ELEKTRINA VUAuvodno predavanje

Predava: Prof dr eljko Despotovi

SISTEMI ELEKTRINE VUEPrema naponu i struji za napajanje elektrinih vunih vozila iz kontaktne mree sistemi elektrine vue se dele na: jednosmerne (DC) sisteme jednofazne (AC) sisteme

JEDNOSMERNI SISTEMI ELEKTRINE VUEJednosmerni sistemi visokog napona 1.5kV (3kV) koji se koriste u eleznikom saobraaju i podzemnom eleznikom saobraaju (metroi) Jednosmerni sistemi niskog napona 600V (750V) koji se koriste u gradskom prevozu (tramvaji i trolejbusi)

JEDNOSMERNI SISTEMI ELEKTRINE VUE-osnovne karakteristike

Kao glavno pogonsko sredstvo se u ovim sistemima koristi klasini motor jednosmerne struje (MJSS) sa rednom pobudom Ovi motori imaju relativno velike snage i moraju se napajati iz izvora koji nije na vunom vozilu Napajanje se vri iz kontaktne mree sa kojom je elektrino vozilo spregnuto elektrino ali i mehaniki (elastino) preko specijalnog elektromehanikog ureaja -pantografa (tramvaji, vozovi), odnosno trolnog prikljuka (trole) koji se koristi kod trolejbusa. Energija se dovodi iz elektrovunih podstanica (EVP) koje su smetene du kontaktne mree.

TA JE ELEKTROVUNA PODSTANICA (EVP)?

U EVP se ustvari vri AC/DC konverzija energije i one sa primarne AC strane napajaju monofaznim ili trofaznim naizmeninim naponom, dok na sekundarnoj DC strani daju jednosmerni napon kojim se napaja kontaktna mrea. Pomou transformatora se taj primarni napon sniava i nakon toga ispravlja, pa se onda dovodi na kontaktni vod. Za ispravljae su se nekada koristile ivine usmerae, a danas se koriste silicijumski poluprovodniki elementi.

PRIMER NAPAJANJA TRAMVAJA I VOZOVA

Napajanje ovog tipa se izvodi kod vozova i podzemnog eleznikog saobraaja (metroi) pri emu je napon napajanja 1.5-3kVDC, dok je kod tramvaja napon kontaktnog voda 600V(750V) DC. Kod nas je u tramvajskom saobraaju prihvaen sistem napajanja 600VDC. U oba ova sluaja pozitivan pol napajanja (+) se dovodi preko pantografa, dok je negativni pol (-) vezan za ine koje su uzemljene.

PRIMER NAPAJANJA TROLEJBUSA

Jednosmerni kontaktni vod je kompletno u vazduhu odnosno (+) i (-) pol napajanja se dovode preko trolnog (trole) prikljuka

JEDNOFAZNI SISTEMI ELEKTRINE VUE-ISTORIJAT

Ovim sistemom napajanja se napajaju iskljuivo pruge, odnosno eleznice. Ovaj sistem napajanja je proistekao zbog velikih problema u napajanju elektrinih vozila velikih snaga reda veliine 1MW i vie. Tako na primer za snagu od 1 MW i pri naponu kontaktnog voda od 1kV, potrebna je struja od oko 1000 A. Stoga se u ovom sluaju javlja problem poprenog preseka i teine ueta od kojeg je nainjen kontaktni vod. Naime, mehanika vrstoa kontaktnog ueta bi bila ugroena velikim zagrevanjem usled ovako velikih struja od 1kA, a i rastojanje elektrovunih podstanica bi moralo da bude krae, zbog velikih padova napona. Elektrini parametri kontaktnog ueta (kontaktnog voda), i ako imaju malu podunu vrednost, pri velikim strujama stvaraju znaajne serijske padove napona. Stoga se pristupilo poveanju napona kontaktnog vodaKONSTRUKTIVNI PROBLEM!!!!!!!!

PROBLEM-POGONSKIH MJSS

Nije bilo mogue napraviti dobre i pouzdane motore za VN kontaktnog voda. Problem se sastojao u tome to napon izmeu kriki komutatora ne sme nikako prei vrednost kritinog napona proboja vazduha koji iznosi oko 30kV/cm. Pokuano je rednim vezivanjem dva motora ime se napon duplira, naprimer na 3 kV. Ovo reenje nije pouzdano, poto usled kvara jednog od motora, moe da strada i drugi motor. Ovaj napon 3kV se i danas zadrao u nekim srednjoevropskim zemljama i razlog za dananje korienje ovog napona je u konzervativnosti eleznice: promena infrastrukture je veoma skupa pa se maksimalno koriste postojei resursi.

ZAHTEVI VUE

Snaga od 1 MW je mala za voz od koga se trae ozbiljni zahtev vue. Poveanje snage je mogue ostvariti poveanjem napona i to je jedini nain jer postoje ogranienja kontaktnog voda u pogledu poveanja struje. Na kontaktni vod se dovodi naizmenini napon 10-15kV, rastojanje EVP je sada oko je 50km, a snage lokomotiva oko 15MW. U lokomotive se smeta transformator kojim se napon sputa na potrebnu vrednost. Meutim u ovom reenju se postavilo pitanje upotrebljenog vunog motora. Bilo je nastojanja da se upotrebi trofazni asinhroni motor napajan sa tri ueta. Ovo reenje nije pogodno zbog toga to je mnogo tri ueta za napajanje i to je prirodna karakteristika asinhronog motora tvrda pa da bi se vrile promene brzine mora se menjati uestanost napajanja (to nije bilo nimalo praktino u XIX veku).

JEDNOFAZNE LOKOMOTIVE Jednofazne lokomotive se napajaju tako to postoji jedno kontaktno ue a povratni vod je ina. Nivo napona se regulie vunim transformatorom. U staro vreme bilo je teko ugraditi ispravljae u lokomotivu zbog toga to su bili veoma veliki, pa su se stavljali samo u podstanice.

JEDNOFAZNE LOKOMOTIVE-POGONSKI MOTORI

Pogonski motori u jednofaznim lokomotivama su redni motori jednosmerne struje ali su oni napajani naizmeninom strujom. Oni se jo i nazivaju i kolektorski motori (slini motori ali mnogo manjih snaga se koriste u ureajima u domainstvu: usisivai i mlinovi za kafu). Najvei problem koji se kod njih javlja je komutacija struje. Tada se stvara usijana plazma - varnica, koju rotor razvlai. Od manje varnice se moe napraviti krupnija varnica tzv. kruna vatra. To moe da dovede do opasnih kratkih spojeva jer ta varnica predstavlja provodnu sredinu (provodni elektrini luk). Problem komutacije kod kolektorskih motora ne zavisi od brzine obrtanja, taj problem postoji i kod veih i kod manjih brzina.

JEDNOFAZNO NAPAJANJE 15kV, 16 2/3Hz

Pokuano je da se u lokomotivama ovog tipa ugradi promenljivi transformator. Tako se ostvarila mogunost regulisanja napona transformacije. Kao promenljivi transformator poeo je da se koristi autotransformatorgraduator. Promenom napona napajanja je mogue ostvariti regulaciju brzine vunih motora. Problem komutacije je redukovan smanjenjem uestanosti na 50Hz/3 (16 2/3Hz), te je tako poeo da se koristi sistem napajanja 15 kV/16 2/3 Hz. Ova uestanost je dobijena tako to je u EVP postojao trofazni sinhroni ili asinhroni motor sa p=3 (tri para polova) na koji je bio prikljuen sinhroni generator sa p=1 (jedan par polova) Ova uestanost 16 2/3Hz je dobijena optimizacijom i nije se ilo na nie vrednosti.

JEDNOFAZNO NAPAJANJE68kV/15kV, 16 2/3Hzelektrana

Nekada su postojali sistemi kod koji su se EVP napajale dalekovodima 68kV iz elektrane koja je obezbeivala napon 68kV/16 2/3Hz

NAPAJANJE VUNIH MOTORA U SISTEMU 16 2/3Hz

Za prethodno opisani sistem elektrovue napajanje vunih motora se ostvarivalo naponom 500V, uestanosti 16 2/3Hz, koji je dobijan iz vunog transformatora koji se nalazio na elektrovunom vozilu (lokomotivi) U ovom sluaju je mogue koristiti naizmenine komutatorne motore ali i jednosmerne motore, sa rednom pobudom. Na slici (a) je prikazan sistem gde se kao pogonski motori koriste jednofazni redni motori (komutatorni motori). Poboljanje je mogue postii ukoliko se iza vunog transformatora upotrebi diodni ispravlja. U tom sluaju je mogue koristiti niskonaponski (500VDC) redni jednosmerni motor, kao to je prikazano na slici (b).

NAPAJANJE VUNIH MOTORA U SISTEMU 16 2/3Hz sa PRETVARAIMA UESTANOSTI

U nekim zemljama EVP se napajaju iz konvencionalne trofazne mree 50Hz, ali u EVP su instalirani AC/AC pretvarai uestanosti 50Hz/ 16 2/3Hz

PROBLEM SA VUNIM TRANSFORMATOROM U SISTEMU NAPAJANJA 16 2/3Hz

U svim ovim sluajevima se koristi transformator T, koji pri niim uestanostima (