ENIKA. Układy zasobnikowe i autonomiczne. Projekty dla AB AUTROLIS Kowno i PKT Gdynia

Transkrypt

1 Układy zasobnikowe i autonomiczne Projekty dla AB AUTROLIS Kowno i PKT Gdynia Ryszard Kowalczyk Zakład Elektroniki Przemysłowej Sp. z o.o.

2 Pierwszy trolejbus z napędem asynchronicznym ENIKI zrealizowany dla MPK Lublin w 2005r

3 Podstawowe korzyści płynące z eksploatacji napędu asynchronicznego brak odczuwalnego zestopniowania hamowania i rozruchu. skuteczna realizacja funkcji hamowania elektrodynamicznego dzięki sterowaniu wektorowemu: hamowanie aż do osiągnięcia prędkości obrotowej silnika równej zero, redukcja kosztów wymiany okładzin szczęk (klocków) hamulcowych, znaczna redukcja nakładów na pracę i materiały związane z wymianą i konserwacją styków, komór gaszeniowych, połączeń podatnych i elementów mechanicznych w stosunku do napędu tradycyjnego, zastąpienie wielu awaryjnych aparatów elektromechanicznych układami elektronicznymi, ograniczenie czynności konserwacyjnych przy silniku asynchronicznym (brak komutatora i układu szczotek węglowych) do okresowej wymiany łożysk i czyszczenia otworów wentylacyjnych,

4 Podstawowe korzyści płynące z eksploatacji napędu asynchronicznego odczuwalne oszczędności kosztów zakupu energii trakcyjnej wynikające z rekuperacji oraz wyższych sprawności urządzeń, zmniejszenie pracochłonności i uproszczenie przeglądów okresowych z jednoczesnym wzrostem przebiegów między nimi, zdolność układu do częstego i znacznego przeciążania silnika. Właściwość ta umożliwia jazdę z dużą dynamiką, dostarczane oprogramowanie umożliwia pozyskanie i długookresową rejestrację informacji o energii pobranej i ewentualnie oddanej do sieci, możliwość regulacji przez użytkownika parametrów pracy napędu: ABS, napięcie rekuperacji, prędkość jazdy awaryjnej, prędkość jazdy nawrotnej, możliwość dostosowania parametrów układu ASR do warunków lokalnych.

5 Sposoby realizacji układów gromadzących energię Sposoby realizacji Ze względu na umiejscowienie Ze względu na rodzaj gromadzonej energii Stacjonarne Na pojeździe Mechaniczna Elektryczna Koło zamachowe Zbiorniki ciśnienia Akumulatory Superkondensatory

6 Zalety stosowania układów napędowych gromadzących energię elektryczną Napęd autonomiczny akumulatorowy Mobilność trolejbusu przy zaniku napięcia na odcinku sieci trakcyjnej Możliwość ominięcia przeszkody w ruchu drogowym związana z koniecznością przejazdu drogą pozbawioną sieci zasilającej Możliwość przejazdu odcinkiem drogi pozbawionej sieci zasilającej ze względu na charakter otoczenia (np. zabytkowe ulice) Kondensatorowy napęd zasobnikowy Zmniejszenie zużycia energii na potrzeby trakcyjne ze względu na możliwość odzyskania energii hamowania i gromadzenia jej w zasobniku pojazdu Zmniejszenie maksymalnych chwilowych obciążeń sieci trakcyjnej Zmniejszenie oddziaływania na środowisko Możliwość dopasowania podstacji trakcyjnych do zmniejszonego obciążenia chwilowego

7 Pojazd z napędem autonomicznym - akumulatorowym Trolejbus PKT-Gdynia zbudowany na bazie autobusu miejskiego Mercedes 405N, wyposażony w autonomiczny napęd asynchroniczny ENI-ZNAP/TB/165.

8 Pojazd z napędem autonomicznym - akumulatorowym Istotnym wyzwaniem przy realizacji tego projektu było dopasowanie aparatury do nadwozia, w którym zostanie zabudowana. W tym przypadku nadwoziem bazowym było nadwozie autobusu Mercedes. Uwzględnić należało nie tylko dopasowanie gabarytów urządzeń do dostępnej przestrzeni zabudowy czy umożliwienie dostępu dla obsługi i serwisu ale również takie rozmieszczenie aparatury aby uzyskać równomierne rozłożenie mas na pojeździe. Ponadto wymaganiem stawianym układowi napędowemu było zapewnienie możliwości zasilania z dodatkowej baterii akumulatorów. Układ zasilania bateryjnego ma umożliwić kierowcy trolejbusu kontynuowanie jazdy na odcinku ok. 500m przy braku napięcia trakcyjnego. Trolejbus wyposażony w układ napędowy typu ENI-ZNAP/TB/165/G, w którym obwód zasilania akumulatorowego zbudowany jest w oparciu o zespół baterii firmy SAFT o pojemności 80Ah, realizuje postawione wymagania.

9 Zakres aparatury wchodzącej w skład układu napędu autonomicznego - Falownik napędu asynchronicznego, - Przetwornica statyczna, - Przetwornica separująca, - Sterownik napędu wraz z dotykowym panelem sterowniczo-pomiarowym, - Rezystor hamowania, - Asynchroniczny silnik trakcyjny, - Obwód wejściowy, aparatura łączeniowa, - Bateria jazdy autonomicznej, - Klimatyzator kabiny kierowcy, - Nagrzewnice nawiewowe przedziału pasażerskiego i kabiny kierowcy,

10 Pojazd z napędem zasobnikowym Trolejbus typu Skoda 14TR eksploatowany przez AB AUTROLIS przeznaczony do modernizacji i wyposażenia w zasobnikowy napęd asynchroniczny ENI-ZNT-100/Z.

11 Obok komfortu pasażerów i niezawodności, oszczędność energii staje się coraz istotniejszym kryterium wyboru i oceny napędu trakcyjnego. Nowa technologia kondensatorów o bardzo dużej gęstości absorbowanej energii w odniesieniu do masy i objętości, otwiera drogę do dalszego obniżenia energii pobieranej z podstacji przez napęd pojazdu trakcyjnego, dzięki możliwości gromadzenia w zasobniku pojazdu energii hamowania i wykorzystywaniu jej przy rozruchu. Przyjęto, że zasobnik pojemnościowy będzie zabudowany na pojeździe. Znane są aplikacje, w których zasobnik jest związany z siecią trakcyjną i podstacją. Za tym rozwiązaniem przemawia fakt, że zasobnik nie obciąża pojazdu i może wymieniać energię z różnymi pojazdami. Jednakże, naszym zdaniem większe korzyści pojawiają się, gdy każdy pojazd jest wyposażony w indywidualny zasobnik. Wówczas układ sterowania precyzyjnie rozpoznaje stan pojazdu i pozwala na efektywne wykorzystanie zasobnika, nie ma konieczności analizowania stanu całego systemu zasilania. Ponadto pojawia się możliwość zasilania silnika nawet przy braku napięcia w sieci zjazd awaryjny z odcinka izolowanego. Również, co jest bardzo istotne, można uniknąć wypływu energii do sieci trakcyjnej co umożliwia eliminowanie strat w sieci, a także uniknąć wzrostu napięcia, co jest nieuniknione przy przekazywaniu energii do innego pojazdu. Pojazd z napędem zasobnikowym - kondensatorowym

12 Zakres aparatury wchodzącej w skład układu napędu zasobnikowego - Falownik napędu asynchronicznego, - Przetwornica statyczna - Przetwornica separująca, - Sterownik napędu, - Rezystor hamowania, - Asynchroniczny silnik trakcyjny, - Obwód wejściowy, aparatura łączeniowa, - Przekształtnik zasobnika kondensatorowego - Zasobnik pojemnościowy - superkondensator, - Klimatyzator kabiny kierowcy, - Nagrzewnice nawiewowe przedziału pasażerskiego i kabiny kierowcy,

13 Falownik trolejbusowy ENI-FN600/165/G Główne parametry techniczne: Znamionowe napięcia zasilania: 600VDC Znamionowe napięcie wyjściowe: 3 x 400VAC Znamionowa moc wyjściowa: 200kW Gabaryty [dł. x szer. x wys.]: 800 x 900 x 356 [mm] Chłodzenie: wymuszone (AF) Masa: ok. 130kg

14 Falownik trolejbusowy ENI-FN600/165/G służy do zasilania asynchronicznego silnika trakcyjnego - zamienia napięcie sieci trakcyjnej prądu stałego na napięcie przemienne o regulowanej amplitudzie i częstotliwości. posiada własny sterownik mikroprocesorowy, pracujący pod nadzorem sterownika napędu trolejbusu SNT, z którym komunikuje się poprzez magistralę CAN. Pozwala na zmianę kierunku wirowania silnika trakcyjnego (jazda przód/tył) bez użycia styczników rewersyjnych. Umożliwia zwrot energii kinetycznej hamującego pojazdu do sieci trakcyjnej lub po przekroczeniu ustalonego progu wytracanie jej w rezystorze hamowania. Układ sterujący realizuje algorytm sterowania wektorowego polegający na jednoczesnym pośrednim sterowaniu momentem i strumieniem wirnika silnika trakcyjnego. Wykorzystanie tego algorytmu regulacji pozwoliło na osiągnięcie bardzo dobrych właściwości trakcyjnych w stanach dynamicznych oraz optymalne wykorzystanie falownika.

15 Przetwornica statyczna ENI-PTL600/21/G Znamionowe napięcie zasilania: 600 V DC Wyjście AC 1 zasilanie pompy wspomagania Znamionowe napięcie wyjściowe: 3x400 V 50 Hz Wyjście AC 2 zasilanie sprężarki tłokowej Znamionowe napięcie wyjściowe: 3x400 V 50 Hz Wyjście DC 24 V Znamionowe napięcie wyjściowe: 27,8 0,5V Wyjście DC 80 V Znamionowe napięcie wyjściowe: 93 0,5V

16 Przetwornica statyczna ENI-PTL600/21/G Przetwornica przeznaczona jest do: zasilania napięciem stałym 24V obwodów pomocniczych oraz sterowania, wytwarzania napięcia trójfazowego 3x400V 50Hz do zasilania sprężarki i pompy wspomagania układu kierowniczego trolejbusu. ładowania prądem stałym baterii zasilania autonomicznego wytwarzania napięcia trójfazowego 3x400V 50Hz z baterii zasilania autonomicznego. (przy braku napięcia w sieci trakcyjnej) Przetwornica daje możliwość bieżącego monitorowania stanu pracy oraz parametrów pracy przy pomocy panelu operatorskiego podłączonego do sieci CAN.

17 Panel Operatorski ENI-PO800/480 służy do wizualizacji stanów pracy, zadawania parametrów pracy oraz archiwizacji wybranych parametrów trolejbusu, falownika i przetwornicy. wyświetla informacje otrzymane po magistrali CAN dotyczące wszystkich głównych urządzeń wchodzących w skład napędu, tj.: - przetwornicy (prądy, napięcia, stopień naładowania baterii, diagnostyka) - falownika (prądy, napięcia, diagnostyka) - stanów aparatury stykowej (potwierdzenia załączenia) - wartości pomiarów analogowych (prądy, napięcia, zadajniki) posiada rozbudowane funkcje archiwum błędów i pomiaru energii zużytej przez trolejbus.

18 Indukcyjny silnik asynchroniczny STDa 280 6B Moc 165 kw Napięcie 400 V Prąd znamionowy 293 A Częstotliwość znamionowa 60 Hz Moment znamionowy 1330 Nm Sprawność 94,4 % w połączeniu z falownikiem przeznaczony jest do napędzania oraz hamowania trolejbusu jest wyposażony w dwukanałowy czujnik temperatury

19 Rezystor hamowania RHEN Służy do zamiany części energii elektrycznej, powstałej w wyniku hamowania trolejbusu w ciepło, które oddawane jest do otoczenia. Konstrukcja rezystora umożliwia jego montaż na dachu trolejbusu.

20 Falownik trolejbusowy ENI-FN600/100 Główne parametry techniczne: Znamionowe napięcia zasilania: 600VDC Znamionowe napięcie wyjściowe: 3 x 400VAC Znamionowa moc wyjściowa: 125kW Gabaryty [dł. x szer. x wys.]: 800 x 900 x 356 [mm] Chłodzenie: wymuszone (AF) Masa: ok. 140kg

21 Przekształtnik zasobnika kondensatorowego ENI-SC-170 Główne parametry techniczne: Znamionowe napięcia zasilania: 600VDC Znamionowe napięcie wyjściowe: 390VDC Znamionowy prąd wyjściowy: 150A Chłodzenie: wymuszone (AF) Masa: ok. 30kg

22 Zabudowa podzespołów na pojeździe

23 Urządzenia dodatkowe Klimatyzator typ KLIT600 Nagrzewnica typ ENI-NN600/3-1

24 Wszystkie dostarczone urządzenia spełniają przepisy prawne i normy dotyczące budowy i eksploatacji trolejbusów. PN-EN :2002 Zastosowania kolejowe. Wyposażenie elektryczne taboru kolejowego. Część 1: podstawowe warunki eksploatacji i zasady ogólne. PN-EN :2002 Zastosowania kolejowe- Warunki środowiskowe stawiane urządzeniom. Część 1: urządzenia taborowe. PN-EN Zastosowania kolejowe. Przekształtniki energoelektroniczne stosowane w pojazdach szynowych. PN-EN Zastosowania kolejowe. Wyposażenie elektroniczne stosowane w taborze. PN-EN Zastosowania kolejowe. Wyposażenie taboru kolejowego. Badania odporności na udary mechaniczne i wibracje. PN-EN Zastosowania kolejowe. Kompatybilność elektromagnetyczna. Tabor, aparaty. PN-EN 60529:2002 Stopnie ochrony zapewniane przez obudowy (Kod IP). PN-K 02059:1994 Tabor kolejowy. Tablice i znaki ostrzegawcze przed porażeniem prądem elektrycznym. PN-K023011:1998 Tabor kolejowy. Elektryczna instalacja zasilania urządzeń wagonowych. Wymagania ogólne. PN-EN 50163:2006 Zastosowania kolejowe. Napięcia zasilające systemów trakcyjnych. PN-K Tabor kolejowy. Bezpieczeństwo przeciwpożarowe materiałów. Wymagania. PN-EN Wymagania bezpieczeństwa i instalowania baterii wtórnych. Część 2: Baterie stacjonarne. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych tramwajów i trolejbusów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia.

25 Dziękuję za uwagę. Ryszard Kowalczyk Zakład Elektroniki Przemysłowej Sp. z o.o.