ZAGADNIENIA STRAT MOCY TRAKCYJNYCH SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO PRZY OBLICZENIACH ENERGOOSZCZĘDNYCH JAZD POJAZDÓW TRAMWAJOWYCH



Podobne dokumenty
ENERGOOPTYMALNE STEROWANIE UKŁADU NAPĘDOWEGO TRAMWAJU Z SILNIKAMI PRĄDU STAŁEGO PRZY ZAKŁÓCENIACH RUCHU POJAZDU

NOWOCZESNY SYSTEM STEROWANIA POJAZDU TRAMWAJOWEGO PRZY MINIMUM ZUŻYCIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Koordynacja przejazdów tramwajów dla minimalizacji zużycia energii

OPROGRAMOWANIE DLA KOMPUTEROWEGO SYSTEMU SKOORDYNOWANEJ ORGANIZACJI ENERGOOSZCZĘDNEGO RUCHU POJAZDÓW TRAMWAJOWYCH

Wyznaczanie optymalnych parametrów pojazdu trakcyjnego w warunkach zakłócenia ruchu pociągów

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Silnik indukcyjny - historia

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

PORÓWNANIE WŁASNOŚCI TRAKCYJNO- -RUCHOWYCH LOKOMOTYW EU07 i ET22 ZE SKŁADEM TOWAROWYM

BADANIA MODELOWE OGNIW PALIWOWYCH TYPU PEM

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia.

SYMULACJA CYKLU PRACY HYBRYDOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO GÓRNICZEJ LOKOMOTYWY SPĄGOWEJ

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

HARMONICZNE W PRĄDZIE ZASILAJĄCYM WYBRANE URZĄDZENIA MAŁEJ MOCY I ICH WPŁYW NA STRATY MOCY

Silniki prądu stałego

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

NATĘŻENIE POLA ELEKTRYCZNEGO PRZEWODU LINII NAPOWIETRZNEJ Z UWZGLĘDNIENIEM ZWISU

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

2.3. Praca samotna. Rys Uproszczony schemat zastępczy turbogeneratora

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 2/2017 (114) 39

Rafał WRONA. 1. Wstęp. 2. Analityczne metody oceny procesu rozpędzania i kryteria jakości

BADANIE WPŁYWU STOPNIA WZBUDZENIA SILNIKA TRAKCYJNEGO NA PARAMETRY UŻYTKOWE LOKOMOTYWY I SKŁADU POCIĄGU

Metody wyznaczania charakterystyki maksymalnego momentu i maksymalnej. mechanicznej w pracy ciągłej S1 silnika synchronicznego wzbudzanego

ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM e-kit

BADANIE SYMULACYJNE JEDNOFAZOWEJ PRZERWY W ZASILANIU ORAZ PONOWNEGO ZAŁĄCZENIA NAPIĘCIA ZASILANIA NA DYNAMIKĘ SILNIKA INDUKCYJNEGO

Elektromagnesy prądu stałego cz. 2

Napędy urządzeń mechatronicznych

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

SUPERKONDENSATOROWE MAGAZYNY ENERGII W TRAKCJI ELEKTRYCZNEJ

ANALIZA PRACY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI W WARUNKACH ZAPADU NAPIĘCIA

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Powtórzenie wiadomości z klasy I. Temat: Ruchy prostoliniowe. Obliczenia

Hamulce elektromagnetyczne. EMA ELFA Fabryka Aparatury Elektrycznej Sp. z o.o. w Ostrzeszowie

Ćwiczenie M 1 - protokół. Badanie maszyn prądu stałego: silnika bocznikowego i prądnicy obcowzbudnej

Adam DANIELCZOK Andrzej BIENIEK Ireneusz HETMAŃCZYK. 1. Wprowadzenie. 2. Analiza teoretyczna

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 70 Electrical Engineering 2012

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

ORGANIZACJA RUCHU. Kierunek: TRANSPORT

Optymalizacja rezerw w układach wentylatorowych spełnia bardzo ważną rolę w praktycznym podejściu do zagadnienia efektywności energetycznej.

ANALIZA PORÓWNAWCZA RÓŻNYCH KONSTRUKCJI MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

Napęd pojęcia podstawowe

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Modelowanie pracy sieci trakcyjnej na potrzeby budowy stanowiska badawczego z superkondensatorowym zasobnikiem energii

Wykład 1. Serwonapęd - układ, którego zadaniem jest pozycjonowanie osi.

Elektromagnesy prądu stałego cz. 2

EKOLOGICZNE NAPĘDY POJAZDÓW Z UKŁADAMI ODZYSKU ENERGII

PROGRAM W ŚRODOWISKU LABVIEW DO POMIARU I OBLICZEŃ W LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Maszyny Elektryczne i Transformatory st. n. st. sem. III (zima) 2018/2019

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie transformatora jednofazowego

ENIKA Sp. z o.o. Jesteśmy firmą specjalizującą się w projektowaniu i produkcji wysokiej jakości urządzeń.

MODEL OPTYMALIZACYJNY SYNCHRONIZACJI LINII TRAMWAJOWYCH

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

EA3. Silnik uniwersalny

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

W3 Identyfikacja parametrów maszyny synchronicznej. Program ćwiczenia:

transformatora jednofazowego.

Ćwiczenie EA5 Silnik 2-fazowy indukcyjny wykonawczy

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

Maszyny Elektryczne i Transformatory sem. III zimowy 2012/2013

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia.

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

TRAMWAJ Z SUPERKONDENSATOROWYM ZASOBNIKIEM ENERGII - OCENA EFEKTYWNOŚCI ALGORYTMU STEROWANIA

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO W PRACY AUTONOMICZNEJ Z KONDENSATORAMI WYZNACZANIE SPRAWNOŚCI

REJESTRACJA WARTOŚCI CHWILOWYCH NAPIĘĆ I PRĄDÓW W UKŁADACH ZASILANIA WYBRANYCH MIESZAREK ODLEWNICZYCH

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 89 Stanisław Rawicki Politechnika Poznańska, Poznań ZAGADNIENIA STRAT MOCY TRAKCYJNYCH SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO PRZY OBLICZENIACH ENERGOOSZCZĘDNYCH JAZD POJAZDÓW TRAMWAJOWYCH PROBLEMS OF POWER LOSSES OF TRACTION DIRECT CURRENT MOTORS AT CALCULATIONS OF ENERGY SAVING TRAFFIC OF TRAM VEHICLES Abstract: The suitable control of the tram ehicle at arious disturbances of the city traffic can ensure the electric energy saings equal to een 3 %. The author of this work continues with elaboration of computer software making possible realization of the tram ehicle run according to the criterion of the minimum energy use. In literature, the problem of the energy saing ride was soled for the tram ehicle only at the assumption that the running of the tram is realized without the traffic disturbances, for the separated, straight and horizontal tracks. Computer software for these idealized run conditions couldn t applied in real routs and literature methods weren t introduced to the energy saing control of tram ehicles. Within the original methodics of the author, the following new phenomena are taken into consideration: an influence of traffic disturbances, changes of motion resistances, interaction of different ehicles. In the typical, dynamical ride of a tram, great changes of alues of motor losses occur within resistance, iron and mechanical losses. This effect has been here analysed and taken into account for algorithm of an energy saing traffic of a tram. 1. Wstęp Komunikacja tramwajowa jest bardzo popularna w miastach wielu krajów na całym świecie, a łączna ilość energii elektrycznej zużywanej przez pojazdy tramwajowe wyrażana jest przez bardzo dużą liczbę. Oszczędność energii jest współczesnym ważnym problemem dla każdego rodzaju ludzkiej działalności. Występuje wiele możliwości zrealizowania przejazdu tramwaju, a przez odpowiednie sterowanie pojazdu można zaoszczędzić nawet około 3% energii elektrycznej. Dotychczasowe opracowania podane w literaturze, np. [1,, 5, 6], dotyczyły obliczania parametrów jazdy pojazdu tramwajowego z minimalnym zużyciem energii dla wyidealizowanych warunków jazdy, a mianowicie po prostoliniowym, poziomym i wydzielonym torze, na którym nie występują zakłócenia ruchu. Takie podejście nie oddaje rzeczywistej, złożonej sytuacji typowej dla ruchu miejskiego tramwaju, charakteryzującego się dużą dynamiką zmian parametrów jazdy oraz wpływem wielu czynników, zakłócających płynność jazdy. Autor niniejszego artykułu zajmuje się opracowywaniem algorytmów jazdy pojazdu tramwajowego, spełniającej kryterium minimalnego zużycia energii elektrycznej, z uwzględnieniem realnej możliwości wystąpienia zmian wartości napięcia sieci trakcyjnej, ograniczeń prędkości, nieplanowych zatrzymań, zmian oporów ruchu na zakrętach, wzniesieniach oraz przy zmianach warunków atmosferycznych, a ponadto przy uwzględnieniu wpływu innych pojazdów znajdujących się na trasie. Zainstalowany komputer pokładowy tramwaju w sposób dynamiczny wyznacza podczas jazdy parametry sterowania ruchem. Maszyna cyfrowa gromadzi i przetwarza informacje, steruje procesem obliczeniowym, umożliwia wprowadzanie danych i generowanie informacji o sposobie sterowania systemu napędowego pojazdu trakcyjnego. W zagadnieniu optymalizacji ruchu pojazdów tramwajowych z minimalnym zużyciem energii elektrycznej występują również warunki ograniczające. Wymagania mające rolę ograniczeń to np. dopuszczalna prędkość maksymalna, wielkość przyspieszenia i opóźnienia, tzw. przyczepność, obciążenie silników napędowych. W artykule omówiona jest ważna problematyka dotycząca obliczania strat mocy napędowych silników prądu stałego przy obliczeniach energooszczędnych jazd pojazdów tramwajowych. Przedmiotem szczegółowych badań są straty oporowe w uzwojeniach maszyny, straty w żelazie oraz straty mechaniczne. Poka-

9 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 zano, że proporcje ilościowe w ramach powyższych strat mocy mocno zmieniają się w zależności od tego, czy jazda odbywa się w pierwszej, drugiej lub trzeciej części fazy rozruchu tramwaju lub też czy realizowany jest etap jazdy ze stałą prędkością. Znajomość tych zagadnień ma istotne znaczenie przy doborze parametrów układu napędowego, np. mocy znamionowej, układu chłodzenia silników.. Model ruchu tramwaju W artykule przyjmuje się, że tramwajowy pojazd trakcyjny wyposażony jest w silniki szeregowe prądu stałego, które zasilane są z energoelektronicznego układu przekształtnikowego. W ramach poszczególnych strat mocy silników wyróżnia się straty na rezystancjach P Cu, straty w żelazie P Fe oraz straty mechaniczne P Me, które oblicza się następująco: P Cu = RI (1) 1.33 PFe = PFeNφ () N PMe = PMeN (3) N gdzie: R - rezystancja całego obwodu silnika, I - prąd silnika, P FeN -straty w żelazie dla pracy znamionowej, φ - względny, odniesiony do wartości znamionowej strumień magnetyczny, - prędkość pojazdu, N - prędkość pojazdu, odpowiadająca znamionowej prędkości silników, P MeN - straty mechaniczne przy pracy znamionowej. Moment mechaniczny strat w żelazie M Fe oraz moment strat mechanicznych M Me oblicza się następująco: gdzie: M M Fe Me 1.5 = MFeNφ 3 () N = M MeN (5) N M FeN - moment mechaniczny strat w żelazie przy pracy znamionowej, M MeN moment strat mechanicznych przy pracy znamionowej. Przy dokładniejszych obliczeniach strat w żelazie należy rozpatrywać oddzielnie straty na histerezę i od prądów wirowych. Można też wykorzystywać doświadczalne charakterystyki strat mocy w rdzeniu i strat mechanicznych. Energię elektryczną zużywaną przez pojazd wyznacza się jako całkę iloczynu napięcia zasilającego silnika, prądu oraz liczby silników. Dla ruchu pojazdu trakcyjnego o masie m obowiązują równania: k m d W = Fp W( ) (6) dt F p ns MW zη = r gdzie: k W - współczynnik mas wirujących, F p - siła pociągowa, W() - opory trakcji, n S - liczba silników, M W - użyteczny moment na wale silnika, z, η - przełożenie i sprawność przekładni, r - promień koła napędnego. (7) Równania opisujące ruch tramwaju są nieliniowe w wyniku specyficznych właściwości oporów trakcji oraz nasycenia obwodu magnetycznego silników napędowych. Wyznaczenie algorytmu jazdy z minimalnym zużyciem energii elektrycznej przeprowadza się przy pomocy komputera metodą numeryczną. 3. Przykłady obliczeń Spośród obszernego zbioru uzyskanych rezultatów tylko niewielką ich część zilustrowano w niniejszym artykule. Rysunki 1-1 przedstawiają przykładowe wyniki obliczeń numerycznych wykonanych dla zmodernizowanego tramwaju typu 15N. Pojazd tramwajowy posiada napędowe silniki szeregowe prądu stałego, zasilane z układów przekształtnikowych. Znamionowa moc każdego silnika wynosiła kw. Zamieszczone tutaj charakterystyki są sporządzone dla jazdy tramwaju z liczbą pasażerów równą 8, co stanowi 6% znamionowego obciążenia pojazdu.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 91 Rys.1 i przedstawiają różne przejazdy odcinka I o długości 1m z nieplanowanym postojem 6s, wymuszonym po przejechaniu m. Funkcje czasowe prędkości pojazdu są w początkowej części przebiegów jednakowe, gdyż przy symulacji cyfrowej na rys.1 i założono, że tramwaj poruszał się najpierw wg algorytmu jazdy energooszczędnej, natomiast konieczność postoju po przejechaniu odcinka o długości m wyłoniła się w sposób niezamierzony w wyniku zakłócenia płynności ruchu. Likwidację opóźnienia w ruchu, wywołanego postojem 6s, zaplanowano na pozostałą część odcinka I, na następne odcinki II, IV o jednakowej długości 1m i odcinki III, V o równej długości 8m (łącznie na 5 odcinków). Dla prędkości średniej 36km/h, łączny czas przejazdu 5 odcinków był zaplanowany w rozkładzie jazdy na 6s (dla poszczególnych odcinków: 1s, 1s, 8s, 1s, 8s). W wyniku postoju 6s, po korekcie ustalono, że czas przejazdu dla kolejnych odcinków będzie wynosił: 159.3s, 8.3s, 68s, 8.3s, 68s (łącznie również 6s). Wyniki obliczeń energooszczędnych przejazdów dla odcinków II i IV zostały przedstawione na rys.3, a rezultaty obliczeń dla odcinków III i V pokazano na rys.. Dla ponownego rozbiegu tramwaju po postoju (wewnątrz odcinka I) na rys.1, zilustrowano skrajne przypadki. Rys.1 dotyczy przejazdu energooszczędnego (minimum zużycia energii 15 1 5 8 1 16 Rys.1. Wartości prędkości granicznych (punkty na wykresie) dla kolejnych faz jazdy; nieplanowy postój 6s; energooszczędna jazda z najdłuższym wybiegiem na odcinku I po postoju 15 1 5 8 1 16 Rys.. Wartości prędkości granicznych dla kolejnych faz jazdy; postój 6s; energochłonna jazda bez fazy wybiegu na odcinku I po postoju 18 1 6 3 6 9 Rys.3. Wartości prędkości granicznych dla kolejnych faz jazdy na odcinkach II i IV w ramach jazdy energooszczędnej 18 1 6 6 8 Rys.. Wartości prędkości granicznych dla kolejnych faz jazdy na odcinkach III i V w ramach jazdy energooszczędnej

9 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 elektrycznej), przy którym prędkość końcowa ponownego rozbiegu jest największa (1.73m/s) i występują 3 fazy przejazdu: rozruch, wybieg, hamowanie (brak fazy jazdy ze stałą prędkością). Rys. przedstawia przejazd energochłonny (maksimum zużytej energii) z najmniejszą wartością prędkości końcowej ponownego rozbiegu (13.76m/s), brakiem wybiegu i najdłuższą fazą jazdy ze stałą prędkością. Należy zaznaczyć, że przypadek jazdy energooszczędnej (np. rys.1) może niekiedy zawierać również fazę jazdy ze stałą prędkością (jazda -fazowa), a mianowicie przy ograniczeniu wartości prędkości maksymalnej tramwaju. Obliczenia pokazują, że podstawową fazą jazdy, umożliwiającą minimalizację zużycia energii, jest wybieg. W ramach prezentacji przykładowych relacji liczbowych można tutaj podać, że dla przypadku jazdy po postoju na rys., przy odzyskiwaniu energii podczas hamowania następuje 8. - procentowy wzrost zużycia energii dla wariantu jazdy energochłonnej (brak wybiegu) w stosunku do przypadku jazdy energooszczędnej (maksymalnie wydłużony wybieg na rys.1). 13 procentowy przyrost pobieranej energii elektrycznej występuje dla jazdy bez rekuperacji energii podczas hamowania, jeżeli porównuje się algorytm energochłonnej jazdy po zakończeniu postoju (rys.) z przejazdem energooszczędnym pojazdu tramwajowego (rys.1). W ramach łącznego bilansu energii elektrycznej dla 5 odcinków, dla jazdy energooszczędnej z najdłuższym wybiegiem pobrana energia jest w przypadku braku odzysku energii o 6.% większa w porównaniu z jazdą bez zakłócenia w ruchu na odcinku I, natomiast odpowiednio o 3.9% większa, gdy występuje rekuperacja energii podczas hamownia pojazdu tramwajowego. Na rysunkach 5-8 przedstawiono wykresy sprawności η s oraz względnych strat silników trakcyjnych: pcu na rezystancjach silników, w żelazie pfe i mechanicznych pme w zależności od prędkości podczas rozruchu pojazdu tramwajowego. Straty podane w procentach odniesiono do pobranej mocy elektrycznej. Pierwsza część rozruchu (stały prąd silników: A) odbywa się w przedziale prędkości (, 7.m/s). Dla różnych prędkości straty stanowią następującą część pobranej mocy: 1. =.5m/s (mała prędkość): pcu: 63.3%, pfe:.3%, pme:.6%, η s : 36.3%),. = m/s (średnia prędkość): pcu: 17.7%, pfe: 1.5%, pme:.39%, η s : 8.%, 3. = 7.m/s (końcowa prędkość): pcu: 1.7%, pfe: %, pme:.56%, η s : 86.8%. Dominują straty na rezystancjach silników. Ze wzrostem prędkości sprawność silników rośnie. Druga część rozruchu (osłabianie wzbudzenia) zawarta jest w niedużym przedziale prędkości jazdy tramwaju (7., 8.61 m/s). Współczynnik osłabienia wzbudzenia k m, definiowany jako stosunek prądu wzbudzenia I m do prądu silnika I, maleje płynnie od wartości 1 do.63. Płynność regulacji zapewnia tutaj działanie odpowiedniego energoelektronicznego układu przekształtnikowego. sprawność η S [ % ] 1 8 6 8 1 16 Rys.5. Sprawność silników napędowych w funkcji prędkości tramwaju podczas trzech części rozruchu pojazdu straty pcu [ % ] 1 8 6 8 1 16 Rys.6. Straty na rezystancjach w funkcji prędkości tramwaju podczas rozruchu pojazdu

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 93 straty pfe [ % ] 8 1 16 Rys.7. Straty w żelazie w funkcji prędkości tramwaju podczas rozruchu pojazdu Dla pośredniej prędkości: =8m/s: pcu: 1.6%, pfe: 1.9%, pme:.65%, η s : 86.8%. Przykładowe wyniki dla trzeciej części rozruchu (współczynnik osłabienia wzbudzenia jest stały i równy k m =.63, a przy stałym napięciu na zaciskach silników napędowych natężenie prądu maleje ze wzrostem prędkości pojazdu tramwajowego ) są następujące: 1. = 1m/s: pcu: 8.7%, pfe:.1%, pme: 1.1%, η s : 88.1%,. = 15m/s: pcu:.6%, pfe: 3.3%, pme: 3.9%, η s : 88.%. Ze wzrostem prędkości maleją straty na rezystancjach, natomiast rośnie procentowy udział strat w żelazie i strat mechanicznych. Przy prędkości ok. 13m/s, gdy w przybliżeniu straty pcu są równe sumie strat pfe i pme, sprawność silników napędowych osiąga maksymalną wartość η s =89%. Dla fazy jazdy ze stałą prędkością można wyróżnić następujące charakterystyczne wyniki dla różnych wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia k m : 1. k m =.63, =9m/s: pcu: 7.5%, pfe:.7%, pme: 9.5%, η s : 8.3%,. k m =.63, =16m/s: pcu:.%, pfe: 3.3%, pme: 8.5%, η s : 83.8%, 3. k m =.78, =9m/s: pcu: 6.1%, pfe: 3.3%, pme: 9.5%, η s : 81.1%,. k m =.78, =16m/s: pcu: 3.5%, pfe:.1%, pme: 8.5%, η s : 83.9%, 5. k m =1, =9m/s: pcu: 5.%, pfe:.3%, pme: 9.6%, η s : 8.9%, 6. k m =1, =16m/s: pcu:.8%, pfe: 5.%, pme: 8.5%, η s : 83.3%. Dla wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia równej.63 podano na rys. 9 1 szczegółowe charakterystyki sprawności, strat na rezystancjach, w żelazie i strat mechanicznych. Podczas jazdy ze stałą prędkością prąd obciążenia silników jest niewielki. Dominują tzw. straty jałowe (suma strat w żelazie i strat mechanicznych), a więc występują odwrotne relacje w stosunku do fazy rozruchu. Porównując wyniki dla różnych współczynników k m można stwierdzić, że ze zmniejszaniem się wartości k m straty na rezystancjach rosną, a straty w żelazie maleją. 9 straty pme [ % ] sprawność η S [ % ] 85 8 1 16 8 8 1 1 1 16 Rys.8. Straty mechaniczne w funkcji prędkości tramwaju podczas rozruchu pojazdu Rys.9. Sprawność silników podczas jazdy ze stałą prędkością dla wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia k m =.63

9 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/6 straty pcu [ % ] 8 6 8 1 1 1 16 Rys.1. Straty na rezystancjach silników podczas jazdy ze stałą prędkością dla wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia k m =.63 straty pfe [ % ] 3 8 1 1 1 16 Rys.11. Straty w żelazie silników podczas jazdy ze stałą prędkością dla wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia k m =.63 straty pme [ % ] 1 9 8 8 1 1 1 16 Rys.1. Straty mechaniczne silników podczas jazdy ze stałą prędkością dla wartości współczynnika osłabienia wzbudzenia k m =.63. Podsumowanie Dla pojazdów tramwajowych charakterystyczne są częste zmiany parametrów jazdy; nasilają się one podczas ruchu tramwaju w centrum miasta. Zakłócenia płynności ruchu sprawiają, że następują wielokrotne zmiany różnorodnych faz jazdy, a mianowicie etapu rozruchu, jazdy ze stałą prędkością, wybiegu i hamowania. W zależności od tego, w ramach jakiej fazy realizowana jest jazda pojazdu tramwajowego, znacznie zmieniają się proporcje ilościowe poszczególnych strat mocy napędowych silników szeregowych prądu stałego zasilanych z układów przekształtnikowych, a w szczególności strat na rezystancjach, strat w żelazie i strat mechanicznych. Uwzględnienie dynamiki tych zmian jest ważne dla obliczeń parametrów algorytmu jazdy tramwaju przy kryterium minimalnego zużycia energii elektrycznej, zwłaszcza przy występowaniu różnorodnych zakłóceń ruchu. 5. Literatura [1]. Frąckowiak J.: Optymalizacja zużycia energii elektrycznej przez pojazd trakcyjny napędzany silnikami szeregowymi zasilanymi przez czopery. Materiały V Konferencji Międzynarodowej: Nowoczesna Trakcja Elektryczna w Regionalnym i Miejskim Transporcie, MET, 1, Gdańsk []. Glia R., Patalas S., Rawicki S., Rzeźnik K.: Calculations of Energy Saing Traffic of Tram Vehicle Taking Power Losses of Traction Motors into Account. Mediterranean Conf. on Modelling and Simulation MCMS, 3, Italy [3]. Ichikawa K.: Application of optimization theory for bounded state ariable problems to the operation of train. Bull. of JSME, Vol. 11, No. 7, 1968 []. Kacprzak J., Koczara W.: Podstawy napędu elektrycznych pojazdów trakcyjnych. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 199, Warszawa [5]. Nawrowski R., Zielińska M.: Control of traction ehicles of minimum energy use. Analysis, Control and Design, Vol. 1, 199, AMSE Press [6]. Zielińska M.: Modelling of traction ehicle traffic. Modelling, Measurement and Control, Part B, Vol. 9, No., 1993, AMSE Press Autor Dr hab. inż. Stanisław Rawicki Politechnika Poznańska Instytut Elektrotechniki Przemysłowej 6-965 Poznań ul. Piotrowo 3A e-mail: Stanislaw.Rawicki@put.poznan.pl