Járművillamosság és -elektronika I. Vasúti járművillamosság

Átírás

1 Vasúti járművillamosság Papp Csongor Lőrincz Illés - rs1.sze.hu/~lorinczi B1

2 Leendő vasúti járműmérnökök figyelmébe Szakmai gyakorlat GYSEV - Raaberbahn MÁV-Start Egészségügyi előírás (II.-es csoport) 203/2009. (IX. 18.) Korm. rendelet a vasúti közlekedés biztonságával összefüggő munkaköröket betöltő munkavállalókkal szemben támasztott egészségügyi követelményekről és az egészségügyi vizsgálat rendjéről. Pályakezdőknek GYSEV - Raaberbahn MÁV-Start 2

3 Kötelező irodalom 3 Szénásy I.: Diesel-vontatójárművek IV. Dieselvillamos erőátvitel (link Szénásy I. engedélyével) Puklus Z.: Teljesítményelektronika (link Online jegyzet)

4 Ajánlott irodalom 4 Előhegyi I.: Aszinkron vontatómotoros villamosmozdonyok Janicki, J., Reinhard, H., Rüffer, M.: Schienenfahrzeugtechnik Lovas J.: Biztosítóberendezés a vontatójárműveken Mezei I.: Mozdonyok

5 Témakör 5 Vasúti járművek energiaátviteli rendszere Vontatómotorok Segédüzem Vezetőállás Vonatbefolyásolás

6 Vasúti járművek energiaátviteli rendszere Fotó: Railcolor 6

7 Vasúti járművek energiaátviteli rendszere Vasúti vontatójárművek Gőz Dízel Hagyományos Gőz-villamos Gőzturbinás Dízelmechanikus Dízel-hidraulikus Dízel-villamos Villamos DC-DC DC-AC AC-DC AC-AC Multy System Egyéb Akkumulátoros Napelemes Üzemanyagcellás Dual-mode... Fotók: Wikipedia, Kisvasut.hu, Alstom 7

8 Dízel-villamos energiaátvitel Motorindítás Dízelmotor 8 Főüzemi generátor Energiaátalakítás/ -tárolás Vontatómotorok DC, AC Segédüzemi generátor Energiaátalakítás/ -tárolás Segédüzemi fogyasztók

9 Villamos energiaátvitel 25 kv, 50 Hz Transzformátor primertekercselés 9 Főüzemi szekundertekercselés Energiaátalakítás/ -tárolás Vontatómotorok DC, AC Segédüzemi Szekundertekercselés Energiaátalakítás/ -tárolás Segédüzemi fogyasztók

10 Alternatív energiaátvitel Fotó: Alstom Üzemanyagcella Főüzem Energiaátalakítás/ -tárolás Segédüzem Energiaátalakítás/ -tárolás 10 Vontatómotorok AC Segédüzemi fogyasztók

11 Vontatómotorok Fotó: Wikipedia 11

12 Soros gerjesztésű DC motor Tulajdonságok: Vasúti járművekben legelterjedtebb DC vontatás. Egyszerű. Fordulatszám szabályozás a kapocsfeszültség változtatásával. Mezőgyengítés söntfokozatokkal. Elavult. Szénkefe kopóelem Karbantartásigényes. Körtűz veszély. Nehézkes rekuperációs fékezés. Ábrák: Diesel-vontatójárművek IV 12

13 Soros gerjesztésű DC Fordulatszám szabályozás: Dízel-villamos erőátvitel: Dízelmotor fordulatszámának változtatása Főgenerátor kimeneti feszültsége változik Motor kapocsfeszültsége változik + Mezőgyengítés söntellenállásokkal. Pl. 448 Vezérelt teljesítményelektronikai kapcsolóelemekkel történő feszültségszabályozás. Pl. 428 Villamos erőátvitel: Fokozatkapcsolóval szakaszos feszültségváltoztatás + Mezőgyengítés söntellenállásokkal. Pl. 43x Vezérelt teljesítményelektronikai kapcsolóelemekkel történő feszültségszabályozás + Mezőgyengítés söntellenállásokkal. Pl. 460 Féküzem: Ellenáramú (kapocsfeszültség megfordítása). Dinamikus (generátor üzembe kapcsolás majd R-en történő energia disszipáció). Visszatápláló (generátor üzembe kapcsolás majd energia tárolás). 13

14 448 típusú dízel-villamos mozdony Ábra: Dízelmozdony vezetők zsebkönyve Ábrák: Papp Csongor 14

15 43x típusú villamos mozdony Fotó: Index fórum Ábra: Villamosmozdony vezetők zsebkönyve 15

16 460 típusú villamos mozdony Ábrák: Ganz

17 Aszinkron vontatómotorok Tulajdonságok: Egyszerű alkalmazás. Egyszerű felépítés. Rövidre zárt forgórészű. Nincs kopóelem. Egyszerű rekuperációs fékezés. Robusztus felépítés. Jó nyomaték-fordulatszám görbe. Frekvenciaszabályozással jól szabályozható. n 0=60 [ ] f 1 p min Fotó: Siemens n=( 1 s ) n0 M =2 M billenő s s M billenő =± K 1 Ábra: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika 17 sbillenő =± K 2 billenő 2 billenő ( s +s 2 U kapocs f R rotor f ) 2

18 Aszinkron vontatómotorok Fordulatszám szabályozás: Kapocsfeszültség változtatás: Csak billenő nyomatékot tolja. Motorra jellemző U -nál max tovább nem növelhető. Rotorköri ellenállás változtatás: Szlip szabályozsá. Alkalmas fordulatszám szabályozásra. Veszteséges. Rotorkörbe iktatás csúszógyűrűvel Kopó alkatrész Ábra: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika 18

19 Aszinkron vontatómotorok Fordulatszám szabályozás: Frekvenciaszabályozás: A billenőnyomaték és -szlip, valamint a billenő fordulatszám is változik. U -nál jobban nem nőhet a max feszültség lineáris kezdeti nyomaték. Modern mozdonyokban alkalmazott módszer. Ábra: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika Póluspárszám változtatás: Egyáltalán nem jellemző. Fix sebességfokozatok vannak. Pl. MÁV V40,V60 (1930-as évek) Fotó: Wikipedia 19

20 Frekvenciaszabályozás Ábra: Stadler 20 Ábra: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika

21 Frekvenciaszabályozás A kívánt feszültségű és frekvenciájú jelet motorköri áramirányítókkal állítjuk elő. Az áramirányítók tartalmaznak teljesítményelektronikai kapcsolóelemeket, melyeket alkalmasan vezérelve kívánt szinuszos jelet tudunk előállítani. Vezérlés PWM segítségével, melynek referencia jele szinuszos. Ábra: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika 21

22 Áramirányítók Feladata az áram átalakítása a kívánt Feszültségszintre Jelalakra Frekvenciára Biztosítja: A fogyasztók áramellátását. A vontatást. A visszatáplálást. Fotó: ABB 22

23 Áramirányítók Telj.elektronikai kapcsolóelemk PWM vezéreltek vezérlés (ábrán) CSI 180 -vezérlés VSI Ábrák: Puklus Z.: Teljesítmény elektronika 23

24 Áramirányítók 120 -os vezérlés 24 Egy kapcsolóelem 120 -ot vezet. Egy hídágban nem alakulhat ki hídág rövidzár. Hirtelen megszakadó hirtelen nagy áramváltozást idéz elő. Szórt induktivitások miatt feszültségtüskék jönnek létre. Tönkremenetel. Áram átvezetés szükséges. Két kapcsolót egymással kis átfedésben kapcsolunk. CSI-ben jellemző, nincs vasúti járművekben os vezérlés Egy kapcsolóelem 180 -ot vezet. Egy hídágban létrejöhet hídág rövidzár, amit el kell kerülni. A kapcsolóelemeket kis szünetekkel kapcsoljuk. Fogyasztó Y kapcsolásakor a csillagpont feszültsége változik. VSI-ben jellemző Vasúti járművekben alkalmazzák.

25 Közbenső DC kör Modern villamos hajtások felépítésének szerves része. Itt történik az energia tárolás és disztribúció. Biztosítja az enegiafolyam egyenletességét. Leggyakoribb energiatároló elem a kondenzátor. A kör indításakor egy áram korlátozó ellenálláson keresztül fel kell tölteni, leállításkor kisütni. L Hálózat AC DC Fogyasztó C DC AC L domináns CSI C domináns VSI Vasúti járművekben jellemző 4QS áramirányító Képes négy negyedes hajtás megvalósítására, visszatáplálásra. 25

26 Közbenső DC kör Ábra: Siemens 26

27 Segédüzemi berendezések Feladatok: Főüzemi berendezések, transzformátorok, áramirányítók hűtése Vezetőállás hűtés, fűtés. Világítás, műszerek energiaellátása. Kompresszor üzemeltetése. Vontatott járművek energiaellátása. Stb. Segédüzemi áramirányítók (HBU): Általában 2QS Több is lehet, a fogyasztók igényeinek megfelelően. Közbenső DC-kört is megvalósíthat. Fotó: Wikipedia 27 Diesel üzemben bizonyos fogyasztókat a dízel motor hajt. pl. kompresszor.

28 Vezetőállás Fotó: Hiveminer.com 28

29 Vezetőállás Villamos berendezések a vezetőálláson: Vasútüzemhez szükséges berendezések Menetszabályozó és fékkarok Kapcsolók (pl. homlok- és zárfények, homokoló, vonatbefolyásoló berendezés kezelőszervek, stb.) Visszajelző műszerek (pl. áram-, feszültség-, sebességmérő, lámpák, kijelzők, stb.) Kommunikációs berendezések stb. Egyéb berendezések Belső világítás Klímaberendezés és fűtés stb. 29

30 Menetszabályzókar Csúszóérintkezős menetszabályozó Pl. 448 Forgó hengeren csúszópályák a menetfokozatnak megfelelő kódolásban. A mozdonyvezető ezt forgatja. Az érintkezők záródásának megfelelően a megfelelő menetfokozat kódja megjelenik a járművezérlésben. Karbantartásigényes, kopó elemeket tartalmaz. Helyigényes. Elavult. Fotó: Iho.hu 30

31 Menetszabályzókar Forgókapcsolós, monostabil menetszabályozó Pl. 430,431,432 Fokozat fel- és lekapcsolása addig, ameddig a kar adott helyzetben van tartva. A neutrális állás stabil, de szinte mindig van egy stabil 0, ill. több stabil helyzettel ki lehet egészítve. Pl. 43x kapcsolási rend: -- (vész, stabil), 0 (stabil), -, N (stabil), +, ++ (stabil) Kapcsoló kophat, ki kell cserélni. Kevésbé elavult, de ma már nem jellemző. Fotó: Hiveminer.com 31 Fotó: Bahnbilder.de

32 Menetszabályzókar Forgókapcsolós, multistabil menetszabályozó Pl. 628 Megegyezik az előzővel, csak itt minden fokozat stabil. Főleg dízel mozdonyokban jellemző, de villamos járművekben is előfordul (Pl. DB Br 110) Fotó: Indafotó 32 Fotó: Wikipedia

33 Menetszabályzókar Fokozatmentes menetszabályzókar Pl. 471, 415, stb. Modern. A korszerű vontatójárművekben szinte kizárólagos. Forgó potenciométer. Egyesített menetszabályzó- és fékkar. A potenciométer kophat. Fotó: Gigant club 33 Fotó: Wikipedia Fotó: Indafotó

34 Vonatbefolyásolás Fotó: Wikipedia 34

35 Vonatbefolyásolás Feladata: Mozdonyvezető éberségének ellenőrzése. Következő jelző jelzésképének figyelése. Jármű sebesség ellenőrzése. Szükség esetén beavatkozás Vontatás megszüntetése, kényszerfékezés. Segít megelőzni a baleseteket, ill. csökkenteni a hatásukat. Probléma: Rossz munkafegyelem esetén (pl. figyelmetlenség, szándékosság) nem minden esetben képes megakadályozni a katasztrófát. Fotó: HírTV Fotó: Spiegel.de 35

36 Vonatbefolyásolás Folyamatos vonatbefolyásolás A jelző jelzésképe az adott szakaszon folyamatosan feladásra kerül. A jelzéskép megváltozása azonnal megjelenik a vezetőálláson. Drága telepíteni és fenntartani. Sebességcsökkentést kényszeríthet ki. Pl. EVM, LZB, ETCS Level 2 vagy nagyobb, Mirel, TVM, stb. Magyar EVM rendszer is ilyen. Szovjet mintára lett kifejlesztve. Pontszerű vonatbefolyásolás A jelző jelzésképe csak a behatási pontokon kerül feladásra. A jelzéskép megváltozása csak behatási pont feletti elhaladás során jelenik meg a vezetőálláson. Sebességcsökkentést kényszeríthet ki. Egyszerű, olcsón telepíthető. Magyarországon csak a Sopron-Szombathely-Szentgotthárd vasútvonalon. Pl. PZB, TPWS, ETCS Level 1 vagy kisebb, stb. 36

37 EVM - Elektronikus Vonatmegállító 37 EVM-120 Max. 120 km/h-ig. (1-es vasútvonalon külön engedéllyel 160 km/h-ig.) Digitális berendezés. Alapja a szovjet folyamatos vonatbefolyásolás. A menetirány szerinti jobb sínszálba a jelző jelzésképét 75 Hz-es vivőjelre moduláljuk. A szinuszos jel amplitúdó modulált. Az egyes időablakokban érkező impulzusok száma hordozza a jelző jelzésképét. A mozdony első tengelye a jelet rövidre zárja, a másik sínszálba vezeti. A járművön vevő tekercsek, ún. EVM antennák vannak. A sínszál körül az áram mágneses teret hoz létre. A mágneses teret érzékeli a jármű vonatbefolyásoló berendezése. Modern aszinkronmotoros, frekvencia váltós erőátvitel esetén a motor körül zavaró mágneses tér jöhet létre. A motor közelébe kompenzáló vevőfejet kell illeszteni. Fotó: Mozdonyról.blog.hu

38 EVM - Elektronikus Vonatmegállító Vevőtekercs Jobb sínszál 75 Hz ~ Jelző Első tengely Bal sínszál Áramirányító Jelfeldolgozó Vevőtekercs 3f M ~ Kompenzáló tekercs A vevőtekercsek hasznos jele egymást erősíti, míg a kompenzáló tekercs úgy van kötve, hogy a motorból származó zavarjeleket kivonja a hasznos jelből. 38

39 EVM - Elektronikus Vonatmegállító Mozdony tengelyének ellenállása max. R = 0,1 Ω Megfelelő jelfeldolgozáshoz szükséges áramerősség min. I = 1,5 A A jelinformáció ütemekben érkezik. Szünet: 1 egység Jel: 2 egység Elválasztó: 4 egység Ha sebességcsökkentés szükséges, akkor sűríti az éberségi felhívást. Kényszerfékezés történik: Ábra: Biztosítóberendezés a vontatójárműveken Sebességcsökkentési jelzés esetén, ha a harmadik éberségi felhívásra sem csökken a fővezeték nyomás 3,5 bar-ra. Ha megállj jelzés után a jel megszűnik. (Ez foglalt vágányútra történő behaladást jelez.) 39

40 EVM - Elektronikus Vonatmegállító Ábrák: Biztosítóberendezés a vontatójárműveken 40

41 EVM - Elektronikus Vonatmegállító F felvevő tekercs SzE Szekvenciális erősítő D Adatfeldolgozó J Vezetőállás ismétlőjelző K Éberségi kürt P Éberségi pedál R Menetregisztrátum E Fékszelep U Útadó S Sebességadó I Impulzusadó Ábra: Biztosítóberendezés a vontatójárműveken 41 Vkell Jelzéskép által engedélyezett sebesség Vvan Aktuális sebesség Ijel Jelzéskép jele

42 EVM - Elektronikus Vonatmegállító Ábrák: Wikipedia Fotó: Regionalbahn.hu 42 Fotó: Mozdonyról.blog.hu

43 PZB Punktförmige Zugbeeinflussung Alapja az INDUSI rendszer (1930-as évek). A pálya mentén a behatási pontok az ún. pályamágnesek (valójában nem mágnes hanem rezgőkör). A jelző mellé telepített mágneshez nem kell villamos energiaellátás Mechanikus jelzőhöz is telepíthető. A villamos energiaforrás minden esetben a mozdonyon van. Max. 160 km/h Fotó: Wikipedia 43

44 PZB Punktförmige Zugbeeinflussung Különböző frekvenciára hangolt áramkörök vannak: 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz. A pályamágnes egy LC rezgőkör és egy kapcsoló. Ha kapcsoló zárt a rezgőkör inaktív. Ha a pályamágnes aktív, akkor a felette elhaladó vonat rezgőköre gerjeszti. Ha a két áramkör rezonancia frekvenciája megegyezik, akkor a járműoldalon erős amplitúdó csökkenés mérhető. Jelfelvétel Ábra: Wikipedia 44

45 PZB Punktförmige Zugbeeinflussung Ábra: Wikipedia 45

46 PZB Punktförmige Zugbeeinflussung Három vonatnem: Obere, Mittere, Untere A vonatnem meghatározása a fedélzeti adatrögíztő által a megengedett maximális sebesség és a féksúly százalék alapján. A mozdonyvezető a behatási pontokon a monostabil, három állású Wachsam kapcsolót kezeli. Parancs törléséhez bistabil, kétállású Frei kapcsoló. Vörös jelző meghaladáshoz Befehl bistabil, kétállású kapcsoló vagy nyomógomb. A visszajelző lámpás (pl. 430, 247, 446, stb.), vagy képernyőn jelenik meg (pl. ETCS-el felszerelt járművek). Fotók: Wikipedia 46

47 Vonatbefolyásolás PZB EVM Fotó: Hiveminer.com 47

48 Éberségi berendezés Feladata a mozdonyvezető ébrenlétének, cselekvőképességének ellenőrzése. Kialakítás: Állva vagy kényelmetlen ülésen történő munkavégzés. Nagyon elavult. Pedál vagy gomb folyamatos nyomva tartása. Elavult, könnyen kijátszható. Pedál vagy gomb jelzésre történő kezelése. Ma is használt. Éberségi (vizuális és/vagy hangi) a mozdonyvezető kezel egy kapcsolót. Ha ezt egy bizonyos időn belül nem teszi meg, akkor kényszerfékezés következik be. Működési elv szerint lehet: Eltelt idő alapú a jelzés fix időközönként hangzik el. Megtett út alapú a jelzés bizonyos út megtétele után hangzik el. Sebesség alapú bizonyos sebesség alatt (pl. tolató mozgás) időalapú, felette útalapú. Fotó: Wikipedia 48

49 Köszönöm megtisztelő figyelmüket! 49