Soluțiile tehnice și funcționale abordate pentru punerea în aplicare a conceptului de modernizare
1) Blocul de convertoare statice tracțiune-frânare
Blocul convertoarelor statice tracțiune – frânare este executat ca un ansamblu pe care sunt fixate elementele componente, fiind prevăzut cu uși de acces cu încuietori care să permită accesul ușor în vederea efectuării intervențiilor.
Are în componenţă următoarele elemente:
- Redresor trifazat pentru generatorul sincron;
- Invertoare de tracțiune-frânare;
- Chopper frânare electro-dinamică;
- Sistem ventilație forțată pentru blocul de convertoare statice și motoarele de tracţiune 1,2,3.
Redresorul trifazat pentru generatorul sincron este un redresor trifazat realizat cu diode şi răcire cu aer pe o singură faţă.
Putere: 600 - 1800 kVA
Tensiuni intrare: 3 x (467 - 1400) Vca;
Frecvență: 40 - 120Hz;
Tensiune ieşire: 600 - 1800 Vcc;
Curent ieşire: 364 - 950 Acc.
Redresorul trifazat are o fiabilitate ridicată și pierderi de putere reduse datorită utilizării componentelor electronice de ultimă generaţie,iar dimensiunile sunt reduse prin utilizarea optimă a suprafeţelor de răcire.
Invertoare de tracțiune-frânare
Se utilizează invertoare trifazate cu comutație statică echipate cu tehnologie IGBT.
Tensiune intrare: 600 - 1800 Vcc;
Tensiune intrare maximă (în frânare electrodinamică): 1950 Vcc;
Tensiune ieșire maximă: 1400 Vca;
Curent ieșire maxim: 370 Aca;
Frecvență: 0 – 120Hz.;
Are pierderi de putere reduse de comutaţie datorită utilizării IGBT-urilor cu drivere inteligente de ultimă generaţie;
Dimensiunile de gabarit sunt reduse, iar răcirea este făcută forţat cu aer;
Construcţia modulară facilitează o intervenţie uşoară în caz de defecţiune, iar comanda este făcută cu fibră optică asigurând un regim optim de funcţionare pentru motoarele de tracţiune.
Chopper frânare electro-dinamică (optional)
Realizează transferul energiei electrice produsă de motoarele de tracţiune atunci când acestea funcţionează în regim de frânare electrodinamică (ca generator) către blocul rezistenţelor de frânare.
Preia supratensiunile din circuitul intermediar al invertoarelor de tracţiune, limitând tensiunea de DC link.
Tensiune intrare maxim: 1950 Vcc;
Puterea maximă a rezistențelor de frânare: 2 x 400 kW.;
Tipul de răcire: ventilație forțată cu aer;
Sistem ventilație forțată pentru blocul de convertoare statice
Sistemul de ventilație forțată pentru blocul de convertoare statice realizează şi răcirea motoarelor de tracţiune 1,2,3, folosind două grupe de ventilație alimentate de la un invertor de tensiune și frecvență.
Sistemul este prevăzut cu două nivele de ventilaţie, iar turaţia motoarelor poate fi variabilă.
2) Blocul de aparate pentru comandă și servicii auxiliare
Blocul de aparate comandă și servicii auxiliare, asigură comanda, reglajul, semnalizarea, monitorizarea funcţionării locomotivei şi alimentarea cu tensiune a serviciilor auxiliare. Construcţia blocului aparate comandă și servicii auxiliare se încadrează în gradul de protecție IP 20, fiind destinat funcţionării în sala mașinilor.
El este compus din urmatoarele componente:
- Calculatorul de comandă și protecție
- Calculatorul de tracțiune-frânare
- Regulator tensiune pentru generatorul sincron tip RAT-GSP
- Sursa statică 24 Vcc pentru alimentare circuitelor de comandă și încărcare baterii tip SIBA_LDE
- Convertor static alimentare servicii auxiliare cu protecție selectivă pe fiecare consumator tip CSASA 85 kVA
Calculatorul de comandă și protecție
Calculatorul de comandă și protecție este realizat cu microcontrolere, având câte un display color în fiecare cabină de conducere, asigură comenzile locomotivei, supravegherea mărimilor analogice cele mai importante și protecția motoarelor, afisarea permanentă a mărimilor indispensabile mecanicului pentru conducerea locomotivei, semnalizarea grafică și vocală a avariilor și resetarea acestora din cabină, memorarea evenimentelor și afișarea unor mesaje de mentenanță rapidă pentru mecanic.
Calculatorul de comandă și protecție este alcătuit din şapte categorii de module şi anume:
- module de intrări digitale PID - 5 buc;
- module de ieşiri digitale PED - 2 buc;
- module de intrări analogice PIA - 5 buc;
- module de ieşiri analogice PEA - 1 buc;
- modul central de comandă PCC - 1 buc;
- sursă de alimentare PSA - 1 buc.
- modul comunicaţie CAN PCD - 1 buc;
Mărimi achiziționate:
Se pot achiziţiona 160 de semnale digitale de 24 V distribuite pe 5 module PID, fiecare fiind prevăzut cu 32 de intrări.
Pot fi comandaţi 64 de consumatori la 24 V/ 2 A. Etajele de ieşire sunt distribuite pe două module PED, fiecare numărând 32 de canale de comandă.
Pot fi achiziţionate 60 de mărimi analogice, distribuite pe 5 module a câte 12 intrări analogice fiecare.
Din cele 12 canale de intrare 8 sunt de tipul 0-20 mA, iar 4 pot fi configurate 0-20 mA, 0-500 mA sau 0-10 V.
Sunt sintetizate 6 semnale analogice de tipul 0 – 4 – 20 mA prin intermediul modulului PEA.
Modulul PCD, care asigură interfaţa cu unitățile de monitorizare vehicul (PRO-UMV) din posturile de conducere, este prevăzut cu un port serial de tip CAN.
Modulul PCC, care asigură implementarea algoritmilor de comandă şi transferul de date în interiorul calculatorului central, este prevăzut cu două porturi de tip CAN pentru asigurarea fluxurilor de date cu calculatorul de tracţiune şi cu calculatorul motorului Diesel.
Sursa de alimentare este conectată la reţeaua de 24 V a locomotivei. Curentul maxim absorbit este de 1,5 A.
Calculatorul de tracțiune-frânare
Calculatorul comandă tracțiune - frânare asigură comanda regimurilor de tracțiune frânare electrică și funcționarea optimă a sistemului motor Diesel - generator sincron – motoare tracțiune. Accesul dinspre culoarul de trecere și utilizarea conectorilor frontali permite o intervenție ușoară și rapidă pentru remedieri și constatări de specialitate la oricare placă modul. Calculatorul este proiectat ca un sistem cu cartele Double Eurocard, introduse într-un 19 inchi Rack. Pentru comanda motoarelor de tracțiune se utilizează algoritmi performanți utilizați în tracțiunea feroviară.
Calculatorul tracţiune - frânare este alcătuit din trei categorii de module şi anume:
Modul comandă invertor TC_S - 6 buc;
Modul central TC_M - 1 buc;
Modul sursă de alimentare TC_MS _A - 3 buc.
Un modul comandă invertor INV – TC_S conţine:
- 3 intrări analogice 0…200 mA;
- 4 intrări analogice 4…20 mA;
- 2 intrări analogice configurabile 4…20 mA / 0 – 10 V;
- 4 ieşiri analogice configurabile 0-20mA/ 0-10V;
- 4 intrări dedicate traductor turaţie;
- 16 intrări digitale separate galvanic cu masă comună;
- 4 intrări digitale separate galvanic cu circuite de masă independente;
- 8 ieşiri digitale 24V /2A;
- 8 ieşiri fibră optică;
- 8 intrări fibră optică;
- 1 port de comunicaţie serială RS232 separat galvanic;
- 1 port de comunicaţie serială de tip CAN separat galvanic.
În structura modulului central TC_M intră:
- 3 intrări analogice 0…300 mA;
- 2 intrări analogice 0…75 mA;
- 1 intrare analogică 0…60 mA;
- 2 intrări analogice 4…20 mA;
- 2 intrări analogice configurabile 4…20 mA / 0 – 10 V;
- 4 ieşiri analogice configurabile 0-20mA/ 0-10V;
- 16 intrări digitale separate galvanic cu masă comună;
- 4 intrări digitale separate galvanic cu circuite de masă independente;
- 8 ieşiri digitale 24V /2A;
- 4 ieşiri fibră optică;
- 4 intrări fibră optică;
- 1 port de comunicaţie serială RS232 separat galvanic;
- 3 porturi de comunicaţie serială de tip CAN separate galvanic.
Sursele de alimentare asigură următoarele tensiuni:
- Modul TC_MS_A 1 - 24V /4,5 A (alimentare circuite electronice).
- Modul TC_MS_A 2 - /+24 V / 4,2 A (alimentare traductori);
- Modul TC_MS_A 3 - /+24 V / 4,2 A (alimentare traductori);
Alimentarea se face la 24 V, curentul maxim absorbit fiind de 18 A;
Conectarea modulelor cu restul echipamentelor din locomotivă se face prin cuple frontale atât pentru circuitele electrice cât și pentru fibra optică.
Sistemul prezentat asigură urmatoarele avantaje:
- DSP în virgulă fixă folosit pentru implementarea funcțiilor de bază ale controlului vectorial al motorului. Procesor secundar folosit pentru alte funcții și comunicarea cu calculatorul de comandă, protecție, semnalizare şi diagnoză al locomotivei;
- Invertor cu tensiune și frecvență variabilă implementate folosind modulație cu impuls de lungime variabilă (PWM) de tip space vector și control vectorial al motorului;
- Comutație de înaltă frecvență pentru PWM asincron și six-step folosit la viteze mai mari;
- Parametri adaptabili la modificarea condițiilor de operare ale MT;
- Fiecare modul din calculatorul de tracțiune controlează un singur motor și este independent de celelalte;
- Curentii, tensiunile și temperaturile motoarelor de tracțiune sunt folosite pentru control și protecție;
- Descrierea erorilor apărute este furnizată de calculatorul de comandă, protecție, semnalizare şi diagnoză.
Regulator tensiune pentru generatorul sincron tip RAT-GSP
RAT – GSP este un regulator automat de tensiune destinat reglării tensiunii la ieşirea generatorului sincron fiind montat în blocul de aparate pe unul din pereții verticali.
RAT – GSP primeşte informaţie de prescriere tensiune de la calculatorul de comandă și protecţie sub formă de semnal unificat ( 4...20 mA), informaţie pe care o introduce în regulatorul de tensiune, comparând-o cu informaţia de tensiune citită de un traductor de tensiune aflat pe generatorul sincron. RAT – GSP trimite informaţia de tensiune măsurată pe generatorul sincron, sub formă de semnal unificat ( 4-20 mA) către calculatorul comandă și protecție. De asemenea, informația de tensiune este trimisă sub formă de semnal unificat și către convertorul static de servicii auxiliare.
RAT - GSP trimite informaţie de avarie către calculatorul comandă șiprotecţie. În caz de avarie acesta se poate reseta de către calculatorul central în anumite condiții.
Sistemul constructiv, permite accesul pentru reglaje, verificări, remedieri, măsurători etc prin desfacerea șuruburilor frontale de fixare pe bloc și a capacului superior. Plăcile de borne și conectorii de legătură demontabile permit înlocuirea ușoară dacă este necesar.
Caracteristici tehnice principale :
- Tensiunea de alimentare a circuitelor de comandă: 24 Vcc ( +20%; -30 %);
- Curent de ieşire : max 10 Acc;
- Tensiune reglată la iesirea redresorului trifazat: 600 – 1800 Vcc;
- Protecţie la suprasarcină şi scurtcircuit pentru curentul de ieşire.
Sursa statică 24 Vcc pentru alimentare circuite comandă și încărcare baterii SIBA_LDE
SIBA_ LDE este destinată alimentării circuitelor de comandă încărcării bateriei de acumulatori.
SIBA_LDE transmite calculatorului de comandă şi protecţie informații despre valoarea curentului şi tensiunii de ieşire sub formă de semnale unificate (4...20mA). Utilizează tehnologie IGBT de ultimă generație (componente electronice cu pierderi de comutație reduse). Răcirea se realizează cu aer din interiorul locomotivei.
Caracteristici tehnice principale:
- Tensiunea încărcare baterii de acumulatori maxim 27 Vcc la 20°C;
- Funcție de compensare cu temperatură a tensiunii de încărcare;
- Curent de încărcare baterii de acumulatori limitată la 70 Acc;
- Curent total la sarcină maximă 250 Acc ± 5 %;
- Tensiune de intrare : 575 Vcc ± 5%;
Sursa este prevăzută cu următoarele protecții:
- Protecţie la suprasarcină pe ieşire;
- Protecţie la scurtcircuit pe ieşire;
- Protecţie la supratensiune pe ieşire.
Convertorul static pentru alimentarea serviciilor auxiliare cu protecție selectivă pe fiecare consumator CSASA 85 kVA
CSASA 85 kVA este prevăzut cu un bloc de protecții selective termice și electromagnetice pentru fiecare consumator, iar acestea sunt montate în exteriorul blocului de aparate. În interiorul blocului de aparate, comandă și servicii auxiliare sunt montate bobinele pentru chopper, respectiv filtru de tensiune sinusoidală.
Sistemul prezintă următoarele avantaje:
- Fiabilitate ridicată datorită tehnologiei IGBT;
- Construcția modulară asigură o întreținere ușoară;
- Utilizează componente electronice de ultimă generație cu pierderi de comutație reduse astfel că răcirea se realizează cu aer din interiorul locomotivei;
- Asigură protecția consumatorilor la suprasarcină după o caracteristică I2t, scurtcircuit, lipsă fază, supratensiune, crescând durata de viață a motoarelor electrice;
- Asigură pornirea controlată prin logica softstart cu U/f constant, după o caracteristică impusă a motoarelor electrice limitându-se astfel șocurile electrice și mecanice la pornire;
- Permite reglajul continuu al turației motoarelor de ventilație pentru MT funcție de starea de încălzire a acestora fapt ce duce la creșterea duratei de exploatare a motoarelor de ventilație, respectiv la economii de combustibil;
Convertorul static pentru alimentare servicii auxiliare are următoarea structură:
- chopper CH_SA - 1 buc;
- invertoare INV_1-4_SA - 4 buc.
Chopper-ul CH_SA este alimentat din circuitul intermediar al invertoarelor de tracțiune la o tensiune de alimentare cuprinsă între 600 ÷ 1950 Vcc și asigură alimentarea invertoarelor pentru servicii auxiliare.
Invertorul INV_1 _SA asigură alimentarea a 7 motoventilatoare de 5,5 kVA utilizate pentru răcirea convertorului static tracțiune-frânare și a motoarelor de tracțiune. Caracteristicile acestui invertor sunt următoarele:
Tensiunea de ieșire : 3 x (0…. 380) Vca, 0-50 Hz
Putere maximă : 38, 5 kVA
Invertorul INV_2_SA asigură alimentarea motoventilatoarelor din blocul de aparate comandă și servicii auxiliare, precum și tensiunea pentru filtru de 220 Vca, și are o putere de ieşire maximă de 11 kVA.
Invertorul INV_3_SA asigură alimentarea compresorului elicoidal şi a ventilatorului aferent.
Caracteristicile acestui invertor sunt urmatoarele:
- Tensiunea de ieşire : 3x ( 0…..380) Vca, 0-50 Hz
- Puterea maximă : 30 kVA
Invertorul INV_4_SA asigură alimentarea motoventilatorului blocului rezistențelor de frânare.
Caracteristicile acestui invertor sunt următoarele:
- Tensiunea de ieșire : 3 x(0….. 380 )Vca, f= 0-50 Hz
- Putere maximă : 5,5 kVA
Invertoarele sunt prevăzute cu protecție la suprasarcină, scurtcircuit, rotor calat, tensiune minimă de alimentare, tensiune maximă de alimentare, lipsă fază şi furnizează la ieşire semnale de avarie către calculator.
3) Echipament post conducere
Pentru satisfacerea cerințelor impuse de gabarit, facilități acces, montaj, conexiuni electrice, pupitrul de conducere este realizat din fibră de sticlă armată cu rășini poliesterice.
Pentru a crește condițiile de comfort în timpul conducerii, zona de sub pupitru este închisă cu panouri detașabile.
Sub pupitru, în zona închisă, sunt montate placile de borne pentru racordarea electrică cu celelalte echipamente ale locomotivei, rezervoarele de aer, instalațiile electropneumatice pentru comanda ștergătoarelor de geam, a sirenelor pneumatice, instalația pentru spălare geam, etc. Pe închiderile verticale de sub pupitru sunt montate comutatoarele pentru izolarea motoarelor de tracțiune, instalația de încălzire post conducere și climatizare post conducere, prizele pentru alimentarea diferiților consumatori, siguranțele automate pentru protecția selectivă a consumatorilor din posturile de conducere. Pe pupitru se montează aparatajul electric şi pneumatic necesar conducerii şi supravegherii funcţionării locomotivei. Echipamentul post conducere are în componenţă următoarele subansamble:
- Unitatea de monitorizare vehicul (PRO-UMV) este reprezentată de un sistem de calcul integrat care are un monitor grafic cu luminozitate ridicată pe care se afişează starea curentă a locomotivei şi prezintă mecanicului soluţii pentru problemele care pot să apară. Mărimile folosite de Calculatorul de comandă şi protecţie sunt afişate în diferitr ecrane ce pot fi accesate folosind tastatura sau ecranul tactil. Informaţiile stocate pot fi descărcate pe o memorie externă USB pentru interpretarea datelor pe PC. Mecanicul are posibilitatea de a reseta anumite defecţiuni apărute prin apăsarea ecranului tactil. Datorită flexibilităţii, sistemul poate comunica prin diferite interfeţe de comunicare (CAN, Ethernet, RS-232, RS-485, ProfiBus, CanOpen, etc.).
- Bloc activare post conducere și comandă sens de mers;
- Manșă pentru prescrierea forței de tracțiune-frânare;
- Manșă pentru comanda frânei electropneumatice ( frâna automată);
- Manometre analogice pentru presiunea din cilindrii de frână, conducta principală, conducta generală;
- Aparate de măsură analogice pentru afișarea forței de tracțiune-frânare, turația motorului Diesel și tensiunii din circuitul intermediar de curent continuu;
- Stație emisie-recepție cu sintetizator de frecvență;
- Bloc lămpi de semnalizare pentru semnalizarea regimurilor de funcționare a motorului Diesel și a regimurilor de avarie;
- Butoane de comandă cu iluminare proprie pentru comanda instalației de iluminat comandă compresor, comandă ventilație;
- Bloc comandă și semnalizare INDUȘI și DSV (opțional)
- Bloc manevră;
- Manșă comandă frână directă;
- Bloc comandă sirenă pneumatică;
- Bloc comandă instalație spălare;
- Bloc comandă DSV;
- Instalație de aer condiționat posturi conducere este realizată cu instalații de aer condiționat tip Coleman și este montată pe tavanul postului de conducere având o putere de răcire de 12000 BTU și este alimentată la tensiunea de comandă a locomotivei de 24 Vcc.
- Instalație de încălzire posturi conducere cu PTC cu putere maximă de 2KW, reglabil în trepte de putere 0-1-2KW cu autoprotejare și randament termic ridicat.
4) Bloc rezistențe frânare (opțional)
Blocul este prevăzut cu ventilator propriu pentru răcirea rezistențelor de frânare acționat de un motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit alimentat de la un invertor de tensiune și frecvență (INV_4_SA din cadrul convertorului de alimentare servicii auxiliare) cu tensiunea și frecvența nominală de 3 x 400 Vca / 50 Hz.
Aerul de răcire este aspirat din exteriorul locomotivei pe la partea inferioară a blocului și este refulat prin partea superioară a blocului în exteriorul locomotivei prin intermediul tubulaturii în care se găsesc montate rezistențele de frânare.
Puterea maximă: 2 x 356 kW;
Tensiune intrare maximă în frânare electrodinamică: 1950 Vcc;
Rezistenșa nominală: 2x9,60 ohm;
Greutate: 400 kg;
Putere motor ventilație: 4,6 kW
5) Instalație de producere a aerului comprimat (opțional)
Instalația de producere a aerului comprimat este complet automatizată şi utilizează un electro-compresor elicoidal monobloc capsulat, marca Gardner Denver, tip Tamrotor TEMPEST 6+, acesta fiind acşionat de un motor asincron cu rotorul în scurtcircuit şi alimentat de la un convertor static de tensiune şi frecvenţă. Pornirea motorului se face prin creştere progresivă, printr-un convertor static, iar transmiterea este realizată cu o curea lată multinervurată tip POLY " V ".
AVANTAJE:
- creşterea fiabilităţii şi randamentului prin utilizarea compresorului elicoidal;
- funcţionare silenţioasă;
- se reduce cantitatea de ulei în aerul refulat şi consumul total de ulei, ceea ce duce la îmbunătăţirea calităţii aerului;
- debitul de aer este constant în prezenţa unor variaţii mari ale tensiunii de alimentare;
- se elimină şocul de curent la pornirea motorului electric prin utilizarea unui convertor static.
DATE TEHNICE:
Pn: 30 kW
Un: 380 V cu frecvenţă variabilă 50 Hz
Debit: 3,2 Nmc-min la presiunea de 10 bar
Consum ulei: 3mg-mc aer comprimat