Eficienţa energetică – caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL S.A. (XLV)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

În ultimul număr s-au evidențiat câteva din preocupările ICPE ACTEL de eficientizare a propriilor produse și soluții eficiente din punct de vedere energetic, insistând pe soluția folosită în tandemul redresor baterie de acumulatori și punctând atât aspectele privind cerințele și managementul bateriei, cât și cele referitoare la redresoarele executate de firma amintită. S-au trecut în revistă caracteristicile specifice ale unei baterii de acumulatori (rezistența electrică internă, capacitatea și randamentul acumulatoarelor) ca elemente ce trebuiesc monitorizate și gestionate de redresor, precum și regimurile de funcționare ale acestuia în relația sa cu sarcina, detaliindu-se regimul de descărcare a bateriei în rețeaua de alimentare a redresorului și bineînțeles efectele privind eficiența energetică a acestei abordări.

1. Introducere

Una din aplicațiile abordate de ICPE ACTEL în activitățile de cercetare, proiectare și execuție produse industriale din zona acționărilor electrice o reprezintă soluțiile aferente tracțiunii electrice în domeniul feroviar și naval.

Indiferent de domeniu, naval sau feroviar, forța de tracțiune se realizează prin interacțiunea vehiculului cu mediul în care își desfășoară mișcarea prin contact fie cu elice pentru mediul naval, fie prin aderență cu suprafața de contact și roata motoare pentru mediul feroviar.

În general aceste vehicule sunt echipate cu motoare electrice de c.c., de c.a. și cu sisteme de acționare cu convertoare aferente. Rolul motoarelor și convertoarelor alimentate de la surse de tensiune sigure este acela de a asigura forța mortice de mișcare, aptă de a învinge forța rezistentă de frânare atât în regim static, cât și în regim dinamic.

Forța de frecare a acestor vehicule are atât componentă constantă datorită frecării dintre ele și mediul în care are loc mișcarea, dar și component voită pentru regimurile de oprire dorită, componentă care poate fi de natură electrică și/ sau mecanică.

După modul de alimentare cu energie electrică, vehiculele ce fac obiectul activităților ICPE ACTEL sunt:

  • vehicule electrice (dependente) neautonome, sursa de alimentare fiind exterioară, în acest caz fiind vorba de locomotivele electrice cu motoare de c.c. sau c.a.;
  • vehicule electrice cu autonomie proprie, sursa de alimentare fiind în componența vehiculului electric, în acest caz este vorba de locomotive diesel – electrică și de navele cu propulsie electrică. În această categorie ar putea fi integrate și automobilele electrice în care sursa de energie o constituie acumulatorul electric sub diferite tipuri constructive;
  • vehicule electrice cu autonomie combinată, sursa fiind atât exterioară, cât și proprie.

În aplicațiile dezvoltate de ICPE ACTEL mă voi referi la lucrările de pionerat din ultimii 30 de ani și anume:

  • prima locomotivă ,,tiristorizată” de 5100 kW din România;
  • prima navă cu propulsie electrică românească nava Phoenix din dotarea GSP SA Constanța;
  • motoare de c.c. și convertoare c.a./c.c. pentru export.

2. Sisteme de acţionare pentru tracţiunea Electrică

Condițiile de bază pe care trebuie să le îndeplinească un sistem de acționare motor – convertor se pot reduce la:

  • sistemul trebuie să fie cât mai ieftin pentru a face competitivă soluția aleasă
  • elementele unui sistem de acționare să necesite o mentenanță redusă dată fiind importanța și fiabilitatea aplicației
  • sistemul trebuie să fie fiabil față de utilizare într-un mediu bogat în acțiuni mecanice de tip vibrații și șocuri. Componența unui sistem de acționare este asigurată de motorul de tracțiune și convertorul aferent, pornind de la faptul cunoscut că în cele mai multe cazuri sursa de alimentare este de c.a.

Caracteristica mecanică M=f(Ω) a unui sistem de tracțiune este prezentată mai jos:

  • FIGURA 1. Caracteristica mecanică de tracţiune

Motoarele electrice în tandem cu convertoarele aferente pot fi:

  • mototare de curent continuu cu excitație serie sau independentă
  • motoare de curent alternativ asincrone

2.1. Motorul electric de curent continuu

Acest tip de motor, în special cu excitație serie, a fost utilizat cel mai des în aplicațiile ICPE ACTEL în tracțiunea feroviară, iar cel cu excitație independent a fost utilizat în tracțiunea navală. Indiferent de tipul excitației schema electrică de principiu este după cum urmează:

  • FIGURA 2. Schema electrica de principiu a unui motor de cc

Unde:

U – tensiunea de alimentare a motorului de acționare;

Ri, Li – parametrii constructivi ai motorului de c.c.;

E – tensiunea electromotoare indusă în mașina de c.c.

Ecuațiile în regim staționar pentru figura 2 sunt:

U = RiI + E (1)

E = kEΦΩ (2)

Unde:

kE – este o constantă legată de construcția mașinii de c.c.;

Φ – fluxul de excitație;

Ω – viteza unghiulară a rotorului mașinii de c.c.

Cuplul activ dezvoltat de mașina de c.c. este:

M = kM Φ I (3)

Unde:

kM – este o constantă constructivă a mașinii

de c.c.;

I – este curentul rotoric al mașinii de c.c.

Din ecuațiile 1,2,3 se poate dezvolta relația reprezentând caracteristica mecanică a mașinii de c.c.:

În cazul utilizării unui motor cu excitație independentă caracteristica mecanică este cea prezentată în figura 1.

Pentru un motor de c.c. cu excitație serie schema echivalentă este prezentată în figura 3.

  • FIGURA 3. Schema echivalenta a unui motor de cc cu excitație serie

  • FIGURA 4. Caracteristica mecanică M=f(Ω) pentru un motor cu excitație serie

Caracteristica mecanică M=f(Ω) pentru un motor de c.c. cu excitație serie este prezentată în figura 4.

2.2. Convertoare utilizate pentru acţionarea motoarelor de c.c.

Indiferent de tipul motorului utilizat, reglarea turației motoarelor de c.c. se face prin modificarea tensiunii de alimentare. În plus, pentru o gamă redusă de turație pentru motorul de c.c. cu excitație separată (independentă) reglarea turației se poate face și prin modificarea fluxului de excitație.

Dacă tensiunea de alimentare a motorului de cc este o tensiune de c.c., modificarea acesteia se face cu ajutorul variatoarelor de c.c. (chopper).

Schema electrică de principiu a unui chopper este prezentată în figura 5.

  • FIGURA 5. Schema electrica a unui convertor cc/cc

  • FIGURA 6. Forma de unda a tensiunii la bornele motorului M

Evoluția tensiunii U(t) la bornele motorului M este conform figura 6.

Valoarea medie U la bornele motorului M se poate realiza prin două moduri:

  • modificarea timpului de conducție tC a ventilului Ux – modulația în lățime a impulsurilor (MLI, PWM)
  • modificarea frecvenței 1/T de conducție a ventilului Ux (MFI, PFM)
  • combinația între cele două moduri amintite mai sus.

Dacă tensiunea de alimentare este de c.a. motorul având nevoie de o tensiune de c.c. variabilă, se pot folosi două metode:

1. redresarea tensiunii alternative cu un convertor c.a./c.c. (cu diode) și utilizarea unui chopper pentru obținerea tensiunii variabile la bornele motorului;

2. utilizarea unui convertor c.a./c.c., de obicei cu tiristoare pentru obținerea aceluiași efect. Schema electrică de principiu pentru utilizarea tandemului convertor c.a./c.c. și motor de c.c. este prezentată în figura 7:

  • FIGURA7. Schema electrica de principiu a acționarii unui motor de c.c. utilizând convertoare c.a./c.c.

Schema electrică de reglare de principiu pentru turația unui motor de c.c. și pentru controlul cuplului activ al acestuia este prezentată în figura 8.

  • RΩ - regulator de turație
  • RI – regulator de curent
  • DCG – dispozitiv de comandă pe grilă
  • TC – traductor de curent
  • TT – traductor de tensiune
  • TG – tahogenerator

  • FIGURA 8. Schema de comanda și reglare pentru un motor de c.c. utilizând convertoare c.a./c.c.

3. Concluzii

S-au prezentat mai sus câteva din soluțiile folosite în tracțiunea electrică cu motoare de curent continuu și convertoare aferente. Aceste soluții sunt validate de rezultatele activității ICPE ACTEL, rezultate amintite în capitolul 1. În numărul următor voi prezenta soluții folosind motoare de curent alternativ și convertoare c.a./c.a. De asemenea, în același număr voi prezenta și soluțiile de frânare folosite în aplicațiile amintite. Indiferent de soluțiile și puterile antrenate în acționările utilizate în tracțiunea electrică, criteriile care au stat la baza alegerii lor au avut în vedere cerințele specifice ale domeniului și bineînțeles cele legate de obținerea unei eficiențe energetice maxime și de menținere a unor standard ridicate privind calitatea energiei la sursă.


Ion Potârniche Este dr. ing., Director General ICPE ACTEL


 


Ion Potarniche

Conf. dr. ing. Ion POTÂRNICHE, Director General al ICPE ACTEL din 1994, peste 38 de ani de activitate de cercetare aplicativă în cadrul ICPE

  • Autor al: 12 invenţii brevetate, 76 lucrări publicate în reviste de specialitate, 60 lucrări practice elaborate, 119 lucrări publicate în sesiuni de comunicări ştiinţifice, 5 cărţi publicate.
  • Experienţă în managementul proiectelor de cercetare naţională, coordonator al 19 contracte de cercetare aplicativă din cadrul PNCDI
  • Membru al: Consiliului Inovării - AMCSIT, CT 36-Electronica de Putere al Comitetului Electrotehnic Român, AGIR, Patronatelor din Energetică
  • Membru de onoare al CNR-CME
  • Vicepreşedinte al APREL
  • Vicepreşedinte al A.P. ENERGIA
  • Consultant ştiinţific al Federaţiei Patronale din Construcţii de Maşini
  • Activitate didactică la U.P.B. şi Universitatea Valahia
  • Membru al ASTR

Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord