CZĘŚĆ DRUGA

POJAZDY Z ELEKTRYCZNYMI SILNIKAMI TRAKCYJNYMI

Rozdział 5

5.1. Zasilanie pojazdów trakcyjnych w energię elektryczną [1],[7],[8],[13].

Energia elektryczna dla potrzeb zasilania pojazdów trakcyjnych, wytwarzana w elektrowniach dowolnego typu, najczęściej pochodzi z sieci krajowego systemu elektroenergetycznego sprzężonego poprzez okręgowe stacje transformatorowe i rozdzielnie. Z rozdzielni zasilane są kolejowe podstacje trakcyjne, w których energia jest przetwarzana odpowiednio do potrzeb kolejowej trakcji elektrycznej i dostarczana wprost do sieci trakcyjnej.

Struktura szczegółowa zasilania trakcji elektrycznej jest dostosowana do jej poszczególnych systemów. W Europie występują najczęściej cztery systemy trakcji elektrycznej. Zestawiono je w tabelach 5.1 i 5.2.

TABELA 5.1. Techniczne odmiany trakcji elektrycznej w Europie

Prąd w sieci trakcyjnej	Napięcie [V] znamionowe	Częstotli- wość [Hz]	Rodzaj silników trakcyjnych	Rok wpro-wadzenia
stały	1500	-	komutatorowy D.C.	~1910
stały	3000	-	komutatorowy D.C.	~1932
stały	dowolne	-	asynchron. 3 faz.	1976
przemienny	15000	16 2/3	komutatorowy A.C.	1911
przemienny	15000	16 2/3	asynchron. 3 faz.	1976
przemienny	25000	50	komutatorowy D.C.	1955
przemienny	25000	50	asynchron 3 faz.	1976

TABELA 5.2. Systemy zasilania trakcji elektrycznej w krajach europejskich

1500 [V] D.C.	3000 [V] D.C.	15[kV],16 2/3[Hz]	25[kV], 50 [Hz]
Holandia	Belgia	Austria	Bułgaria
Francja	Czechy	Niemcy	Czechy
Polska	Hiszpania	Szwajcaria	Dania
	Italia	Szwecja	Finlandia
	Jugosławia		Francja
	Polska		Jugosławia
	Portugalia		Norwegia
	Rosja		Portugalia
	Ukraina		Rosja
			Rumunia
			Ukraina
			Węgry

Ogólny schemat zasilania pojazdów trakcyjnych z krajowej sieci energetycznej przedstawiono na rysunku 5.1. Schemat ten może dotyczyć dowolnego systemu zasilania pojazdów elektrycznych.

Rysunek 5.1. Ogólny schemat zasilania pojazdów trakcyjnych w energię elektryczną

Rysunek 5.2. Zasilanie trakcji elektrycznej w czterech systemach europejskich.

Rysunek 5.3. Trakcyjne zastosowania silników elektrycznych w Europie.

Na rysunku 5.2. przedstawiono schemat zasilania trakcji elektrycznej w czterech, wyżej wymienionych systemach europejskich: 1500V DC; 3000V DC; 15000V AC 16²/₃ Hz; 25000V AC 50 Hz. Trakcyjne zastosowania różnych rodzajów silników elektrycznych w Europie zilustrowano diagramem pokazanym na rysunku 5.3.

5.2. Układy elektryczne pojazdów trakcyjnych dostosowanych do pracy przy poszczególnych systemach zasilania [7],[8],[13].

Rysunek 5.4 przedstawia schematy układów elektrycznych pojazdów trakcyjnych z silnikami komutatorowymi. Na ogół są to silniki prądu stałego. Możliwość zastosowania silników komutatorowych, w przypadku zasilania prądem przemiennym 15000V AC, mamy jedynie przy częstotliwości obniżonej do 16²/₃ Hz. Silniki mają stojany lite (jak dla prądu stałego), gdyż przy tej częstotliwości prądy wirowe nie wywołują nadmiernego nagrzania stojana.

Rysunek 5.4. Systemy zasilania pojazdów trakcyjnych z silnikami komutatorowymi DC.

Rysunek 5.5. Systemy zasilania pojazdów trakcyjnych z silnikami asynchronicznymi AC.

Na rysunku 5.5 pokazano schematycznie układy elektryczne pojazdów trakcyjnych z asynchronicznymi silnikami trójfazowymi. Pojazdy wielosystemowe są stosowane zwłaszcza w trakcji pasażerskiej i przyśpieszonej trakcji towarowej, w przewozach tranzytowych przez obszary zarządów kolejowych stosujących różne systemy zasilania sieci trakcyjnej.

Rysunek 5.6. Układ wielosystemowy z silnikami komutatorowymi DC

Rysunek 5.7. Układ wielosystemowy z silnikami asynchronicznymi AC.

5.3. Zasady sterowania elektrycznych szeregowych trakcyjnych silników komutatorowych D.C. w lokomotywach [1],[13].

W odniesieniu do szeregowego silnika komutatorowego prądu stałego mamy trzy fundamentalne zależności opisujące jego charakterystykę roboczą:

(5.1a)

Oznaczenia:

U - napięcie na zaciskach silnika [V],

E - siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniach silnika [V],

I - prąd silnika [A],

 - strumień magnetyczny główny silnika [Wb],

 - prędkość obrotowa wirnika [1/s],

C_ - stała maszyny (5.1b) (bezwymiarowa) ze względu na prędkość,

C_M - stała maszyny (5.1b) (bezwymiarowa) ze względu na moment obrotowy,

M - moment obrotowy [Nm].

Stałe maszyny (5.1b) są opisane następującymi zależnościami:

(5.1b)

Powyższe stałe, (tylko w układzie jednostek SI) wyrażają się pojedynczym wzorem:

(5.2)

gdzie:

p - liczba par biegunów silnika,

b - liczba prętów wirnika (liczba toków prądowych w żłobku wirnika),

a - liczba par równoległych gałęzi uzwojeń wirnika.

Rysunek 5.8. Schemat szeregowego silnika prądu stałego.

Charakterystyka silnika szeregowego, zgodnie z powyższymi zależnościami, zależy od krzywej magnesowania (I). Krzywa ta wynika wprost z charakterystyki materiału obwodu magnetycznego (blach magnetycznych) B(H).

Rysunek 5.9. Charakterystyki magnetyczne: a) blach krzemowych, b) maszyny

Oznaczenia na charakterystykach:

B - indukcja magnetyczna [T]; [T = Tesla]; B =  /S;

S - przekrój bieguna magnetycznego [m²],

H - natężenie pola magnetycznego [A/m],

 - strumień magnetyczny [Wb];  = (I_magn, Z);

Z - liczba zwojów w cewce magnesującej pojedynczy biegun maszyny.

Kształt krzywej (I) w bezpośredni sposób określa charakterystyki _s(I) oraz M(I) (w jednostkach SI), zgodnie z (1).

(5.3)

Krzywe _s(I) oraz M(I) stanowią charakterystykę elektromechaniczną silnika (zależność wielkości mechanicznych od prądu I, przy określonym napięciu U na zaciskach silnika). Z punktu widzenia przydatności trakcyjnej, najbardziej przydatna jest krzywa M(_s), będąca wyłącznie mechaniczną charakterystyką silnika elektrycznego. Mechaniczna charakterystyka silnika elektrycznego określa trakcyjną charakterystykę lokomotywy.

Rysunek 5.10. Budowa mechanicznej charakterystyki szeregowego silnika elektrycznego b) na podstawie jego charakterystyki elektromechanicznej a).

Rysunek 5.11. Budowa mechanicznej charakterystyki lokomotywy b) na podstawie mechanicznej charakterystyki silnika elektrycznego a).

Charakterystyka silnika elektrycznego M_s(_s) określa (odniesioną do osi) charakterystykę trakcyjną pojazdu jedynie w zakresie ograniczeń mocy F(V) = F_oN(V). Przy mniejszych prędkościach jazdy niż V₂, charakterystykę ogranicza krzywa przyczepności F_oψ (V), podobnie jak na rysunku 4.7.

Wzajemne przyporządkowanie omawianych charakterystyk jest następujące:

(5.4)

gdzie:

i - wartość przełożenia przekładni zębatej pomiędzy wirnikiem silnika a zestawem napędnym: i = [liczba zębów koła na zestawie] / [liczba zębów zębnika].

_p - sprawność przekładni zębatej,

n - liczba zestawów napędnych w lokomotywie,

d_k - średnica okręgu tocznego w kole napędnym lokomotywy.

Każdy silnik szeregowy przeznaczony do zadań trakcyjnych, w swej charakterystyce powinien zawierać (co najmniej) następujące dane znamionowe:

N_c - moc ciągła [kW], N_h - moc godzinna [kW],

I_c prąd ciągły [A], I_h - prąd godzinny [A],

_c - sprawność silnika przy prądzie ciągłym, m - masa silnika [kg].

ZASADY STEROWANIA SILNIKAMI KOMUTATOROWYMI, wynikające z (5.3), są następujące:

A: Zmiana napięcia U na zaciskach silnika,

A1: - przełączanie par silników w układ szeregowy i szeregowo - równoległy,A2: - Włączanie w szereg rezystorów rozruchowych (R = R_siln+R_dod),A3: - Impulsowe załączanie napięcia (rozruch impulsowy - tyrystorowy).

B: Zmiana strumienia magnetycznego głównego (I)

B1: bocznikowanie uzwojeń stojana (magneśnicy) przy użyciu rezystorów bocznikujących.

ZASADY A1 I A2 STEROWANIA SILNIKÓW SZEREGOWYCH D.C.

Rysunek 5.12. Układy rozruchowych połączeń silników elektrycznych w lokomotywie czteroosiowej: a) - początek rozruchu; b) - zakres trakcyjny na szlaku. R_x - rezystor rozruchowy.

Rysunek 5.13. Układy rozruchowych połączeń silników elektrycznych w lokomotywie sześcioosiowej: a) - początek rozruchu; b) druga faza rozruchu c) - zakres trakcyjny na szlaku. R_x - rezystor rozruchowy.

ZASADA A3 ORAZ SCHEMAT UKŁADU IMPULSOWEGO ROZRUCHU POJEDYNCZEGO SILNIKA TRAKCYJNEGO PRĄDU STAŁEGO

Rysunek 5.14. Uproszczony schemat układu rozruchu impulsowego (chopperowego) silnika D.C.

Rysunek 5.15. Schemat układu impulsowego rozruchu pojedynczego silnika trakcyjnego prądu stałego; P - przerywacz; L - indukcyjność dławika; C - pojemność kondensatora; R - rezystancja rezystora; D - dioda.

Rusunek 5.16. Przebieg prądu silnika w czasie t rozruchu impulsowego.

Schemat szeregowego załączania rezystorów rozruchowych w obwód silników trakcyjnych lokomotywy pokazano na rysunku (str. 4). (Zasada A2).

(5.5)

Skokowej zmianie rezystancji R_x towarzyszy zmiana wartości prądu I_x, a co za tym idzie, także zmiana wartości momentu M_x = C⋅ _x (I_x)⋅I_x; To zaś oznacza zmianę wartości siły pociągowej lokomotywy. Podczas rozruchu nie należy dopuszczać do zbyt dużych zmian siły pociągowej (aby uniknąć szarpnięć). W praktyce, współczynnik nierównomierności siły pociągowej δ_F ogranicza się co najwyżej do wartości 0,05:

(5.6)

Na rysunku 5.16 przedstawiono schemat impulsowego załączania napięcia (i fluktuacji prądu silnika) przy rozruchu tyrystorowym. Jest to sterowanie bez-rezystancyjne, a więc energooszczędne. (Zasada A3).

Na rysunku przyjęto następujące oznaczenia:

L_w, C_w, - wejściowy filtr wygładzający (układ indukcyjności i pojemności),

P - przełącznik lub przerywacz (układ impulsowego załączania prądu),

D - dioda rozładowująca energię magnetyczną zgromadzoną w cewkach przy przerywaczu zamkniętym,

L_s - indukcyjność silnika,

R_s - rezystancja własna silnika.

Dzięki bezwładności energetycznej obwodu magnetycznego silnika, przy dostatecznie wysokiej częstotliwości impulsów napięciowych (załączanie - rozłączanie), zarówno prąd, jak i moment obrotowy silnika, będą bliskie ich wartościom średnim w czasowych przedziałach impulsowania.

Dla I_śr i _śr możemy napisać:
Równanie różniczkowe bilansu napięć w obwodzie sieci silnika jest następujące:

(5.7)

Rozwiązaniem ogólnym powyższego różniczkowego równania pierwszego rzędu jest funkcja wykładnicza. Z tej przyczyny, po załączeniu (z) i po wyłączeniu (w) przerywacza P, prąd będzie miał przebieg wykładniczy, według rysunku 5.16.

(5.8)

W warunkach sterowania impulsowego wartość współczynnika nierównomierności siły pociągowej (5.6) jest proporcjonalna do nierównomierności prądu rozruchowego:

(5.9)

ZASADA B1 STEROWANIA SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO:

ZMIANA STRUMIENIA MAGNETYCZNEGO GŁÓWNEGO (I)

Zasada B1 sterowania silników trakcyjnych lokomotywy została zilustrowana schematycznie na rysunku 5.17. Jest to tak zwane bocznikowanie uzwojeń stojana. Zmianie rezystancji bocznika R_b odpowiada zarówno zmiana położenia krzywej M(I) jak i _s(I). Charakter tych przemieszczeń przedstawiono na rysunku 5.18.

Stopień wzbudzenia silnika Ω należy rozumieć następująco:

W praktyce obowiązują następujące ograniczenia: 0,18 ≤ Ω < 1; Liczba stopni osłabienia strumienia głównego pola magnetycznego praktycznie nie przekracza ośmiu.

Rysunek 5.17. Schemat silnika szeregowego D.C. pracującego z osłabionym polem wzbudzenia strumienia głównego g.

Ponieważ I_siln = I_g + I_b, to możemy napisać:

(5.10)

Przy dużych nasyceniach strumienia głównego Φ ≈ const, zatem następstwo spadku wartości prądu magnesującego możemy napisać następująco:

(5.11)

gdzie jako M_w oznaczono moment na wirniku przy częściowym wzbudzeniu magnetycznego strumienia pola głównego.

Podobny skutek zaobserwujemy odnośnie sił pociągowych lokomotywy:

(5.12)

Powyższa liniowa zależność traci moc przy małych nasyceniach strumienia zgodnie z charakterystyką magnesowania (rys. 5.9).

Rysunek 5.18. Charakterystyka elektromechaniczna silnika szeregowego D.C. z osłabionym wzbudzeniem strumienia głównego (linia przerywana) na tle charakterystyki ze wzbudzeniem pełnym - pogrubiona linia ciągła.

5.4. Pojęcie prądu ciągłego; Izolacja uzwojeń silników.

Pod pojęciem prądu ciągłego I_c należy rozumieć taką wartość prądu, przy której silnik może pracować dowolnie długo bez przekroczenia dopuszczalnej temperatury uzwojeń. Materiały izolacyjne zestawiono w tabeli 5.3.

Tabela 5.3. Wsółcześnie stosowane klasy izolacji

Klasa izolacji	Materiały izolacyjne	Temperatura dop. ^oC
F	Mika, włókno szklane, porcelana, kwarc bez czynnika wiążącego	180
H	Szkło specjalne, silikony	205

Niższe klasy izolacji (A,B...) wyszły już z użytku.

Wzorując się na pojęciu prądu ciągłego, możemy mówić podobnie o prądzie godzinnym I_h, kwadransowym, czy minutowym, licząc od temperatury początkowej określonej najczęściej jako 20^oC.

Wartość prądu ciągłego I_c jest sprzężona z intensywnością chłodzenia silnika trakcyjnego. Przewietrzanie silników ma bowiem na celu odprowadzenie ciepła wywiązywanego na skutek niedoskonałej sprawności silnika. Moc przetwarzana na ciepło wynosi:
. Przy mocach silników szeregowych DC dochodzących do 800 kW, na ciepło zamienia się ok. 25 kW.

Straty momentu napędowego silnika pochodzą z czterech źródeł: opory mechaniczne, prądy wirowe, opory aerodynamiczne i straty w miedzi. Liczbowo najmniej znaczące są straty w miedzi i opory mechaniczne.

Sprawność silnika możemy wyrazić następująco:

(5.13a)

(5.13b)

gdzie I²R - straty w miedzi.

5.5. Przewietrzanie silników.

Ilość powietrza potrzebna do schłodzenia silnika trakcyjnego w praktyce wynosi w przybliżeniu od 0,18 do 0,2 [m³/kW⋅min]. Występująca w mianowniku moc [kW] należy tu rozumieć jako moc ciągłą (znamionową) silnika. Należy pamiętać, że wraz ze wzrostem intensywności przewietrzania silnika możemy dopuścić odpowiednio zwiększoną wartość prądu ciągłego. Jednocześnie jednak ze wzrostem intensywności przewietrzania maleje stosunek I_h/I_c. Oznacza to, że podatność silnika na krótkotrwałe przeciążenie, obniża się.

Rozróżniamy przewietrzanie własne i obce. Przewietrzanie własne występuje, gdy wentylator jest osadzony na osi wirnika silnika. W tym przypadku podczas postoju pojazdu trakcyjnego na przystanku, silniki nie są przewietrzane. Przewietrzanie obce wymaga wentylatora zewnętrznego. Współcześnie przewietrzanie obce stosuje się przede wszystkim w lokomotywach. W wolnobieżnych podmiejskich zespołach trakcyjnych i w starszych pojazdach trakcji miejskiej stosowane jest przewietrzanie własne.

5.6. Zasady sterowania lokomotyw z asynchronicznymi silnikami prądu przemmiennego (A.C) [1],[7],[8],[9],[10].

Mechaniczne charakterystyki silników asynchronicznych przedstawiono na rysunkach 5.19 i 5.20. Rysunek 5.19 przedstawia charakterystykę asynchronicznego silnika pierścieniowego (z wirnikiem uzwojonym, zwieranym stopniowo poprzez zmniejszanie zewnętrznej rezystancji międzypierścieniowej); rysunek 5.20 - asynchronicznego silnika z wirnikiem klatkowym.

Pod pojęciem „poślizg” należy rozumieć bezwymiarową wartość s:

(5.14)

gdzie:

_o - prędkość kątowa wirującego pola magnetycznego [1/s],

 - prędkość kątowa wirnika silnika,

s_k - poślizg krytyczny, odpowiadający maksymalnej wartości momentu obrotowego na wirniku.

Rysunek 5.19. Napięciowe sterowanie asynchronicznego silnika pierścieniowego przez załączanie rezystorów rozruchowych pomiędzy pierścieniami wirnika czyli zwieranie uzwojeń wirnika poprzez rezystor. Poślizg oznaczono jako σ.

We współcześnie budowanych pojazdach trakcyjnych silniki asynchroniczne pracują w warunkach zmiennych (sterowanych) wartości częstości ω_o oraz napięć ~V prądu doprowadzonego do zacisków silnika. Punkt pracy napędowej znajduje się w zakresie małych poślizgów: 0 > s > s_k, na ujemnych pochyleniach charakterystyk dM/dω < 0. Moment roboczy M_rob < M_ks.

Silniki asynchroniczne wykazują się kilkakrotnie korzystniejszą wartością ciężarowego współczynnika mocy przypadającej na jednostkę masy [kW/kg] aniżeli silniki komutatorowe. Budowa silników asynchronicznych jest znacznie prostsza aniżeli komutatorowych; są one tańsze, trwalsze i bardziej niezawodne. Koszty remontów silników asynchronicznych (z wirnikiem klatkowym) także są znacznie niższe niż silników komutatorowych.

W lokomotywach elektrycznych (z silnikami trójfazowymi) budowanych jeszcze w XIX wieku, po roku 1880, stosowano sterowanie prędkości wirnika przez włączanie rezystorów w obwód uzwojonego wirnika ze ślizgami pierścieniowymi. Charakterystyki takiego sterowania przedstawiono na rysunku 5.19, gdzie wartości rezystancji międzypierścieniowych oznaczono jako R_d.

Współcześnie, do sterowania prędkości, wykorzystuje się półprzewodnikowe przetworniki częstości i napięcia. Moment obrotowy M wirnika dla pojedynczej fazy uzwojeń i jednej pary biegunów jest opisany następującym wzorem:

(5.15)

gdzie oznaczono:

s, ω_o - zgodnie z (5.14),

U₁ - napięcie fazowe sieci [V],

R^'₂ - rezystancja fazy wirnika wraz z rezystorem dodatkowym [Ω],

X^'₂ - reaktancja fazy wirnika [Ω],

R₁ - rezystancja fazy stojana [Ω],

X₁ reaktancja fazy stojana [Ω].

{reaktancja - opór bierny - stosunek składowej napięcia będącej w kwadraturze z prądem - do tego prądu; (w stanie przesunięcia fazy napięcia i prądu o π/2)}

k - bezwymiarowy mnożnik poprawkowy
;

dla silników trakcyjnych k ≈ 1.

X_o - reaktancja fazy gałęzi poprzecznej.

W praktyce rezystancja nie przekracza 10-15% wartości reaktancji. Stąd płyną dalsze możliwości przekształceń związku (5.15) przy wykorzystaniu rachunku przybliżeń:

(5.16)

gdzie M_k - wartość momentu maksymalnego według rysunku 5.19, przy czym

X_z=X₁+X^'₂⋅k;

Reaktancja X_z jest funkcją prędkości wirnika.

Ze związku (5.16) wynika, że maksymalny moment silnika zależy wprost proporcjonalnie od kwadratu napięcia, zaś odwrotnie proporcjonalnie od prędkości kątowej pola elektromagnetycznego ω_o. Aby utrzymać stałą wielkość M_k, należy zachować stałą wartość stosunku U²₁/ω_o napięcia i częstości. We wzorze (5.16) znak „+” odpowiada pracy silnikowej, zaś znak „-„ pracy prądnicowej. Sterowanie według prostej M_k = const zostało przedstawione na rysunku 5.20. Podobny charakter sterowania otrzymujemy przy przełączaniu liczby par biegunów silnika.

Rysunek 5.20. Mechaniczna charakterystyka silnika asynchronicznego z wirnikiem klatkowym. Na charakterystyce pokazano podsynchroniczną pracę maszyny w zakresie silnikowym oraz pracę nadsynchroniczną w zakresie prądnicowym (generatorowym).

Podstawiając we wzorze (5.16) U1=const, (przy ω_o=varius), otrzymuje się sterowanie wyłącznie ze względu na częstość prądu. Odpowiednią ilustrację przedstawiono na rysunku 5.21. Z omawianego związku (5.16) wynika ponadto, że aby przemieścić punkt „k” wzdłuż krzywej stałej mocy na charakterystyce mechanicznej silnika N_c = M_k⋅ω_o = const, należy stosować sterowanie według zasady U²₁ = const.

Charakterystyki złożonej regulacji (sterowania) silnika asynchronicznego: według stałego momentu napędowego i według stałej mocy, przedstawiono na rysunku 5.23.

Rysunek 5.21. Sterowanie silnika asynchronicznego przez zmianę prędkości kątowej wirującego pola magnetycznego _o przy stałym napięciu U₁=U_o zasilania uzwojeń stojana.

Rysunek 5.22. Sterowanie silnika asynchronicznego przez równoczesną i proporcjonalną zmianę kwadratu napięcia zasilania U₁ oraz zmianę prędkości kątowej wirującego pola magnetycznego _o według zasady: U²₁/_o = const.

Rysunek 5.23. Sterowanie kombinowane silnika asynchronicznego: według stałej uśrednionej siły rozruchowej i według stałej mocy uśrednionej.

Asynchroniczne silniki mają dość znaczną przeciążalność p_s:

(5.17)

gdzie M_n - moment znamionowy silnika.

Dzięki przeciążalności silniki pracują na opadającej (stabilnej) gałęzi charakterystyki dając możliwość krótkotrwałego przekroczenia mocy ciągłej oraz hamowania elektrodynamicznego w warunkach sterowanej nadsynchroniczności. Jest to hamowanie odzyskowe, ze zwrotem energii do sieci trakcyjnej.

Na rysunku 5.24 przedstawiono charakterystykę trakcyjną (w górnej części) i schemat układu sterowania (w dolnej części) austriackiej normalnotorowej elektrycznej lokomotywy ÖBB klasy 1822, dwusystemowej, 3000 [V] DC/AC 15 [kV] 16²/₃ [Hz], z trójfazowymi silnikami asynchronicznymi zasilanymi napięciem międzyfazowym 2190 [V] o częstotliwości sterowanej w falownikach od 0 do 150 [Hz].

W tym miejscu należy podkreślić, że zastosowanie trójfazowych silników asynchronicznych z wirnikami klatkowymi, zasilanych z falowników, wymaga prądu stałego na wejściu do falowników. Nie ma bowiem - jak dotąd - praktycznie innej możliwości przekształcania jednofazowego prądu przemiennego o określonej (lecz stałej) częstotliwości na prąd przemienny trójfazowy o innej częstotliwości, jak tylko w maszynowych przetwornicach wirujących (rys.5.2). Jednak przy takim przekształcaniu częstotliwość na wyjściu jest także stała, co sprawia, że układ jest trakcyjnie bezużyteczny - jeśli chcemy stosować trakcyjne silniki trójfazowe z wirnikami klatkowymi, a nie pierścieniowymi. Możliwość sterowania częstotliwości trójfazowego prądu przemiennego zaistniała dopiero po roku 1976, kiedy wprowadzono półprzewodnikowe układy falownikowe. Te jednak muszą mieć na wejściu prąd stały. Dlatego wszystkie lokomotywy zasilane prądem przemiennym, przed falownikami, mają układ transformatorowo - prostownikowy, jak pokazano na rysunku 5.24.

Przy zasilaniu lokomotyw prądem stałym układ transformatorowo - prostownikowy na lokomotywie nie jest potrzebny, gdyż znajduje się on w podstacji prostownikowej czerpiącej energię elektryczną z krajowej sieci energetycznej. Na rysunku 5.24 pokazano wejście napięcia 3kV prądu stałego za układem transformatorowo - prostownikowym. Przy pracy lokomotywy pod siecią 3kVDC, układ ten jest wyłączony.

Rysunek 5.24.a. Charakterystyka trakcyjna lokomotywy dwusystemowej z silnikami asynchronicznymi

Rysunek 5.24.b. Schemat obwodu głównego dwusystemowej lokomotywy

BB klasy 1822

Na rysunkach 5.25 i 5.26, dla porównania, przedstawiono charakterystyki elektrycznych pojazdów trakcyjnych z silnikami prądu stałego i przemiennego.

Rysunek 5.25. Charakterystyka czteroosiowego pojazdu elektrycznego z silnikami trakcyjnymi prądu stałego.

Rysunek 5.26. Charakterystyka czteroosiowego pojazdu elektrycznego z trójfazowymi silnikami trakcyjnymi prądu przemiennego.

0

106

PRĘDKOŚĆ V [m/s]

SIŁA

F [N]

Krzywe naturalne dla stałych napięć

Rozruch rezystorowy

Krzywa stałej mocy godzinnej

Krzywa stałej mocy ciągłej

PRĘDKOŚĆ V [m/s]

SIŁA

F [N]

Krzywa stałej mocy godzinnej

Krzywa stałej mocy ciągłej

Pełna gęstość krzywych sterowania

POJAZD ELEKTRYCZNY

Z SILNIKAMI ASYNCHRONICZNYMI AC

POJAZD ELEKTRYCZNY

Z SILNIKAMI

TRAKCYJNYMI PRĄDU

STAŁEGO

---