Encyklopedia

description Przetwornica

dodane 3.04.2007, godz. 16:13 przez zdjęcie profilowe użytkownika X X; zmodyfikowane 2.08.2011, godz. 17:06 przez zdjęcie profilowe użytkownika MQ MQ

09.09.2010
Dodano informacje na temat rodzajów przetwornic występujących w szczecińskich wagonach rodziny 105N, rozbudowano informacje o pracy przetwornic dynamicznych i statycznych. zdjęcie profilowe użytkownika Luke_Police Luke_Police
Od początku istnienia tramwajów elektrycznych istniała potrzeba stworzenia wewnątrz nich instalacji spełniającej podstawowe funkcje wagonu. Podstawowym problemem było napięcie – nie wszystkie podzespoły dało się zasilać z napięcia sieci. Przykładowo w wagonach rodziny N, a także GT6 aby oświetlić wnętrze, trzeba było łączyć żarówki szeregowo, by rozłożyć napięcie 600V na mniejsze wartości. Inną kwestią było bezpieczeństwo instalacji. Napięcie sieciowe 600V w przypadku uszkodzenia obwodów lub przebicia groziło śmiertelnym porażeniem motorniczego i pasażerów lub powodowało pożar w przypadku wystąpienia zwarcia w instalacji. Stąd też konstruktorzy wagonów wprowadzili napięcie pokładowe o bezpiecznej dla motorniczego i pasażerów wartości 40V, pobierane z akumulatorów. Wymusiło to pojawienie się nowego urządzenia na pokładzie tramwaju – przetwornicy.

Pojawienie się przetwornic wirowych i statycznych

Początkowo w polskich tramwajach pojawiły się przetwornice dynamiczne zwane potocznie wirowymi lub wirnikowymi. Zbudowane one były z dwóch silników o wspólnej osi – jeden z nich pełnił rolę silnika, drugi był prądnicą. Takie rozwiązanie zapewniało separację między zasilającym silnik napięciem 600V, a ładującą akumulatory prądnicą wytwarzającą w zależności od napięcia sieci od 42 do 55V. Ponadto pozwalało na trwałe wytłumienie siłą rozpędu chwilowych zaników lub skoków napięcia sieci występujących np. podczas przejazdu tramwaju pod odłącznikiem sekcyjnym. Przetwornica wirowa jednak miała jednak klika podstawowych wad, do których należały: wysoki poziom hałasu, brak kontroli prądu ładowania akumulatorów, konieczność pracochłonnej konserwacji silników na przeglądach tramwaju – wymiany szczotek, czyszczenia wirników. Ponadto znane pasażerom (zwłaszcza w wagonach 102Na) było zjawisko zmiany obrotów przetwornicy po wjeździe na bardziej obciążony odcinek sieci, co wiązało się z nagłym spadkiem intensywności oświetlenia wnętrza wagonu. Wszystkie te mankamenty oraz szybki rozwój elektroniki na rynku spowodowały, że zaczęto poszukiwać lepszych rozwiązań w postaci przetwornic statycznych. Dodatkowo warto wspomnieć, że przetwornice dynamiczne potrzebowały na swym wyjściu elektronicznego lub mechanicznego regulatora napięcia ładowania. Przetwornice statyczne miały ten regulator w sobie. Warto wspomnieć o pochodzeniu nazwy. Przymiotnik „statyczna” odnosi się do specyfiki pracy - wytwarzanie napięcia ładowania nie jest związane z ruchem obrotowym.

Praca przetwornicy statycznej

Przetwornica tramwajowa pełni dwie podstawowe funkcje. Podobnie jak samochodowy alternator służy do ładowania baterii akumulatorów tramwaju. Akumulatory w wagonach rodziny 105N są źródłem napięcia stałego o wartości 40V (w Tatrach 26V), jednak z uwagi na duży pobór prądu przez podstawowe obwody tramwaju (oświetlenie wewnętrzne i zewnętrzne, obwód hamowania, obwód przekształtnika 40/26V, obwody sterujące – styczniki aparatury, obwód maszyn drzwiowych i inne) wymagają one ciągłego doładowywania przez przetwornicę w celu utrzymania stałej wartości napięcia pokładowego oraz wysokiej wydajności prądowej źródła. Druga funkcja przetwornicy to chłodzenie napędu tramwaju w postaci oporowego rozrusznika oraz silników trakcyjnych prądu stałego. Przetwornica statyczna wytwarza trójfazowe napięcie przemienne zasilające silniki zintegrowanego zespołu wentylacyjnego, generującego nawiew dla rozrusznika i silników napędu tramwaju. Urządzenie składa się z dwóch bloków połączonych ze sobą:

Blok 1: Znajdują się w nim dwa lub cztery wentylatory, napędzane silnikami asynchronicznymi prądu przemiennego lub silnikami trójfazowymi

Blok 2: Jest to zespół elektroniczny umieszczony w oddzielnej obudowie, w skład którego wchodzi: przetwornica napięcia trakcyjnego na napięcie stałe wraz z niezbędnymi układami filtrującymi, kontrolnymi i zabezpieczającym oraz falownika sterującego pracą silników napędzających wentylatory. Elementem sterującym przetwornicy jest moduł tranzystorowy IGBT. Jako ciekawostkę należy dodać, że zasilanie pokładowe przetwornicy dostarczają akumulatory tramwaju. Przetwornica do wystartowania potrzebuje około 24V, napięcie to przetwarzane jest w wewnętrznym zasilaczu na kilka innych wartości niezbędnych do pracy podzespołów przetwornicy: +15V, -15V oraz 5V (wartości stałe) oraz 17,5V (napięcie przemienne). Napięcia te stanowią zasilanie dla wewnętrznych modułów przetwornicy. Przetwornica statyczna posiada wewnętrzną pętlę sprzężenia zwrotnego, która kontroluje jej pracę.

Całą pracą urządzenia oraz jej samokontrolą zarządza układ mikroprocesorowy. Sprawdza on kilka podstawowych parametrów diagnostycznych umożliwiających ocenę stanu akumulatorów, instalacji pokładowej tramwaju oraz samej przetwornicy. Najważniejszymi parametrami są:
  • wartość prądu ładowania akumulatorów;

  • wartość napięcia baterii akumulatorów;

  • wartość prądu pobieranego przez zespół wentylatorów;

  • wartość prądu pobieranego przez urządzenia pokładowe tramwaju.

Przekroczenie ustalonych przez producenta urządzenia wartości progowych powyższych parametrów może spowodować:
  • brak startu przetwornicy w przypadku uszkodzonych lub mocno rozładowanych akumulatorów;

  • samoczynne wyłączenie się przetwornicy w przypadku przeciążenia instalacji pokładowej tramwaju;

  • samoczynne wyłączenie się przetwornicy w przypadku mechanicznego zatrzymania wentylatora lub zwarcia w uzwojeniu lub przewodzie zasilającym jego silnika.

Dodatkowo przetwornica statyczna może posiadać zabezpieczenie wentylatorów przed przegrzaniem wirników w postaci bezpiecznika termicznego.

Przy instalacji w starych systemach napędowych przetwornica umożliwia, dzięki bardzo stabilnemu napięciu wyjściowemu, instalację wielu urządzeń elektronicznych wrażliwych na warunki zasilania, co w dotychczasowych systemach sprawiało wiele problemów, jak wspomniano we wstępie. Kontrolę prawidłowości pracy przetwornicy oraz wentylatorów, można obserwować za pomocą kontrolek wyprowadzonych na pulpit motorniczego. W wypadku awarii przetwornicy lub zaniku napięcia zasilania, przetwornica nie powoduje odłączenia baterii akumulatorów, co umożliwia działanie wszystkich obwodów pokładowych tramwaju. Dzięki zastosowaniu równoczesnej kontroli procesora nad działaniem wszystkich podzespołów przetwornicy, jest ona odporna na przeciążenia i zwarcia obwodów wyjściowych oraz na oddziaływanie pola elektromagnetycznego. Obecność filtrów na wejściu wysokiego napięcia zapewnia także odporność na zakłócenia pochodzące z sieci zasilającej.

Przetwornice w tramwajach w Szczecinie

Warto wspomnieć, że w tramwajach Szczecinie występują różne typy przetwornic:
  • przetwornica wirnikowa – do dziś występuje w wielu wagonach typu 105N i 105Na. Przetwornice wirnikowe występowały również we wszystkich wagonach 102Na.

  • przetwornica statyczna Enika – jest to najbardziej rozpowszechniony typ przetwornicy statycznej w tramwajach produkcji polskiej. Produkowana jest w Łodzi w firmie o tej samej nazwie. Występuje we wszystkich wagonach zmodernizowanych w Szczecinie (105Ng/s, modernizacje 105N i 105Na). Warto zaznaczyć, że istnieją również wersje z wbudowanym przekształtnikiem 40/26V. Taką wersję przetwornicy Enika posiadają wszystkie doczepy typu 105N2k/2000 wyprodukowane w Protramie. Enika jest dosyć ciężką przetwornicą - wraz z wentylatorami waży 117kg.

  • przetwornica statyczna Medkom – również popularna w Szczecinie. Występuje we wszystkich wagonach 105N2k/2000 produkcji Alstom-Konstal. Produkowana jest w Warszawie.

  • przetwornica statyczna Adtranz – z wyglądu podobna do przetwornicy firmy Medkom. Wentylatory oraz zespół elektroniczny połączony jest ze sobą za pomocą odsprężynowanej ramy. Wszystkie elementy można szybko ze sobą połączyć lub rozłączyć dzięki zastosowaniu połączeń śrubowych oraz gniazd i wtyków o wysokiej szczelności, odpornych na uszkodzenia mechaniczne oraz zanieczyszczenia. Przetwornica przystosowana do współpracy z tramwajem 102N posiadała dodatkowy zespół wentylatorów, podłączony do przetwornicy za pomocą przewodu. Obecnie w Szczecinie ilość tych przetwornic jest niewielka, występują w niektórych wagonach typu 105N. Przykładem jest skład 105N 1037+1038. Przetwornice tego typu są stopniowo wycofywane z uwagi na brak możliwości ich naprawy – elektronika urządzenia zalana jest masą żywiczną. Wiosną 2010 roku po awarii urządzenia Adtranz w wagonie 1038, zmodyfikowano instalację wagonu i zainstalowano przetwornicę Enika.

  • przetwornica statyczna AEG – jest to przetwornica dwuczęściowa. W przeciwieństwie do pozostałych typów przetwornic, część sterująca zawieszona jest nie w środkowej części lewej burty tramwaju, ale na zwisie tylnym. W standardowym położeniu znajdują się jedynie wentylatory połączone przewodami z częścią sterującą urządzenia, która posiada odrębny wentylator o znacznie mniejszych rozmiarach. Jedynym składem w Szczecinie posiadającym przetwornice AEG jest skład 105Np 1035+1036, oba wagony posiadały takową przetwornicę od nowości. Obecnie ostał się tylko jeden egzemplarz przetwornicy AEG w Szczecinie, jeździ on w pierwszym wagonie składu 105Np. Ciekawostką jest bardzo wysoka wydajność prądowa przetwornicy AEG, nieoficjalnie mówi się, iż jest ona w stanie obsłużyć 3 wagony składu tramwajowego! W praktyce bardzo długo przetwornica wagonu 1035 obsługiwała oba wagony składu, po tym jak w wozie 1036 urządzenie to uległo oberwaniu od podwozia tramwaju i rozbiciu o jezdnię. Z czasem w wagonie 1036 zainstalowano Enikę.


Warto zaznaczyć, że w składach wielowagonowych teoretycznie każdy może mieć inny rodzaj przetwornicy. W Szczecinie wielokrotnie występowały składy, w których pierwszy wagon posiadał przetwornicę statyczną, a drugi wirnikową. Obecnie zauważyć można dążenie Tramwajów Szczecińskich do wymiany starszych typów przetwornic na urządzenia nowsze firmy Enika, które zakupywane są przy okazji modernizacji, remontów blacharskich i lakierniczych wagonów, a także po uszkodzeniach mechanicznych starszych przetwornic statycznych.
na podstawie: technologie.com.pl
opracował: Romanas
na podstawie wiedzy własnej hasło rozwinął Łukasz Faluta
Licencja Creative Commons
Ten artykuł encyklopedyczny jest dostępny na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowe. Udostępnienie na licencji Creative Commons obejmuje treść artykułu i (o ile nie zaznaczono inaczej) nie dotyczy załączonych ilustracji.