LOCOMOTIVA ELECTRICĂ EC Bo-Bo 3400 kW TIRISTORIZATĂ

 

         În întâmpinarea necesității SNTFC "CFR Călători" SA de a crește fiabilitatea locomotivelor electrice Bo-Bo 3400 kW, de a crește calitatea aerului comprimat și fiabilitatea instalației de producere a aerului comprimat, respectiv de a îmbunătății condițiile de conducere și comfort ale mecanicului de locomotivă s-au adus o serie de lucrări de modernizare.

         

• Sistem de reglare continuă a tensiunii pe motoarele de tracțiune cu punți semicomandate în montaj economic cu randament ridicat
• Convertizoare statice de tensiune și frecvență pentru alimentarea serviciilor auxiliare
• Sistem informatic integrat de monitorizare, funcționare și comandă a regimurilor de  tracțiune - frânare
• Compresor elicoidal pentru producere aer comprimat
• Controller tip manșă pentru impunerea continuă a vitezei și a curentului de tracțiune
• Sistem performant de protecție la patinare și blocare osii
• Bord de conducere modernizat
• Ferestre laterale culisante din termopan
• Sistem de climatizare montat în cabina de conducere
• Rezistențe de frânare separate galvanic
• Izolarea oricărui motor de tracțiune în caz de defect
• Stație de încărcare baterii de acumulatori, în comutație, cu limitare încărcare după curent, tensiune și temperatură mediu ambiant
• Funcționare în regim automat cu viteză și curent impus
• Construcție modulară
• Avantaje:
  • creșterea fiabilității în exploatare
  • optimizarea regimurilor de mers și de funcționare a echipamentului de tracțiune
  • reducerea consumului specific de energie
  • simplificarea schemelor de tracțiune și comandă
  • imbunătățirea condițiilor de conducere pentru mecanicul locomotivei
  • creșterea gradului de disponibilitate a locomotivei
  • extinderea ciclului de revizii și reparații
• Sistemul de reglare continuă a tensiunii pe motoarele de tracțiune utilizând punți semicomandate în montaj economic cu parametrii energetici ridicați prin care se elimină comutatorul de tip graduator 
  • asigură reducerea costurilor de întreţinere şi creşterea duratei de viaţă prin eliminarea graduatorului
  • optimizarea regimurilor de tracțiune prin mersul la viteză constantă impusă de porțiuni ale traficului prin reglajul continuu al turației motoarelor de tracțiune cu prescriere de viteză
  • reglajul accelerațiilor și decelerațiilor proporțional cu sarcina și controlul patinării
  • optimizarea parametriilor funcționali ai echipamentului de tracțiune
  • reducerea consumului specific de energie
  • funcționarea cu un factor de putere ridicat fără a utiliza filtre de armonici
  • permite izolarea oricărui motor de tracțiune în caz de defect
  • permite izolarea completă a rezistenței de frânare pentru fiecare motor în parte în cazul unor puneri la masă
  • permite creșterea puterii în tracțiune datorită sistemului de reglare utilizat
  • reducerea numărului de manevre pentru conducerea locomotivei prin utilizarea unui controller tip manșă și funcționarea în regim automat de tracțiune cu viteză și curent impus
• Sistem informatic integrat cu microcontroller ce monitorizează funcționarea locomotivei și comandă regimurile de tracțiune frânare, cu funcție de protecție, diagnoză, memorare, semnalizare pe display color în ambele posturi de conducere, respectiv, atenționare vocală a mecanicului de locomotivă în cazul apariției unui regim de defect, cu posibilitatea rearmării sistemului din postul de conducere: 
  • este un sistem flexibil care permite conectarea cu alte echipamente numerice existente pe locomotivă sau montate ulterior în vederea transmiterii informaţiilor memorate către un alt echipament numeric pentru analiza comparativă, stocare, listare în vederea elaborării de statistici pe tipuri de defecte, regimuri de funcţionare, diagnoză
  • permite avertizarea sonoră şi informarea în clar a mecanicului privind evenimentele legate de funcţionarea locomotivei și manevrele care trebuie efectuate, obţinându-se creşterea gradului de securitate la conducerea locomotivei
  • posibilitate de diagnosticare la punerea în funcțiune
  • simplificarea schemelor de comanda prin reducerea numarului de relee, contactoare
  • reducerea timpilor de mentenanta
  • constructie modulara pe ierarhii si functii bine stabilite cu multiple posibilitati de configurare
  • afişarea se face într-un câmp vizual restrâns, ceea ce îi permite mecanicului să urmărească, să interpreteze şi să reacţioneze corespunzător, fără solicitări obositoare
  • afişarea se face pe un display grafic, cu reglaj automat şi manual al intensităţii luminoase în funcţie de iluminatul exterior şi percepţia mecanicului, obţinându-se creşterea indicelui de confort
• Instalaţiei de producere a aerului comprimat utilizează un compresor elicoidal acţionat de un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit şi alimentat de la un convertor static de tensiune şi frecvenţă,. Pornirea motorului se face prin creşterea progresivă a tensiunii şi frecvenţei furnizate de convertizorul static: 
  • creşterea fiabilităţii şi randamentului prin utilizarea compresorului elicoidal
  • funcţionare silenţioasă
  • se reduce cantitatea de ulei în aerul refulat şi consumul total de ulei crescând calitatea aerului refulat
  • debitul de aer este constant în prezenţa unor variaţii mari ale tensiunii de alimentare
  • se elimină şocul de curent la pornirea motorului electric de acţionare prin utilizarea unui convertor static
• Sistemul de convertoare statice pentru alimentarea serviciilor auxiliare, utilizează redresoare comandate cu factor de putere unitar și comenzi sincronizate şi întreţesute între redresoare: 
  • frecvenţa de modulare a redresoarelor din sistem se multiplică cu numărul convertoarelor sincronizate
  • se elimină fenomenul de "bătăi" în reţeaua de alimentare
  • pornirea motoarelor electrice se face fără șocuri mecanice și de curent
  • se menține turația motoarelor electrice în condițiile variației mari a tensiunii din catenară
  • se reduce consumul de energie prin corelarea puterii de ventilație funcție de curent prin motoarele de tracțiune
  • implementarea sistemului pe locomotivă nu necesită modificări constructive asupra acoperișului sau podelei în sensul creării condițiilor de răcire a convertizoarelor statice de tensiune și frecvențaă. Acestea se răcesc cu aer din interiorul locomotivei, sistemul având un randament energetic ridicat
  • se utilizează motoare electrice în clasă normală de izolație datorită tensiunii reduse față de masă
• Sistem performant de protecție la patinare și blocare osii, prin montarea unui traductor de proximitate cu histerezis pe carcasa fiecărui reductor, informația privind turația osiei rezultând din variația reluctanței ansamblului traductor – dinți pinion(coroană dintață): 
  • utilizarea optimă a forței de tracțiune funcție de coeficientului de aderență printr-o logică de comandă care permite menținerea forței de tracțiune la nivele ridicate în cazurile de patinare, utilizându-se mai multe nivele de patinare funcție de viteza locomotivei
  • posibilitatea identificării motorului care patinează și intervenția
  • implementarea traductoarelor de turație nu necesită prelucrarea capetelor de osie și nu limitează numărul contactelor de osie
  • fiabilitate ridicată deoarece traductoarele de turație nu au elemente proprii în mișcare
  • mărirea perioadei dintre două strunjiri succesive, sistemul nefiind influențat de valorile diferite ale diametrelor bandajelor, datorită sistemului de calibrare automată
  • informația de viteză reală a locomotivei are rezoluție ridicată și nu este influențată de regimurile de patinare
• Sistem de climatizare pentru cabina mecanicului realizat cu instalații de aer condiționat tip Colleman și încălzire cu elemente cu coeficient pozitiv de temperatură, cu autoprotejare, tip PTC, bord de conducere modernizat realizat din ABS, cu echipament din import, reamplasat ferestre laterale culisante din termopan, scaun ergonomic, sistem de avertizare grafică și volcală, regim automat de menținere a vitezei și curentului de tracțiune sau frânare: 
  • îmbunătățirea condițiilor de comfort climatic pentru mecanicul de locomotivă
  • reducerea oboselii și stresului în timpul conducerii locomotivei

 

Solutii tehnice și funcționale abordate pentru punerea în aplicare a concepției de modernizare

---

           Lucrările de modernizare au impus reconsiderarea regimurilor funcționale,circuitelor electrice și reamplasarea echipamentelor din structura locomotivei.

           Pentru alimentarea cu tensiune continuă variabilă a motoarelor de tracțiune, se utilizează punți redresoare semicomandate înseriate, în montaj economic cu parametrii energetici ridicați. Locomotiva este echipată cu două redresoare semicomandate, fiecare dintre acestea alimentând câte o grupă de motoare de tracțiune.

           Un redresor semicomandat pentru tracțiune tip RST 2 x 1250 /1250 “ este destinat să alimenteze cu tensiune de cc variabilă o grupă de motoare de tracțiune cu excitație serie, grupa de motoare fiind formată din două motoare tip LJE - 108 înseriate.

           Redresorul semicomandat pentru tracțiune RST – 2 x 1250/1250 transformă tensiunea alternativă din secundarele de tracțiune ale transformatorului principal al locomotivei în tensiune continuă reglabilă, prin înserierea unei punți semicomandate duble în montaj economic ( RST 2 x 625 /1250 PDME) cu o punte simplă semicomandată (RST 1250/1250 PS) formând un echivalent funcțional cu patru trepte de tensiune.

           Trecerea din regimul de tracțiune în regimul de frânare electrică presupune înserierea excitațiilor motoarelor de tracțiune și alimentarea acestora de la o singură punte semicomandată, fiecare motor de tracțiune functionând în regim de generator cu excitație separată și debitând energie pe rezistența proprie de frânare.

           Constructiv, redresoarele semicomandate sunt concepute sub formă de blocuri având același gabarit și același sistem de răcire ca și redresorul clasic cu diode.

Nr. crt	Caracteristici tehnice	RST 2 x 625/1250 PDME Punte dublă	RST 1250/1250 PS Punte simplă
1	Tensiunea nominală de alimentare	2 x 625 Vca	1250 Vca
2	Frecvența nominală	50 Hz	50 Hz
3	Tensiunea redresată în gol	0 - 900 Vcc	0 - 900 Vcc
4	Tensiunea redresată în sarcină	0 - 985 Vcc	0 - 985 Vcc
5	Curentul nominal redresat	1300 Acc	1300 Acc
6	Curent de suprasarcină - 5 min	1715 Acc	1715 Acc

           Transformatorul principal a fost astfel modificat în așa fel încât să permită alimentarea punților semicomandate în montaj economic. S-a eliminat ansamblu graduator selector, rezistența de comutare cu izolatorii aferenți.

           Înfășurările selfurilor de aplatizare au fost înseriate câte două și au fost prevăzute cu sonde de temperatură cu două praguri.

           Blocurile de aparate au fost astfel modificate încât să permită izolarea oricărui motor de tracțiune, respectiv rezistența de frânare proprie. În blocuri sunt montate traductoarele de curent, tensiune, respectiv siguranțele de alimentare pentru punțile redresoare din cadrul blocului.

           Pentru alimentarea serviciilor auxiliare sunt utilizate 4 invertoare statice de tensiune și frecvență, cu factor de putere unitar montate de o parte și de alta a blocurilor rezistențelor de frânare electrică. Acestea sunt alimentate de la priza de 403 V a transformatorului principal prin intermediul siguranțelor fuzibile ultrarapide montate în camera de înaltă tensiune a transformatorului principal.

           Serviciile auxiliare sunt împărțite în următoarele grupe de putere:

• Compresor de aer elicoidal 1 x 30 kW
• Ventilație forțată MT 8 x 5.5 kW
• Ventilație rezistențe frânare 4 x 5.5 kW
• Ventilație transformator principal și pompă ulei 1 x 7.5 kW + 1 x 1.5 kW

           Grupele de putere sunt prevăzute cu un sistem redundant de alimentare în așa fel încât invertorul pentru rezistențele de frânare poate înlocui funcțional oricare invertor.

           Funcționarea serviciilor auxiliare este comandată și monitorizată de către sistemul informatic integrat funcție de starea elementelor de protecție: tensiune în catenară, disjunctor, curent mediu MT, etc.

           Sursa de aer o constituie un compresor de aer elicoidal de 3.2 mc/min acționat de un motor electric asincron cu rotor în scurt circuit.

           Ventilația pentru MT este comandată funcție de curentul mediu pe motoarele de tracțiune în două trepte de ventilație pentru reducerea zgomotului, sesizarea treptelor de ventilație fiind realizată de către releele de presiune, câte două pentru fiecare bloc în parte.

           Ventilația transformatorului principal și pompa ulei sunt comandate automat la conectarea disjunctorului, functionând permanent atâta timp cât locomotiva este conectată la catenară.

           Echipamentul electronic de comandă și reglare (APL) este realizat fizic ca o unitate modulară, cu cartele detașabile, grupate pe funcții principale (tracțiune, frânare, monitorizare, diagnoză, patinare, surse, etc.) prevăzute cu indicatoare optice (diode LED) frontale ce indică starea și regimurile de funcționare proprii.

           Acesta asigură executarea tuturor comenzilor necesare funcționării locomotivei în regim de tracțiune sau frânare electrică putând funcționa în condiții de climă specifice locomotivei având în general următoarele funcțiuni:

• comanda aprinderii tiristoarelor
• reglarea vitezei în regim automat prin intermediul regulatoarelor de tensiune, curent, viteză
• limitarea curenților de tracțiune frânare
• protecția la depășirea vitezei prescrise, curent prescris, scurtcircuit, supratensiuni

           Din punct de vedere funcțional echipamentul electronic este constituit astfel:

           Sistemul electronic de comandă și reglare al locomotivei care realizează reglajul automat al vitezei în regim automat functionând la viteză constantă egală cu cea prescrisă și curent prescris limitează valoarea maximă a curentului și tensiunii rotorice, a curentului de excitație, permite selectarea regimului de lucru, supraveghează execuția schemei de către contactoare și inversoare în concordanță cu poziția controlerului și modul de lucru comandat.

           Sistemul electronic privind funcția de semnalizare, memorare,diagnoză monitorizează regimurile de tracțiune-frânare, funcționarea serviciilor auxiliare, protecțiile, starea diferitelor aparate din schema electrica a locomotivei (comutatoare de izolare, relee, contactoare, siguranțe automate, disjunctoare electromagnetice) tensiunea și curentul pentru fiecare motor de tracțiune, turațiile MT, mărimile electrice serviciilor auxiliare și comandă punțile redresoare prin fibră optică funcție de curentul și viteza impusă, starea de încălzire a transformatorului principal și selfului de aplatizare, stare ventilații, diferența între turațiile osii, în sensul scăderii, blocării sau creșterii tensiunii pe MT cu pante variabile funcție de regimurile de funcționare ale locomotivei, având la bază un sistem cu microcontroler și logica soft memorată.

           Acesta primește informații digitale și analogice ce definesc regimul de funcționare al locomotivei, prelucrează aceste semnale și le transmite serial către unitățile de afișare din cele două posturi de conducere, unități realizate cu display color cu iluminare variabilă și module vocale.

           Prin descărcarea datelor prin intermediul unui port serial de transfer de mare viteză (USB) și a unui program de interpretare a datelor memorate, se poate urmări evoluția în timp sub forma grafică a tuturor mărimilor monitorizate de sistem înaintea producerii unui eveniment, respectiv se pot realiza statistici pe tipuri de defecte, grafice, etc.

           Sistem de protecție la patinare și blocare osii motoare prelucrează semnalele transmise de traductoarele de turație montate pe fiecare reductor în parte și comandă reducerea sau limitarea tensiunii pe grupa de motoare a osiei care patinează cu o anumită valoare funcție de viteza locomotivei, de gradul de patinare, etc.

           În cazul blocării unei osii, se comandă defrânarea boghiului pe a cărei osii a apărut fenomenul de blocare și reduce rapid forța de frânare electrică a locomotivei

 

Întreținere și reparații

           Echipamentele principale ce fac obiectul modernizării au în componență elemente electronice cu comutație statică care nu necesită întreținere.

           Produsele sunt reparabile, fiind ușor de reparat datorită construcției modulare, ceea ce duce la reducerea timpului de staționare în cazul unei avarii.

           Privind întreținerea și reparația locomotivei, prin aplicarea sistemului de modernizare menționat, se reduc foarte mult timpii de depistare și remediere a unui defect datorită afișării în timp real pe display-ele din bord a avariei apărute.

           În urma experienței acumulate la căile ferate ce folosesc locomotive tiristorizate asemănătoare cu cea descrisă realizată de SC PROMAT SRL și folosind motoare din familia LJE 108 ciclurile de revizii planificate se extind la 92 zile cu imobilizare de 8 ore sub denumirea de revizii tehnice, iar anual la acestea sa adaugă CUS și schimbarea periilor la motoarele de tracțiune.

 

Caracteristicile căii și condiții de circulație 

• Ecartamentul - conform STAS 4397-75: 1435 mm
• Raza minimă de înscriere în curbă: 
  • în depou: 90 m
  • la schimbătorul de cale: 170 m
  • în linie curentă: 250 m
• Valoarea maximă a supraînălțării: 150 mm

 

Caracteristici constructive și funcționale 

• Tip EC / EC1
• Formula osiilor: Bo’ – Bo’
• Lungimea peste tampoane: 15 890 mm
• Lățimea cutiei: 3 100mm
• Cota dintre suprafața superioară a ciupercii șinei și muchia superioară a pantografului în stare coborâtă: 4 650mm
• Diametrul roții în stare nouă: 1 250mm
• Diametrul roții semiuzate: 1 210mm
• Greutatea totală: 
  • cu frână electrică 80t
  • fără frână electrică 78t
• Sarcina pe osie:
  • cu frână electrică 21t
  • fără frână electrică 20t
• Putere nominală, conform UIC: 3 400kW
• Forța de tracțiune la obadă:
  • uniorară 19,2 tf, pentru EC și 14,3 tf, pentru EC1
  • de durată 17,9 tf, pentru EC și 13,3 tf, pentru EC1
• Raportul de transmisie 73/20, pentru EC și 104/38, pentru EC
• Transformatorul principal: tip MLR 5500 modificat
• Motoare de tracțiune tip LJE 108, cu excitație serie
• Nr. trepte slăbire câmp 3
• Rezistență de frânare 0,42ohm

---