Układy napędowe pojazdów trakcyjnych z trójfazowymi silnikami prądu przemiennego

• Autorzy: Stobiecki A. , Dudek R.

Warianty tytułu

EN

Drive systems of traction vehicles equipped with 3-phase AC motors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Istotne wady silników komutatorowych prądu stałego i przemiennego, związane przede wszystkim z istnieniem węzła komutator – szczotki oraz dużymi wymiarami i masą przy danej mocy, w powiązaniu z rozwojem energoelektroniki, spowodowały zastąpienie ich trójfazowymi silnikami prądu przemiennego. Do napędu pojazdów wykorzystywane są silniki synchroniczne ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, silniki indukcyjne klatkowe oraz silniki synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi. W artykule przedstawiono typowy układ napędowy pociągu napędzanego silnikami synchronicznymi wzbudzanymi elektromagnetycznie. Zdecydowaną większość aktualnie wytwarzanych pojazdów napędzają silniki indukcyjne. Na podstawie literatury przedstawiono koncepcje obwodów głównych układów napędowych pojazdów z trójfazowymi silnikami klatkowymi przy zasilaniu z sieci napięcia stałego i przemiennego. Stwierdzono, że przy zasilaniu napięciem przemiennym stosowana jest jedna konfiguracja układu zasilania, wspólna dla niemal wszystkich pojazdów. Przy zasilaniu napięciem stałym istnieje większe zróżnicowanie konfiguracji układu napędowego. Poszczególne koncepcje zilustrowano przedstawiając układy napędowe wybranych pojazdów. Silniki synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi wydają się być napędem, który będzie coraz szerzej stosowany w pojazdach trakcyjnych. W artykule opisano układ napędowy przykładowego pociągu, wyposażonego w takie silniki.

EN

Significant drawbacks of the DC and AC commutator motors, primarily associated with the existence of a commutator – brushes unit as well as large dimensions and weight for a given power, in conjunction with the development of power electronics, led to their replacement with the three-phase AC motors. Electromagnetically excited synchronous motors, squirrel-cage induction motors and permanent magnet synchronous motors are used to drive the traction vehicles. A typical drive system of a train driven by electromagnetically excited synchronous motors is presented in the article. The vast majority of currently produced vehicles are driven by induction motors. On the basis of the literature, the concepts of the main circuits of drive systems of vehicles with three-phase squirrel cage motors supplied with DC and AC voltage are presented. It was found that at the AC catenary supply a single configuration of the drive system is applied, common to almost all vehicles. There is a larger variety of configurations of the drive at the DC supply. The particular concepts are illustrated by presenting the drive systems of selected vehicles. The PMSMs seem to be the motors, which will be increasingly used in traction vehicles. The drive system of an exemplary train equipped with such motors is presented in the article.

Słowa kluczowe

PL

trakcja elektryczna; silniki trójfazowe; układy napędowe pojazdów

EN

electric traction; three-phase motors; vehicles’ drive systems

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 1 (113)
• Strony: 49--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stobiecki A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział EAIiIB, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii

autor

Dudek R.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział EAIiIB, Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii

Bibliografia

• [1]. N. Lang „Electrifying history”, ABB review, nr 4, str. 16-23, 2016.
• [2]. E. J. G. Haut “Historia lokomotywy elektrycznej”, WKŁ, Warszawa 1975.
• [3]. F. F. Nouvion „Three-Phase Motors in Electric Rail Traction”, IEEE Transactions on Industry Applications, nr 5, str. 1152-1169, 1984.
• [4]. M. C. Duffy „Three-phase motor in railway traction”, IEE Proceedings A – Science, Measurement and Technology, nr 6, str. 329-337, 1992.
• [5]. T. Glinka, R. Grzenik, A. Fręchowicz „Wykorzystanie silników elektrycznych wzbudzanych magnesami trwałymi w napędach trakcyjnych”, Konferencja MET’2005, Warszawa 2005.
• [6]. M. Mermet-Guyennet „New Power Technologies for Traction Drives”, 2010 International Symposium on Power Electronics Electrical Drives Automation and Motion, str. 719-723, Pisa 2010.
• [7]. A. Steimel „Electric Railway Traction In Europe”, IEEE Industry Applications Magazine, nr 6, str. 6-17, 1996.
• [8]. A. Steimel „Power-Electronics Issues of Modern Elecric Railway Systems”, Advances in Electrical and Computer Engineering, nr 2, str. 3-10, 2010.
• [9]. W. Matthaei „20 years of ABB Henschel threephase drives in diesel and industrial locomotives”, ABB Review, nr 7, str. 3-8, 1991.
• [10]. L. Abraham „Power Electronics in German Railway Propulsion”, Proceedings of the IEEE, nr 4, str. 472-480, 1988.
• [11]. R. D. White „GTO and IGBT traction Tyree phase inverter drives”, Seventh International Conference on Power Electronics and Variable Speed Drives, str. 358-363, London 1998.
• [12]. D. E. Simpson, A.S. King, R.B. Siddall “Design of multivoltage locos for international service”, International Conference on Main Line Railway Electrification, str. 88-92, York 1989.
• [13]. R. J. Hill „Electric railway traction. Part 2. Traction drives with three-phase induction motors”, Power Engineering Journal, nr 3, str. 143-152, 1994.
• [14]. R. van Gelder, F. van Overbeeke „A Universal traction drive system with minimal levels of interferencje currents for use on AC and DC supply systems”, International Conference on Electric Railways in a United Europe, str. 101-105, Amsterdam 1995.
• [15]. M. M. Bakran, H.-G. Eckel „Traction Converter with 6,5 kV IGBT Modules”, 9. Konferencja EPE, Graz 2001.
• [16]. L. Lipiński „Praktyczne metody regulacji trakcyjnych silników indukcyjnych optymalne pod względem energetycznym”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 78, str. 109-114, 2007.
• [17]. J. Kemp "Drive systems for high speed trains", http://www.windana.com/upload/ref%201.7.pdf (01.2017)
• [18]. A. Harassek, M. Rabsztyn, J. Raczyński „Rozwój konstrukcji pociągów TGV”, Technika Transportu Szynowego, nr 10, str. 40-47, 2006.
• [19]. A. Steimel „Electric Traction – Motive Power and Energy Supply”, Oldenburg Industrieverlag, Monachium 2008.
• [20]. G. Petit „Evolution of the electrical equipment of TGV trainsets”, International Conference on Main Line Railway Electrification, str. 403-407, York 1989.
• [21]. „Drehstromantriebe für die Wiener U-Bahn”, Der Stadtverkehr, nr 2, str. 82-84, 1978.
• [22]. R. Rusak „Lokomotywy elektryczne i spalinowe Prima”, Technika Transportu Szynowego, nr 6, str. 18-26, 2009.
• [23]. C. Gerster, G. Skarpetowski, H. Sommer, L. Still „Advanced Multi-System Traction Chain for Locomotives and Power Heads“, 11. Konferencja EPE-PEMC, Ryga 2004.
• [24]. R. Iwański, J. Biliński „Wielosystemowa lokomotywa BR 189 dla przewoźników europejskich”, Technika Transportu Szynowego, nr 1-2, str. 80-91, 2004.
• [25]. A. Fuchs, T. Friedrich, R. Marquardt „Advanced multi-system locomotives using 6,5 kV power semiconductors”, 8. Konferencja EPE, Lousanne 1999.
• [26]. P. Jahn, H. Leichfried „Traction equipment of the class 1822 dual-system locomotive”, ABB Review, nr 4, str. 15-22, 1992.
• [27]. A. Walczyna, T. Wolfram „Współczesne koncepcje obwodów głównych lokomotyw elektrycznych dużej mocy z silnikami asynchronicznymi”, Technika Transportu Szynowego, nr 5, str. 23-29, 1994.
• [28]. S. Nowak, J. Szlemer „Lokomotywa 113E – EU11 dla PKP”, Technika Transportu Szynowego, nr 10, str. 24-27, 1999.
• [29]. S. Nowak „Lokomotywa dwusystemowa typu 112E – EU43 dla PKP”, Technika Transportu Szynowego, nr 12, str. 7-17, 1997.
• [30]. D. Briginshaw „AGV: the next generation”, International Railway Journal, nr 3, str. 23-26, 2008.
• [31]. M. Graff „AGV – nowy pociąg dużych prędkości”, Technika Transportu Szynowego, nr 4, str. 18-21, 2008.
• [32]. „Kolej JR East zaprezentowała pociąg podmiejski nowej generacji”, Technika Transportu Szynowego, nr 7-8, str. 8-10, 2002.
• [33]. M. Rabsztyn „Pociąg Gröna Taget dla kolei szwedzkich”, Technika Transportu Szynowego, nr 9, str. 48-50, 2008.
• [34]. „Alstom Makes Advances In Traction Power”, International Railway Journal, nr 4, s. 32, 2004.
• [35]. J. Anuszczyk, A. Wawrzyniak „Napędy trakcyjne z silnikami synchronicznymi o magnesach trwałych w transporcie szynowym”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 85, str. 149-153, 2010.
• [36]. Z. Peroutka, K. Zeman, F. Krus, F. Košta „New Generation of Trams with Gearless Wheel PMSM Drives: From Simple Diagnostics to Sensorless Control”, 14. Konferencja EPE-PEMC, str. S10-31 - S10-36, Ohrid 2010.
• [37]. Z. Budzyński, P. Deja „Nowa generacja napędów trakcyjnych lokomotyw kopalnianych”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 79, str. 39-43, 2008.
• [38]. B. Polnik „Silnik PMSM jako nowoczesny napęd w górniczych systemach transportowych”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 1, str. 81-86, 2012.
• [39]. T. Koseki „Technical Trends of Railway Traction in the World”, 2010 International Power Electronic Conference, str. 2836-2841, Sapporo 2010.
• [40]. B. Engel, M. Victor, G. Bachmann, A Falk “15 kV/16.7 Hz Energy Supply System with Medium Frequency Transformer and 6,5 kV IGBTs in Resonant Operation”, 10. Konferencja EPE, str. P.1- P.10, Toulouse 2003.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).