sieci. Obecnie odchodzi się od tego układu na rzecz mniej stratnych.

2) Rozruch impulsowy-polega na zastosowaniu tyrystorów lub tranzystorów mocy do przerywania prądu zasilającego silnik. Powoduje to zmianę średniego prądu płynącego przez silnik-a w konsekwencji zmianę prędkości obrotowej silnika. Tyrystory załączane są przez komputer sterowany zadajnikami. Tego typu rozruch zapewnia duży komfort pracy maszynisty-nie musi on obserwować amperomierzy, a także kontrolować na bieżąco wahań prędkości, ponieważ komputer automatycznie dobierze prąd do zadanej mocy lub prędkości. Taki układ rozruchowy umożliwia także hamowanie silnikami. Inną zaletą są niewielkie straty mocy, niewątpliwą wadą-cena urządzeń oraz wrażliwość na wahania napięcia.

3)Falownikowy układu rozruchu. Falownik jest to urządzenie, które przetwarza prąd stały (jeżeli zasilanie podaje napięcie przemienne jest ono najpierw prostowane) na prąd przemienny o zmiennej częstotliwości. Nie zagłębiając się w szczegóły budowy silnika powiemy tylko, że prędkość tego typu silnika zależy od częstotliwości. Zaletą tego układu jest możliwość osiągania dowolnie dużych prędkości (zależnych tylko od typu falownika i silników), małe straty mocy, duży komfort pracy obsługi (całość sterowania odbywa się za pomocą kilku zadajników), płynny rozruch i hamowanie oraz możliwość zwrotu prądu do sieci. Ogromną wadą jest niemożliwość naprawy falownika w warunkach lokomotywowni (prawie każda awaria wymusza jego wymianę lub naprawę przez wykwalifikowaną kadrę) oraz znaczna czułość na zmiany napięć.

3. Maszyny pomocnicze

Maszyny pomocnicze w elektrycznych pojazdach trakcyjnych to głównie przetwornice i różnego rodzaju silniki.
1) Przetwornica jest urządzeniem służącym do przekształcania prądu stałego (na prąd stały o innej wartości lub przemienny). Zasadniczo stosuje się dwa rodzaje przetwornic:
a)elektromaszynowa (wirująca)-składa się ona z dwóch połączonych wspólnym wałem maszyn: silnika prądu stałego i prądnicy. Silnik zasilany jest napięciem bezpośrednio z sieci (wysokim) natomiast prądnica napędzana przez niego napędzana wytwarza napięcie stałe o wartości zazwyczaj 24V lub 110V lub przemienne o wartości 220V i częstotliwości 500Hz (przetwornice oświetleniowe). Poza silnikiem i prądnicą na wale często osadzony jest wentylator chłodzący maszyny, w niektórych pojazdach służy on także pomocniczo do chłodzenia silników trakcyjnych. Wadą przetwornic wirujących jest relatywnie niska sprawność oraz głośna praca (zwłaszcza uciążliwa w pojazdach pasażerskich), zaletą prostota konstrukcji. Obecnie wymienia się przetwornice wirujące na statyczne.
b)przetwornica impulsowa (statyczna)-jest to układ przekształtnikowy, który przetwarza napięcie bez użycia maszyn wirujących. Zaletą tego rozwiązania jest bardzo cicha praca, jednak przy wyższych częstotliwościach (przetwornice oświetleniowe) praca staje się słyszalna (charakterystyczny, nieprzyjemny pisk).
Napięcia uzyskane za pomocą przetwornic wykorzystuje się do sterowania i oświetlenia pojazdów trakcyjnych, a także do zasilania silników małej mocy.
2)Silniki
Są to wszelkie silniki, których zadaniem jest napędzanie urządzeń pomocniczych, przede wszystkim wentylatorów silników trakcyjnych i sprężarek. Niezależnie od nich istnieją silniki małej mocy służące do napędu wycieraczek, pomp olejowych, prędkościomierzy, wałów kułakowych, wentylatorów rezystorów rozruchowych itp. Nie zagłębiając się w szczegóły powiemy tylko, że są to zwykle silniki szeregowe a ich wykonanie zależy od zastosowania.

4. Aparaty elektryczne w pojazdach trakcyjnych

Aparaty w pojazdach trakcyjnych można podzielić ze względu na wykonywane funkcje na: łączeniowe, sterujące, zabezpieczające, sygnalizujące i pomiarowe. Do najważniejszych aparatów należą:
1) odbieraki prądu-ich zadaniem jest zapewnienie połączenia elektrycznego sieci trakcyjnej i obwodów wysokiego napięcia. W Polsce pojazdy trakcyjne zasadniczo posiadają dwa odbieraki, przy czym używany jest jeden (zależnie od kierunku jazdy), a drugi stanowi rezerwę.
2) łączniki-służą do zamykania i otwierania obwodów elektrycznych. Ich budowa, prąd i napięcie znamionowe oraz napęd zależy od przeznaczenia.
3)wyłączniki-są to takie łączniki, które mogą przerywać obwód z prądem większym od znamionowego prądu urządzeń chronionych. Wyłączniki dzielimy na szybkie i nieszybkie. Wyłączniki szybkie stosowane są w lokomotywach w celu zabezpieczenia obwodu przed przepływem prądu o zbyt dużej wartości, który może powstać wskutek przeciążenia lub zwarcia. Zadaniem wyłącznika szybkiego jest odcięcie obwodu głównego od sieci zgodnie z zamiarem maszynisty lub samoczynnie na skutek zadziałania aparatów współpracujących (przekaźników nadmiarowych) lub jego elementu wyzwalającego. W EZT wyłączników szybkich nie stosuje się, rolę zabezpieczenia pełnią przekaźniki nadmiarowe, które współpracują ze stycznikami liniowymi .
4)rezystory-stosowane są do rozruchu (rozruch oporowy) oraz ograniczania prądu w tych obwodach, gdzie jest to konieczne. Rezystory dzielimy na dwie grupy: dla dużych obciążeń (do 250A) oraz małych obciążeń (do 30A). Rezystory wykonywane są jako blachy z materiałów o dużej rezystancji lub w postaci drutu nawiniętego na porcelanową rurkę.
5) odgromniki- ich zadaniem jest zabezpieczenie przed skutkami wyładowań atmosferycznych i przepięć. Stosuje się odgromniki rożkowe, kondensatorowe i magnetyczno-zaworowe
6)zawory elektropneumatyczne- sterują one przepływem powietrza. Składają się z głowicy z tłoczkami lub kulkami do otwierania i zamykania kanałów przepływu sprężonego powietrza oraz cewki i kotwicy.
7)przyrządy kontrolne i pomiarowe-służą do kontroli pracy urządzeń. Rozmieszczone są one na pulpicie w sposób umożliwiający ciągłą kontrolę ich wskazań. Do najważniejszych przyrządów pomiarowych należą: woltomierze (do pomiaru napięcia w sieci oraz napięć przetwornicy i baterii), amperomierze (mierzą prąd poszczególnych grup silników, a także obwodu przetwornicy) oraz manometry wskazujące ciśnienie powietrza w poszczególnych elementach obwodu hamulcowego. Oprócz wymienionych przyrządów stosuje się inne wskaźniki, najczęściej w postaci lampek, do informowania o stanie pracy poszczególnych obwodów oraz sygnalizowania awarii.

5. Baterie akumulatorów

Jest to dodatkowe źródło prądu elektrycznego w pojazdach elektrycznych. Jego zadaniem jest zasilanie obwodów sterowania i oświetlenia awaryjnego w przypadku zaniku napięcia w sieci lub awarii przetwornicy. Służą one także do zasilania obwodu tzw. małej sprężarki-urządzenia służącego do sprężenia powietrza w przypadku, gdy jego ciśnienie jest za niskie aby podnieść pantograf (po dłuższym postoju itp.).


Przy okazji mogę oficjalnie podziękować koledze @Obleśny Szczur za pomoc w pisaniu artykułu.
Po pierwsze, wolę pić wódkę niż pisać wiersze.
PL-KSL



Podobne wątki…
Wątek: Autor Odpowiedzi: Wyświetleń: Ostatni post
  Elektryczne zespoły trakcyjne - ogólne informacje o budowie rustsaltz 0 8 705 10.10.2010, 18:37
Ostatni post: rustsaltz

Skocz do:


Użytkownicy przeglądający ten wątek:
1 gości

Polskie tłumaczenie © 2007-2024 Polski Support MyBB MyBB, © 2002-2024 Melroy van den Berg.