ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΛΞΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α

Transcript

1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΛΞΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Βαγδάτης Παρασκευάς Φοιτητής.Π.Θ., Αδαµίδης Γεώργιος Επ. Καθ..Π.Θ. ΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών, Τοµέας Ενεργειακών Συστηµάτων Βασ. Σοφίας 12, Ξάνθη Τηλ , Fax Περίληψη Στην εργασία αυτή γίνεται αναφορά κυρίως στις διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος, οι οποίες εφαρµόζονται στα συστήµατα ηλεκτρικής κίνησης στην ηλεκτρική έλξη. Οι διατάξεις αυτές σκοπό έχουν, αφ ενός µεν να τροφοδοτήσουν τους κινητήρες των αµαξοστοιχιών και να τους οδηγήσουν σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του µηχανικού φορτίου και αφ ετέρου να επηρεάζεται όσο το δυνατόν λιγότερο το δίκτυο µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας εξ αιτίας της ανάδρασης του φορτίου. Επίσης µε τη χρήση των διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος το σύστηµα κίνησης λειτουργεί µε καλύτερο συντελεστή ισχύος, αφού οι διατάξεις αυτές µπορούν να λειτουργούν και στα τέσσερα τεταρτηµόρια µε αποτέλεσµα να αξιοποιείται, τις περισσότερες φορές, η ισχύς πέδης. Επίσης µε τη χρήση καινούριων ηµιαγώγιµων στοιχείων οι απώλειες λειτουργίας των διατάξεων αυτών βελτιώνονται. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κινητήρες, οι οποίοι χρησιµοποιούνται στην ηλεκτρική έλξη, είναι κινητήρες συνεχούς ρεύµατος, όταν η απαιτούµενη ισχύς δεν είναι µεγάλη και τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες και κυρίως βραχυκυκλωµένου δροµέα όταν η απαιτούµενη ισχύς είναι µεγάλη. Οι τριφασικοί κινητήρες εφαρµόζονται σε όλο το εύρος της απαιτούµενης ισχύος, δηλαδή από 100kW µέχρι µερικά MW. Επίσης για την ηλεκτρική έλξη αµαξοστοιχιών χρησιµοποιούνται και σύγχρονοι κινητήρες µε διέγερση, ενώ τα τελευταία χρόνια εφαρµόζονται και σύγχρονοι κινητήρες µε µόνιµο µαγνήτη. Σχήµα1α. Σύστηµα ηζελοηλεκτράµαξας [1] Πολλές αµαξοστοιχίες χρησιµοποιούν ηλεκτράµαξες, στις οποίες όλα τα συστήµατα ηλεκτρικής κίνησης εγκαθίστανται στην ηλεκτράµαξα όπου οι ηλεκτρικοί κινητήρες της ηλεκτράµαξας είναι µεγάλης ισχύος. Στην περίπτωση αυτή η ηλεκτράµαξα µπορεί να έχει µια ηζελοµηχανή (βλ. σχ.1α) για την παραγωγή της ενέργειας που απαιτείται. Μπορεί 1

2 όµως η ηλεκτράµαξα να τροφοδοτείται και από ένα µονοφασικό δίκτυο των 25kV και 50Hz όπως στην Ελλάδα ή 15kV και 16 2 Ηz, όπως ισχύει σε µερικές Ευρωπαϊκές χώρες. Υπάρχουν ηλεκτροκίνητα τραίνα που έχουν τα 3 συστήµατα ηλεκτρικής κίνησης κατανεµηµένα συµµετρικά σε περισσότερα βαγόνια κατά µήκος τους. Στην περίπτωση αυτή οι κινητήρες είναι περισσότεροι και µικρότερης ισχύος. Στο σχήµα 1α φαίνεται ένα σύστηµα ηζελοηλεκτράµαξας και στο σχήµα 1β ένα ηλεκτροκίνητο τραίνο µε κατανεµηµένο σύστηµα κίνησης. Η ηζελοµηχανή περιστρέφει µια σύγχρονη γεννήτρια, η οποία µετατρέπει τη µηχανική ισχύ σε ηλεκτρική. Στη συνέχεια η τριφασική τάση ανορθώνεται και τροφοδοτεί µε συνεχή τάση όλο το σύστηµα ηλεκτρικής κίνησης καθώς και τα κυκλώµατα οδήγησης-ελέγχου και αντιστάσεων πέδης. Η συγκεκριµένη ηζελοµηχανή του σχήµατος 1 µπορεί να τροφοδοτηθεί και από µονοφασικό δίκτυο µε τάση 1000V και συχνότητα 16 2 Hz. 3 Αρχικό βαγόνι Βαγόνι Μ/Σ Βαγόνι Μετατροπέων Βαγόνι Μπαταριών- Φορτιστών. Σχήµα1β. Ηλεκτρικό δίκτυο κίνησης ηλεκτροκίνητου τραίνου [3] Επίσης σε τέτοια ηλεκτροκίνητα τραίνα υπάρχουν και τα βοηθητικά φορτία, τα οποία είναι απαραίτητα για τη θέρµανση, τον κλιµατισµό της αµαξοστοιχίας και την ψύξη των ηλεκτροµηχανολογικών συστηµάτων, όπως των διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος, των ηλεκτρικών µηχανών κ.λ.π. Το σχήµα 1β δείχνει το ηλεκτροκίνητο τραίνο ICE- III το οποίο έχει 8 βαγόνια και το οποίο έχει µέγιστο µήκος 200 µέτρα. Μπορούν όµως δύο τέτοια τραίνα να συνδεθούν µεταξύ τους. Τα τέσσερα από τα οχτώ βαγόνια έχουν συστήµατα κίνησης ενώ τα υπόλοιπα τέσσερα είναι φέροντα. Το ICE-III µπορεί να έχει εγκατεστηµένο µονό σύστηµα, δηλαδή να λειτουργεί σε δίκτυο 15 kv και 16,7 Hz. Μπορεί όµως να έχει εγκατάσταση µε πολλαπλό σύστηµα, δηλαδή να λειτουργεί σε δίκτυο 15 kv και 16,7 Hz, σε δίκτυο 1,5 kv DC, 3 kv DC και 25 kv/50hz. Όπως φαίνεται στο σχήµα 1β, τα δευτερεύοντα του Μ/Σ τροφοδοτούν το καθένα δύο AC/DC µονοφασικούς µετατροπείς τεσσάρων τεταρτηµορίων µε αποτέλεσµα στην έξοδο των µετατροπέων να δηµιουργείται συνεχής τάση (DC) 670 V. Η τάση των 670 V συνδέεται µε κοινό ζυγό στους τριφασικούς αντιστροφείς, µε στοιχεία IGBT, οι οποίοι µετατρέπουν την συνεχή τάση σε τριφασική εναλλασσόµενη µε µέγιστη τιµή 400 V. Μερικοί από αυτούς τους αντιστροφείς τροφοδοτούν µε τριφασική τάση τα συστήµατα ψύξης, κλιµατισµού και θέρµανσης και οι υπόλοιποι τροφοδοτούν τα συστήµατα κίνησης για την έλξη του τραίνου. Ο κάθε κινητήρας έχει ονοµαστική ισχύ 500 kw και µέγιστο αριθµό στροφών 6000 rpm. Στο ζυγό των 670 V συνδέεται και ένας DC-DC µετατροπέας µε Μ/Σ υψηλών συχνοτήτων για την φόρτιση των µπαταριών, οι οποίες τροφοδοτούν µε χαµηλή τάση τα κυκλώµατα οδήγησης, ελέγχου και προστασίας του τραίνου. 2. ΗΛΕΚΤΡΑΜΑΞΕΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Αυτή τη στιγµή, από πλευράς Ηλεκτροκίνητων τραίνων και Ηλεκτραµαξών, στην Ελλάδα µπορούν σε ορισµένες σιδηροδροµικές γραµµές να λειτουργήσουν τα DESIRO και τα HellasSprinter τα οποία µπορούν να αναπτύξουν µεγάλες ταχύτητες. Στο σχήµα 2 φαίνονται τα συστήµατα ηλεκτρικής κίνησης του ηλεκτροκίνητου τραίνου DESIRO, το οποίο µπορεί να χρησιµοποιήσει ο ΟΣΕ στις γραµµές της Ελλάδας. Το ηλεκτροκίνητο τραίνο του σχήµατος 2, έχει δύο συστήµατα κίνησης. Το κάθε σύστηµα αποτελείται από έναν µετασχηµατιστή (Μ/Σ), από τους µετατροπείς (σύστηµα διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος SIBAC) για την τροφοδοσία των κινητήρων έλξης, τους µετατροπείς HBU για την τροφοδοσία των φορτίων των βοηθητικών λειτουργιών, τα φορτία των βοηθητικών λειτουργιών και από τους κινητήρες. Ο Μ/Σ έχει περισσότερα τυλίγµατα στο δευτερεύον. Τα δευτερεύοντα του Μ/Σ έχουν διαφορετικές τάσεις σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του συστήµατος. Για παράδειγµα άλλη τάση απαιτούν στην είσοδό τους οι ανορθωτικές διατάξεις του συστήµατος έλξης και άλλη οι ανορθωτικές διατάξεις των βοηθητικών φορτίων. 2

3 Όπως φαίνεται και στο σχήµα 2 ο κάθε µετατροπέας αποτελείται από δύο ζεύγη µονοφασικών ανορθωτών τεσσάρων τεταρτηµορίων. Το κάθε ζεύγος έχει δύο µονοφασικούς ανορθωτές, οι οποίοι συνδέονται παράλληλα, όπως φαίνεται στο σχήµα 3. Σχήµα 2. Ηλεκτροκίνητο τραίνο DESIRO [2] Σχήµα 3. ιάταξη ηλεκτρονικών ισχύος τεσσάρων τεταρτηµορίων (4-qS) [2] Στο σχήµα 3 φαίνονται δύο µονοφασικές ανορθωτικές διατάξεις τεσσάρων τεταρτηµορίων, οι οποίες είναι συνδεδεµένες παράλληλα. Η τάση εξόδου των ανορθωτών, αφού εξοµαλυνθεί, τροφοδοτεί τον αντιστροφέα δύο σηµείων. Τα ηµιαγώγιµα στοιχεία που χρησιµοποιούν οι µονοφασικές ανορθωτικές διατάξεις είναι IGBT µε αντιπαράλληλες διόδους. Με τη βοήθεια αυτών των ανορθωτών, µπορεί το σύστηµα ηλεκτρικής έλξης του ηλεκτροκίνητου τραίνου να λειτουργήσει στα τέσσερα τεταρτηµόρια (4-qS), γιατί στις διατάξεις αυτές µπορεί να αλλάξει και η φορά του ρεύµατος. Μέσα σε µια ηµιπερίοδο της εναλλασσόµενης τάσης κλείνουν οι διακόπτες των IGBT ώστε για µικρά χρονικά διαστήµατα να δηµιουργούνται βραχυκυκλώµατα µικρής διάρκειας. Με τον τρόπο αυτό το ρεύµα του δευτερεύοντος των τυλιγµάτων του Μ/Σ πλησιάζει περισσότερο την ηµιτονοειδή µορφή. Μεταβάλλοντας τη διάρκεια και τις χρονικές στιγµές αγωγής των ελεγχόµενων στοιχείων, µπορούµε να µεταβάλλουµε την άεργο ισχύ στην πλευρά εισόδου του ανορθωτή τόσο κατά την έλξη όσο και κατά την πέδη. Στο σχήµα 4α και 4β φαίνονται οι κυµατοµορφές της τάσης και του ρεύµατος στο δευτερεύον του Μ/Σ για πραγµατική-επαγωγική (cosφ>0) και πραγµατική-χωρητική άεργο ισχύ (cosφ<0) αντίστοιχα κατά την έλξη και στο σχήµα 4γ οι κυµατοµορφές της τάσεως και του ρεύµατος για πραγµατική-επαγωγική άεργο ισχύ κατά την πέδη. 3

4 Σχήµα 4α Σχήµα 4β Σχήµα 4γ Σχήµα 4. Παλµογραφήµατα ρεύµατος και τάσεως τροφοδοσίας [1] Στο σχήµα 5 φαίνονται τα διανυσµατικά διαγράµµατα των τάσεων στην έξοδο του Μ/Σ U F και στην είσοδο του ανορθωτή U St. Στο σχήµα 5α φαίνονται τα παραπάνω διανύσµατα κατά τη χωρητική και στο σχήµα 5β κατά την επαγωγική λειτουργία για µια διάταξη τεσσάρων τεταρτηµορίων 4-qS. 5α: Χωρητικό, 5β: Επαγωγικό ιανυσµατικά διαγράµµατα ανορθωτικών διατάξεων τεσσάρων τεταρτηµορίων [1] Σχήµα 6. Αντιστροφέας µε IGBT, κύκλωµα πέδης, κινητήρες [2] 4

5 Σχήµα 7. Αντιστροφέας, κινητήρας, και σύστηµα ελέγχου και οδήγησης [1] Η τάση εξόδου των ανορθωτών του σχήµατος 3, µετά την εξοµάλυνσή της, τροφοδοτεί έναν ελεγχόµενο τριφασικό αντιστροφέα δύο σηµείων. Τα ηµιαγώγιµα στοιχεία του αντιστροφέα είναι IGBT. Ο αντιστροφέας αυτός, µε βάση την επιλεγόµενη µέθοδο οδήγησης και ελέγχου, τροφοδοτεί στην έξοδό του δύο τριφασικούς κινητήρες βραχυκυκλωµένου δροµέα µε µεταβλητή τάση και µεταβλητή συχνότητα. Αυτά τα ηλεκτρικά µεγέθη µεταβάλλονται σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του φορτίου, δηλαδή της απαιτούµενης δύναµης έλξης και του επιθυµητού αριθµού στροφών των κινητήρων (ταχύτητα αµαξοστοιχίας). Στο σχήµα 6 φαίνεται ο αντιστροφέας µε τους κινητήρες και το κύκλωµα πέδης και στο σχήµα 7 ένα γενικό κύκλωµα οδήγησης και ελέγχου τριφασικού κινητήρα, το οποίο εφαρµόζεται στην ηλεκτρική έλξη. Στο σχήµα 8 φαίνονται οι µεταβολές της ροπής και του διανύσµατος του ρεύµατος συναρτήσει του χρόνου, µε βάση την επιθυµητή ροπή. Σχήµα 8. Κυµατοµορφές ροπής και διανύσµατος ρεύµατος [4] Επίσης από ένα δευτερεύον τύλιγµα του Μ/Σ τροφοδοτείται µέσω φίλτρων ένας µονοφασικός ανορθωτής (βλ. σχ. 2). Η ανορθωµένη τάση αυτού του ανορθωτή αντιστρέφεται µε έναν τριφασικό αντιστροφέα και στη συνέχεια τροφοδοτεί βοηθητικά φορτία, τα οποία είναι απαραίτητα σε µία αµαξοστοιχία. Τέτοια φορτία είναι τα συστήµατα κλιµατισµού, ένα πλήθος τριφασικών κινητήρων τα οποία χρησιµοποιούνται για εξαερισµό, για αντλίες λαδιού του Μ/Σ (P), για τον εξαερισµό των µετατροπέων (SR-L), για το συµπιεστή (Κ) κ.λ.π.. Επίσης από τη συνεχή τάση µέσω ενός DC-DC µετατροπέα τροφοδοτούνται µπαταρίες (φορτιστές) µε 24V. Με την τάση των 24V τροφοδοτούνται τα κυκλώµατα οδήγησης και ελέγχου. 3. ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΩΝ ΣΙ ΗΡΟ ΡΟΜΙΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Στους σχεδιασµούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι να συνδεθούν συγκοινωνιακά οι µεγάλες ευρωπαϊκές πόλεις µε σιδηρόδροµους και αµαξοστοιχίες µεγάλων ταχυτήτων. Οι ταξιδιώτες θα έχουν τη δυνατότητα να ταξιδεύουν στους προορισµούς τους µε µεγαλύτερη άνεση, µε µικρότερο κόστος και µε µικρότερο χρόνο ταξιδιού. Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες έχει σχεδιαστεί, να διπλασιαστούν οι σιδηροδροµικές γραµµές µεγάλων ταχυτήτων. Σκοπός τους είναι να 5

6 συνδεθούν οι µεγαλουπόλεις µεταξύ τους, έτσι ώστε οι ταξιδιώτες να µεταβαίνουν στον προορισµό τους χωρίς ανταποκρίσεις και σε σύντοµο χρόνο. Η προϋπόθεση γι αυτό είναι, να κατασκευαστούν γραµµές υψηλών ταχυτήτων σε όλες τις χώρες και µε τέτοιο σιδηροδροµικό δίκτυο που να συνδέουν τις µεγαλουπόλεις αφενός, και αφετέρου όλα τα τραίνα υψηλών ταχυτήτων να µπορούν να κυκλοφορήσουν σε όλες τις γραµµές υψηλών ταχυτήτων. Τα υπάρχοντα προβλήµατα, όπως για παράδειγµα η διαφορετική υποδοµή των σιδηροδροµικών γραµµών της µεταφοράς ενέργειας για την τροφοδοσία των ηλεκτρικών δικτύων των σιδηρογραµµών και των συστηµάτων προστασίας των τραίνων, πρέπει να αποµακρυνθούν. Οι εταιρείες σιδηροδρόµων και οι βιοµηχανίες έχουν συγκεντρώσει σ έναν κατάλογο τις απαιτήσεις τόσο των τραίνων όσο και των σιδηρογραµµών, για την εγκατάσταση ευρωπαϊκών δικτύων υψηλών ταχυτήτων. Στο σχήµα 9 φαίνεται το σιδηροδροµικό δίκτυο των ευρωπαϊκών χωρών του 2000 και του Τα ευρωπαϊκά τραίνα υψηλών ταχυτήτων πρέπει: - Να έχουν µέγιστο µήκος 400 m - Να έχουν το προφίλ σύµφωνα µε το UIC 505 και να λαµβάνουν υπόψη τους τις ιδιαίτερες απαιτήσεις των Γερµανικών και των Γαλλικών εταιρειών. - Να µπορούν να κινούνται και προς τις δύο κατευθύνσεις - Το µέγιστο βάρος του συστήµατος των τροχών να µη ξεπερνά το βάρος των 17 tn. - Το ύψος των βαγονιών να είναι µεταξύ 550 mm και 760 mm - Να κινούνται µε ταχύτητα τουλάχιστον 300 km/h - Να µπορούν να κινούνται σε όλα τα ευρωπαϊκά συστήµατα τροφοδοσίας ηλεκτρικών δικτύων για σιδηροδρόµους: 15 kv/16,7 Hz, 25 kv/50 Hz, 1,5 kv και 3 kv συνεχή τάση. - Η ασφάλεια του τραίνου και τα συστήµατα επικοινωνίας να πληρούν τις απαιτήσεις των ευρωπαϊκών δικτύων. Σχήµα 9. Το ευρωπαϊκό δίκτυο υψηλών ταχυτήτων α) του 2000, β) 2020 [4] Από τα παραπάνω προκύπτει, ότι θα πρέπει οι ελληνικοί σιδηρόδροµοι να εκσυγχρονιστούν ως προς την αντοχή καταπόνησης των σιδηρογραµµών στις µεγάλες ταχύτητες, στα συστήµατα προστασίας και επικοινωνιών, στην εγκατάσταση γραµµών ηλεκτρικής ενέργειας κατά µήκος των ηλεκτρικών γραµµών καθώς και µε την αγορά τραίνων µεγάλων ταχυτήτων. Με τον εκσυγχρονισµό των ελληνικών σιδηροδρόµων θα υπάρξει, εκτός από την άνετη και γρήγορη µεταφορά των πελατών και εξοικονόµηση ενέργειας. Με τις καινούριες µηχανές των τραίνων µπορεί να αξιοποιηθεί η ενέργεια πέδης. Η ενέργεια αυτή εξαρτάται από τον αριθµό των στάσεων (βλ. σχ. 12), αλλά και από τη µορφολογία του εδάφους της διαδροµής. Στο σχήµα 10 φαίνεται το γεωγραφικό προφίλ της διαδροµής από το Bergen στο Oslo µε το αντίστοιχο ποσό και ποσοστό εξοικονόµησης ενέργειας. Στο σχήµα 11 φαίνεται το γεωγραφικό προφίλ της διαδροµής από την Αθήνα στη Θεσσαλονίκη και από τη Θεσσαλονίκη στο Αµίντεο µε τα αντίστοιχα ύψη κατά µήκος της κάθε διαδροµής. Στις διαδροµές αυτές το ποσοστό εξοικονόµησης ενέργειας είναι πολύ µικρό, επειδή η ενέργεια πέδης δε µπορεί να επιστρέψει στο ηλεκτρικό δίκτυο αφού τέτοιο δίκτυο δεν υπάρχει. Ένα µικρό µόνο ποσοστό της ενέργειας πέδης αξιοποιείται στις αντιστάσεις θέρµανσης κατά τους χειµερινούς µήνες. 6

7 Σχήµα10. Γεωγραφικό προφίλ Bergen-Oslo µε το ποσοστό εξοικονόµηση ενέργειας [1] Σχήµα11. Γεωγραφικό προφίλ Αθήνα-Θεσσαλονίκη [5] Σχήµα12. Αποταµιευόµενη επί % ενέργεια συναρτήσει του αριθµού των στάσεων [1] 7

8 Τα τελευταία χρόνια έχει δοθεί µεγάλη έµφαση στην έρευνα σχετικά µε την εξοικονόµηση ενέργειας στους ηλεκτρικούς συρµούς. Στα πλαίσια αυτά έχει υπολογιστεί ο ενεργειακός ισολογισµός ενός συστήµατος κίνησης µεσαίων αποστάσεων όπως π.χ. ο προαστιακός σιδηρόδροµος. Σε µια τέτοια περίπτωση η επιστρεφόµενη ενέργεια είναι 42% που σηµαίνει ότι το καθαρό ενεργειακό κόστος που καταναλίσκεται είναι 58%. Από το καθαρό ενεργειακό κόστος το 30% καταναλίσκεται στην αντίσταση κίνησης και το υπόλοιπο 70% στις απώλειες του συστήµατος κίνησης. Το διάγραµµα ροής του σχήµατος 13 δείχνει τον ενεργειακό ισολογισµό µιας ηλεκτράµαξας µεσαίων αποστάσεων τόσο κατά την κίνηση όσο και κατά την πέδη. Ένα µεγάλο µέρος από αυτές τις απώλειες καταναλώνονται στο Μ/Σ. Οι περισσότερες ενεργειακές απώλειες εµφανίζονται κατά την εκκίνηση και κατά την πέδη όπου ο Μ/Σ υπερφορτίζεται. Στην πρώτη γραµµή της έρευνας βρίσκεται η µείωση των απωλειών στους Μ/Σ µε παράλληλη µείωση του βάρους τους. Για την περίπτωση αυτή µελετώνται εναλλακτικά συστήµατα (όπως υπεραγώγιµων υλικών υψηλών θερµοκρασιών- HTS ή τη χρήση Μ/Σ µεσαίων συχνοτήτων 0,4-1kHz), σε σύγκριση πάντα µε τους συµβατικούς Μ/Σ. Στο σχήµα 14 φαίνεται η σύγκριση απωλειών ενέργειας µεταξύ ενός συµβατικού Μ/Σ και ενός Μ/Σ µε υπεραγωγό υψηλών θερµοκρασιών. Σχήµα13. Ενεργειακός ισολογισµός µιας ηλεκτράµαξας µεσαίων αποστάσεων [4] Σχήµα14. Ενεργειακή κατανάλωση συµβατικού Μ/Σ και HTS-Μ/Σ [4] 8

9 Σχήµα15. Απώλειες διατάξεων µε στοιχεία Thyristor και GTO [1] Σχήµα16. Απώλειες διατάξεων µε στοιχεία GTO και IGBT [6] Επίσης είναι γνωστό ότι ένα µικρό µέρος των απωλειών των κινητήριων συστηµάτων στην ηλεκτρική κίνηση, καταναλίσκεται στις διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος. Οι απώλειες αυτές καταναλίσκονται τόσο στα ηµιαγώγιµα στοιχεία και κυρίως κατά τη διάρκεια της µετάβασης (έναυση και σβέση των στοιχείων), όσο και στα παθητικά στοιχεία τα οποία εγκαθίστανται στις διατάξεις, όπως τα Snubber ή τα κυκλώµατα εξαναγκασµένης σβέσης των στοιχείων των αντιστροφέων. Το σχήµα 15 δείχνει που καταναλίσκεται η ενέργεια, όταν οι διατάξεις χρησιµοποιούν θυρίστορ (Thyristor) και που όταν χρησιµοποιούν GTO-Thyristor (Gate Turn Off). Επειδή στα GTO δεν υπάρχουν τα κυκλώµατα µετάβασης οι απώλειες ελαττώνονται στο 60% των απωλειών των διατάξεων που χρησιµοποιούν θυρίστορ. Το σχήµα 16 δείχνει, που καταναλίσκεται η ενέργεια, όταν οι διατάξεις χρησιµοποιούν IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) και όταν χρησιµοποιούν GTO-Thyristor (Gate Turn Off) καθώς και το ποσοστό των απωλειών των IGBT σε σύγκριση µε τα GTO. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την εργασία αυτή προκύπτει ότι στην Ελλάδα θα πρέπει να βελτιωθούν οι σιδηρόδροµοι των µεγάλων αποστάσεων, ώστε αυτές να αντέχουν σε µεγάλες καταπονήσεις, δηλαδή στην κίνηση οχηµάτων αφ ενός µεν µεγάλων φορτίων αφ ετέρου δε υψηλών ταχυτήτων. Η εγκατάσταση µονοφασικών δικτύων γραµµών µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, µε όλα τα συστήµατα προστασίας και τηλεπικοινωνιών και σταθµούς µε κέντρα ελέγχου, θα βοηθήσουν να κινηθούν οχήµατα τελευταίας τεχνολογίας (τουλάχιστον αυτές που θα συνδέουν µεγάλες Ελληνικές πόλεις ή θα συνδέονται µε ευρωπαϊκές µεγαλουπόλεις) τα οποία θα µετακινούν µεγάλο αριθµό ατόµων και προϊόντων µε µεγαλύτερη ασφάλεια, σε µικρότερο χρόνο και µε µικρότερο κόστος. Η ίδια τεχνολογία µε µικρότερη ισχύς και µε µικρότερες ταχύτητες µπορεί να εφαρµοστεί σε µετρό όπως και σε προαστιακούς σιδηροδρόµους. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] Dipl.-Ing. Werner: Teich ABB Henschel AG [2] F. Hopfner: DESIRO OSE Gr. Komponentenschulung Traktion/ASG (2004) [3] Der Triebwagenzug für das europäische Hochgeschwindigkeitsnetz Siemens AG23 [4] Dr.-Ing. Wolf-Dieter Weigel: Moderne Drehstromantriebstechnik Stand und Perspektiven Sonderausdruck aus ZEVrail Glasers Annalen, Tagungsband SFT Graz 2002 [5] Die dieselelektrischen InterCity-Triebzüge DE-IC 2000 N für die Griechische Eisenbahn OSE, AEG [6] Dr.-Ing. Wolf-Dieter Weigel: Elektrische Bahnen an der Friedrich Alexander Universität Erlangen - Nürnberg [7] Andreas Steimel: Elektrische Triebfahrzeuge und ihre Energie Versorgung 9