TEMA 4. VEHICLE ELECTRICE MOTOARE ALIMENTATE DE LA LINIE DE CONTACT DE CRENT ALTERNATIV (VEHICLE ELECTRICE PENTR TRACTINEA FEROVIARA) 4.. Intoducee In tactiunea electica eoviaa se olosesc umatoaele sisteme de electiicae, enumeate in odinea conologica a apaitiei lo: sistemul cuentului altenativ tiazat, cu ecvente inte 5 si 40 Hz si tensiuni de 0.75-0 kv, aplicat la pimele electiicai eoviae in Elvetia si nodul Italiei; sistemul cuentului continuu, cu tensiunea de.5 kv, aspandit in Fanta (patial), Olanda, Japonia, etc., espectiv de 3 kv, aplicat in Cehia si Slovacia (patial), Polonia, Italia, Belgia; sistemul cuentului altenativ monoazat cu ecventa joasa de 6 /3 Hz si tensiunea de 5 kv, utilizat in Gemania, Elvetia, Austia, Novegia, Suedia, espectiv cu ecventa joasa de 5 Hz si tensiunea de kv, aplicat patial in SA; sistemul cuentului altenativ monoazat cu ecventa industiala (50 sau 60 Hz) si tensiunea de 5 kv, aspandit in Rusia, ngaia, Bulgaia, Anglia, Fanta (patial), etc. Acest din uma sistem de electiicae eoviaa s-a consacat in ultimul timp datoita avantajelo tehnico-economice pe cae le poseda compaativ cu celelalte sisteme. El a ost adoptat atat in taile cae au tecut mai ecent la electiicaea cailo eate, cat si in taile cae au deja etea eoviaa electiicata int-unul din celelalte sisteme, da cae isi continua electiicaea cailo eate. Sistemele de alimentae ale tactiunii eoviae au deteminat dieite tipui opeationale de VEM neautonome. In continuae se vo pezenta tei exemple de VEM neautonome pentu tactiunea eoviaa. 4.. Locomotiva electica omaneasca LE-060-EA 4... Genealitati Locomotiva electica omaneasca a ost poiectata pentu alimentaea in cuent altenativ monoazat, 50 Hz si 7 kv, la o putee de 500 kw, distibuita pe cele 6 motoae electice de 850 kw iecae. Apaatul de ulae, cae se spijina pe CR, este alcatuit din oti si 6 osii motoae, distibuite in mod egal pe cele doua boghiui. Acestea se spijina pe apaatul de ulae pin intemediul suspensiei pimae elastice, din acui lamelae. Fiecae osie motoae este antenata individual. Sasiul locomotivei se spijina pe boghiui pin intemediul suspensiei secundae, cu acui. Cele doua boghiui sunt legate pint-un cuplaj elastic, astel incat sa existe posibilitatea otiii acestoa in plan oizontal ata de cutie, pentu inscieea mai usoaa in cube. Avand in vedee pincipiul constuctiv al patii mecanice a locomotovei electice, omula osiilo pentu aceasta este C o - C o, ceea ce inseamna ca apaatul de ulae al locomotivei cupinde boghiui, iecae cu tei osii antenate individual. 4... Schema de ota Cicuitul pincipal de ota al locomotivei electice de c.a. monoazat, 50 Hz, 5 kv este pezentat in igua 4.. in cae:
Fig. 4.. Schema de ota a locomotivei de c.a. monoazat, 50 Hz, 5 kv.
(,) pantogaele (culeg cuentul monoazat de la LC); (3,4) sepaatoae monopolae de acopeis; (5) descacato cu ezistenta vaiabila; (6) inteupto automat pincipal(disjuncto); (7) tansomato de cuent pentu apaatele de masua de pe pupitul de comanda; (8) sepaato cu cutit de punee la pamint; (9) tansomato pincipal de alimentae cu 0 de pize in pima; (0) gaduato; () tansomato de tactiune cu o inasuae pimaa si 6 inasuai secundae; () echipament de potectie si contol; (4) edeso cu diode; (4) sel de aplatisae; (5) indusul unui moto de tactiune; (6) inasuaea de excitatie a unui moto de tactiune; (7) cicuit de suntae a excitatiei. Inteuptoul automat pincipal(disjunctoul) este apaatul cae ealizeaza inteupeea geneala a cicuitelo electice ale locomotivei, asiguind potectia la supasacini si scutcicuite. Poate i comandat pentu conectae si deconectae de la distanta(de pe pupitul de comanda) si deconecteaza automat de sub sacina la supasacini, scutcicuite sau in caz de deect la un alt cicuit al locomotivei la cae este conectat ca potectie. Constuctiv se aseamana cu inteuptoaele automate de c.a. de inalta tensiune olosite cuent in enegetica. In momentul in cae se poduce un scutcicuit, datoita cesteii apide a cuentului e necesaa upeea lui inaite de a ajunge la valoaea stabilizata, ceea ce impune olosiea unui apaat cu timp de declansae oate mic. Descacatoul cu ezistenta vaiabila este pevazut in echipamentul electic al locomotivei pentu potectia la supatensiuni atmoseice(cae pot ajunge la sute de kv cu duata de odinul micosecundelo) si la tensiuni de comutatie(cu valoi mai eduse da de duata mai mae). Se monteaza in paalel inte cicuitul de ota si pamint. Redesoul cu diode utilizeaza scheme cae pemit edesaea ambelo altenante. Schemele pactice sint cele cu punct median sau in punte monoazata cu diode(ig.4..). Tensiunea aplicata de la secundaul tansomatoului este sinusoidala: L M L D M D D D Fig.4.. Scheme uzuale pentu edesoae. 3
u = sinω t (4.) si aplicata edesoului la iesiea acestuia valoaea instantanee si oma tensiunii edesata(u d ) va epezenta o succesiune de semisinusoide pozitive cu valoae maxima: d = (4.) max * Tensiunea medie: π d = sin ωtd( ωt) = π 0 π (4.3) Datoita enomenului de comutatie cae apae la teceea cuentului de pe o dioda(espectiv bat al puntii) cae luceaza int-o altenanta pe cealalta dioda cae luceaza in cealalta altenanta, cae ae loc int-un inteval de timp cae se expima in valoae unghiulaa: γ = ωτ (4.4) cu τ - duata de comutatie, tensiunea medie edesata va i: d π td t sin ω ( ω ) ( π π + cos γ) γ (4.5) cu: cosγ = XTI KT (4.6) deci: XTI d = π πkt (4.7) cu: X T - eactanta tansomatoului vazuta din pima; K T - apotul de tansomae. Foma de vaiatie a tensiunii la iesiea din edeso, aa neglijaea comutatiei este pezentata in igua 4.3. u i ωt u d d ωt i d i d ωt Fig. 4.3. Foma de vaiatie a tensiunii edesate, luind in consideae unghiul de comutatie. 4
Motoaele de tactiune sint motoae de cuent continuu seie, in numa de 6, cicuitul de alimentae simpliicat al unui moto iind pezentat in igua 4.4., pentu cae se poate scie: u e R i L di d d = m + d d + d (4.8) dt cu: e m - tensiunea contaelectomotoae a motoului; R d - ezistenta ohmica echivalenta a cicuitului de edesae; L d - inductanta echivalenta a cicuitului de edesae(selul de aplatisae plus motoul). Tinind cont de aptul ca R d i d este neglijabil in apot cu u d ecuatia (4.8.) devine: L di d d = ud em (4.9) dt cu epezentaea gaica in igua 4.5. L n u u d D D M = Fig. 4.4. Schema simpliicata de alimentae a unui moto de tactiune. Din diagama tensiunilo se deduce diagama cuentului i d : - in peioada in cae u d > e m, selul de aplatisae inmagazineaza enegie; - in peioada in cae u d < e m, selul de aplatisae cedeaza enegia inmagazinata. Cuentul pin amua motoului va cicula meeu in acelasi sens; -in punctele in cae u d = e m, deivata se anuleaza si cuentul va pezenta un maxim sau un minim. u d e m i d I min I med I max Fig. 4.5. Cuentul ondulat de alimentae a unui moto de tactiune. 5
In concluzie cuentul cae tece pin moto este un cuent ondulat, de aici si denumiea motoului de tactiune al locomotivei de moto de cuent ondulat. Ondulatia nu depinde de valoaea cuentului de sacina ci numai de valoile u d si e m si de oma cubelo de vaiatie ale acestoa. Caacteisticile motoaelo de tactiune sint: - egim de duata; - Pn = 850 KW(*6 = 500 KW); - n = 770 V, coespunzato ultimei tepte a gaduatoului; - In = 80 A (Imax = 000 A); - n n = 00 ot/min( n max = 90 ot/min). 4..3. Reglaea vitezei locomotivei electice de c.a. monoazat, 50 HZ, 5 kv La locomotivele de c.a. monoazat eglaea vitezei se obtine in limite lagi numai pin vaiatia tensiunii, ponind de la o valoae minima pina la valoaea ei nominala, ia pentu lagiea domeniului de eglae, la ultima teapta de tensiune, se mai aplica si citeva tepte de cimp edus. Pentu un tansomato putem scie: w = (4.0) w de unde: = w (4.) w deci tensiunea de iesie se poate egla pin vaiatia numaului de spie ale inasuailo. Tansomato pincipal Plot Peie Sistem de ghidae peie TS (tansomato suvolto) K 4 K K K 3 Pimaul tansomatoului de tactiune Fig. 4.6. Schema de conexiuni a gaduatoului tip ASEA. 6
Daca notam: k = = const. (4.) w atunci: = kw (4.3) si deci se egleaza pin vaiatia numaului de spie din inasuaea secundaa, acest tip de eglaj denumindu-se eglaj pe joasa tensiune.daca notam: k = w = const. (4.4) atunci se poate scie: k = (4.5) w eglindu-se pin vaiatia numaului de spie al inasuaii pimae, eglaj numit si eglaj pe inalta tensiune. Reglaea vitezei la locomotiva de c.a. monoazat se ace pe inalta tensiune, utilizind un gaduato de tip ASEA. Schema constuctiva a acestuia este pezentata in ig.4.6. si ae umatoaele elemente componente: 4 contactoae de lucu si o ezistenta de tecee, pentu ealizaea teptelo de eglae; doua plotui ixate pe iecae capat al pizelo inasuaii pimae, ealizate pin altenanta uno zone conductoae ixate pe pize si zone izolante; doua peii cae aluneca pe cele doua plotui; o inasuae suplimentaa cae aplica un salt de tensiune atunci cind cele doua peii se ala pe aceeasi piza. Cind peia p vine in contact cu un plot aeent, de exemplu piza de tensiune n, tensiunea pe sacina va i: s = + n (4.6) In momentul in cae peia p vine in contact cu plotul aceleiasi pize n, tensiunea pe sacina este: s = + n + (4.7) Se obtin astel n tepte de eglae a vitezei pin gaduato, la cae se adauga doua-tei tepte de viteza pin suntaea excitatiei. In continuae se pezinta modul de ealizae a teptelo de eglae. Teapta se obtine cu peia p pe potiunea izolata si cu peia p pe piza, K si K 4 inchise. Tensiunea pe sacina este: s = (4.8) K K 4 K 3 K K K 4 K 3 K K K 4 K 3 K K K 4 K 3 K b b b b b = b = b = + b = + Fig. 4.7. Modul de ealizae a teptelo de tensiune cu gaduatoul tip ASEA. 7
Teceea la teapta umatoae se ace pin doua pozitii intemediae: - se deschide mai intii K 4, p se deplaseaza pe piza, contactul acindu-se aa cuent; se inchide apoi K 4, pentu limitaea cuentului de scut pin ; - se deschide K, p avanseaza pe potiunea izolata, astel incit : s = + (4.9) Inta deci in cicuit TS, ia cuentul ae un salt ce depinde de saltul de tensiune dat de TS si de. Teapta a doua se obtine pin inchideea lui K, cu s dat de (4.9). Simila se ealizeaza teceea si la teptele supeioae de eglae a vitezei. 4..4. Finaea electica la locomotiva de c.a. monoazat, 50 Hz, 5 kv Pincipiul de inae la locomotiva de c.a. monoazat este umatoul: R R R R R R G G G G G G = Fig. 4.8. Schema cicuitului de inae la locomotiva de c.a. monoazat. - de la motoul seie in egim de tactiune se tece la geneato cu excitatie sepaata in egim de inae electica; - indusul iecaui geneato debiteaza pe o ezistentanta de inae; - excitatiile sepaate ale geneatoaelo se inseiaza inte ele, ia alimentaea lo se poate ace pin : - punte edesoae sepaata; - olosiea unei punti edesoae a unuia din motoaele de tactiune; - punte edesoae cu tiistoae cu eglaea cuentului de excitatie. - eglaea inaii se ace pin vaiatia cuentului de excitatie. Schema de pincipiu a cicuitului de anae eostatica in egim de geneato cu excitatie sepaata este pezentata in igua 4.8. Modiicaea cuentului de excitatie se ealizeaza pin gaduato. Pentu a idica caacteistica de inae, pe cicuitul din igua 4.8. sciem ecuatia: de unde: E = k Φ = ( + R ) I (4.0) e k eφ I = + R (4.) 8
sau Cuplul de inae este dat de : ( + R ) I Φ = k e (4.) C k I = Φ (4.3) si putem scie: C kkeφ Φ = const = + R (4.4) sau C I = const. ki = ( + R ) k e (4.5) Din ecuatia (4.4.) ezulta caacteistica C Φ=const = () la lux constant (ig.4.9.), cae este o deapta, ia din ecuatia (4.5.) ezulta caacteistica C I=const = () la cuent constant (ig.4.0.), cae este o hipebola. C [Nm] C [Nm] I e I e I I 4 I I e4 I e >I e >I e4 I >I >I 4 [V] [V] Fig. 4.9. Familia caacteisticilo de inae la lux constant (a) si la cuent constant (b). 9