Jelcz PR110AC - testy napędów asynchronicznych, baterii i superkodensatorów

Parametry: 12-metrowy, 3-drzwiowy, sterowanie falownikowe, silnik asynchroniczny
Liczba: 3 szt.
Lata eksploatacji: 2006-2014

 

W 2001 roku, kiedy to przeprowadzano fizyczną likwidację linii do Piaseczna wraz ze sprzedażą taboru, MPK zakupiło 19 warszawskich trolejbusów typu PR110E. Kilka z nich od razu pocięto na części, pozostałe stopniowo remontowano. W 2002 z remontu wyjechały: 821, 824, 825, 822, 831, 832, na początku 2003 dołączył do nich 819. Po tej fali remontów nastąpiła przerwa aż do połowy 2004, kiedy to do odbudowy skierowano 830, a nieco później 826. Wzorem remontów jelczy M11 wykonywanych przez zakład remontowy w Krakowie, zastosowano wykonane z tworzywa elementy przodu oraz tyłu. Pierwotnie trolejbusy miały otrzymać sterowanie opornikowo-stycznikowe, jednakże w 2005 roku postanowiono przetestować napędy asynchroniczne polskiej produkcji. Napęd Eniki zamontowano w 830, a Medcomu - w 826.


Na jesieni 2006 roku podjęto się realizacji kolejnej podobnej inicjatywy z Instytutem Elektrotechniki, tym razem jednak trolejbus posiadał dodatkowy zasobnik energii. Był to specjalny projekt badawczy COST/260/2006, zlecony instytutowi przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Napędy asynchroniczne zbudowane są z falownika i silników asynchronicznych. Silniki te pracują na prąd zmienny, dlatego też konieczne jest przekształcenie doprowadzanego z sieci prądu stałego na prąd zmienny. Do tego też służy falownik. Silniki asynchroniczne zachowują niską masę przy dużej mocy, a do tego są proste w obsłudze i niezawodne - dlatego też  wyparły one z trolejbusów silniki prądu stałego i współcześnie stosuje się je powszechnie.

 

PR110 #830 - Enika

W trolejbusie z numerem 830 zamontowano napęd asynchroniczny produkcji łódzkiej Eniki typu ENI-MNT-200, w skład którego wchodzą: obwód wejściowy (ENI-OWE-200), falownik (ENI-FTL-600), asynchroniczny silnik trakcyjny Emit (STDa250-6B/165), rezystor hamowania (typu RHEN), sterownik z wyświetlaczem i diagnostyką (ENI-STN-2) oraz przetwornica statyczna (ENI-TL600/400/24).

Obwód wejściowy pozwala na bezpieczne załączenie napędu do sieci zasilającej, wyposażono go w zabezpieczenia nadprądowe i filtry, tłumi on również zakłócenia i tętnienia generowane w sieci trakcyjnej. Falownik, zbudowany na bazie tranzystorów IGBT, służy do konwersji prądu stałego na trójfazowy prąd zmienny. Jego funkcją jest również budowanie wirującego pola magnetycznego w silniku poprzez odpowiednie załączanie uzwojeń. Do kierowania pracą falownika służy elektroniczny sterownik. Rezystor hamowania jest wykorzystywany do rozpraszania energii hamowania poprzez emisję ciepła do otoczenia. Przetwornica statyczna to elektroniczne urządzenie obniżające napięcie sieci równe 600V do wartości 24V. Niskie napięcie uzyskane z przetwornicy zasila akumulatory, obwody sterownicze oraz ogrzewanie. Przetwornica wytwarza dodatkowo napięcie trójfazowe 3x400V o częstotliwości 50 Hz, które zasila pompę wspomagania układu kierowniczego i sprężarkę.

Falownik ENI-FTL-600 jest dostosowany do pracy w zakresie napięć 400-900V, co umożliwia mu poprawną pracę przy zmieniającym się napięciu sieci trakcyjnej. Wyposażono go również w nawrotnik i dodatkową funkcję przestawiania zwrotnic starego typu, sterowanych prądowo. Maksymalna moc falownika podczas rozruchu i hamowania wynosi 300 kW. Układ elektryczny trolejbusu obsługuje następujące funkcje: jazda, postój, hamowanie odzyskowe, hamowanie rezystorowe (przy braku możliwości hamowania odzyskowego), zasilanie obwodów pomocniczych.

Silnik asynchroniczny zwany jest inaczej silnikiem indukcyjnym. Napięcie doprowadzane jest tylko do stojana (nieruchoma część uzwojeń). Wirnik silnika nie jest zasilany. Maszyna pracuje dzięki temu, że wirujące pole magnetyczne wytworzone przez stojan indukuje w wirniku napięcie. Napięcie to wywołuje przepływ prądu w wirniku, skoro zaś w wirniku przepływa prąd, to wirujące pole magnetyczne stojana zaczyna nim obracać, wytwarzając moment obrotowy. Z tej złożonej zależności wynika nazwa - silnik indukcyjny. Powyższa zasada działania determinuje prostą budowę silnika - składa się on bowiem ze stojana, ułożyskowanego wirnika i obudowy. Nie są wymagane żadne dodatkowe przyrządy do doprowadzenia napięcia do wirnika, tak jak w silnikach prądu stałego, co zmniejsza koszty budowy silnika i obniża koszty eksploatacji. Jedynym zużywającym się elementem w silniku asynchronicznym jest łożysko, przegląd silnika polega zaś wyłącznie na kontroli stanu izolacji.

Trolejbus napędzany jest przez asynchroniczny silnik EMIT Żychlin STDa250-6B/165 o trójbiegunowym uzwojeniu stojana i mocy znamionowej 165 kW zapewnia trolejbusowi dobre osiągi. Maksymalne przyspieszenie rozruchu wynosi 1,3 m/s2, zaś opóźnienie hamowania - 1,6 m/s2. Prąd znamionowy silnika wynosi 292 A, prędkość znamionowa - 1180 obr/min. Silnik trakcyjny umieszczony został za mostem napędowym, w osi podłużnej pojazdu. Moment obrotowy z wałka wyjściowego silnika jest przenoszony za pomocą wału napędowego na most napędowy o przełożeniu równym 6,308.

#830 pierwsze jazdy testowe odbył we wrześniu 2005 roku. Trwały one długo, bo aż do grudnia 2006, ale po opanowaniu początkowych trudności umożliwiły dopracowanie napędu. Trolejbus wprowadzono do służby liniowej 23 grudnia 2006 roku.


PR110 #826 - Medcom

Napęd trolejbusu #826 jest bardzo zbliżony technicznie i konstrukcyjnie do napędu Eniki z #830. Układ elektryczny Medcomu różni się szczegółowymi rozwiązaniami. Jelcz z numerem 826 posiada falownik typu FT-170-600 o masie 110 kg, z wymuszonym chłodzeniem powietrzem. Pracuje on w zakresie napięć 600V +/- 30%. Jego moc znamionowa wynosi 170kW, a wytrzymałość izolacji - 4kV. Zastosowana została wektorowa metoda sterowania polem magnetycznym, wytwarzanym w stojanie za pomocą falownika. Pracę napędu kontroluje sterownik wykonany w technologii DSP (Digital Signal Processor - Procesor Sygnałów Cyfrowych). Falownik umieszczony jest wraz z sterownikiem w skrzyni stalowej o wymiarach 355x982x790mm. W trolejbusie PR110 umieszczono go w komorze pod ostatnim rzędem siedzeń. Trolejbus wyposażony jest w przetwornicę statyczną Medcom PSM-8T o mocy 8kW, zasilającą obwody pomocnicze i dodatkowe wyposażenie pojazdu.

Parametry trolejbusu są następujące: maksymalne przyspieszenie - 1,5 m/s2 (w zakresie prędkości 0-35 km/h), opóźnienie hamowania - 1,7 m/s2 (przy hamowaniu awaryjnym - 3,0 m/s2), maksymalny moment obrotowy na wale silnika - 1414 Nm.

Prace nad udoskonaleniem trolejbusu trwały nieco krócej niż w przypadku #830. Jelcz z osprzętem Medcomu pierwsze jazdy odbył w marcu 2006, a na linię wyjechał w tym samym dniu co #830. Po zakończonych z sukcesem testach zaplanowano wykorzystanie sprawdzonych już napędów do budowy trolejbusów niskopodłogowych. Zostało to urzeczywistnione w 2007 roku poprzez skonstruowanie wspólnymi siłami przez Solarisa i Medcom trolejbusu Trollino 12M.


PR110 #752 - Instytut Elektrotechniki (IEL)

Trolejbus #752 wyremontowano pomiędzy jesienią 2006 a majem 2007. Następnie przeprowadzone zostały próby ruchowe z przetestowaniem zdolności zasobników.

Zasadniczą część napędu tego trolejbusu stanowił ten sam silnik EMIT, sterowany przez falownik trakcyjny wykonany przez IEL. Dodatkowo zastosowano dwa zasobniki energii. Pierwszym z nich był zasobnik kondensatorowy firmy Maxwell o wysokiej pojemności, równej 0,7 kWh (kondensatory dużej pojemności są zwane superkondensatorami lub ultrakondensatorami, ang. ultracaps). Drugim zasobnikiem, wykonanym już na życzenie MPK Lublin, był zasobnik akumulatorowy wykonany z baterii akumulatorów firmy Hoppecke o mocy 7 kWh.

Rolą zasobnika kondensatorowego jest magazynowanie energii hamowania i wydawanie jej podczas ponownego rozruchu. Eliminuje to odwieczny problem hamowania odzyskowego, czyli możliwość wystąpienia sytuacji, w której na danym odcinku zasilania nie ma innego pojazdu pobierającego energię. Pierwotnie w takim wypadku energia hamowania musiała być rozpraszana w oporniku do atmosfery w postaci ciepła. Po zastosowaniu ultrakondensatorów, energia jest magazynowana w pojeździe, co ułatwia jej ponowne wykorzystanie, a dodatkowo pozwala na przejazd odcinka rzędu 400 metrów bez zasilania z sieci. Przykładowe zastosowanie to objazd zablokowanego skrzyżowania lub parkowanie na zajezdni pozbawionej sieci trakcyjnej.

Zasobnik kondensatorowy jest ładowany z sieci trakcyjnej za pomocą oddzielnego przekształtnika. Zmniejsza on pobór energii z sieci trakcyjnej o 20-40% oraz całkowite zużycie energii o 20-25%. Większe procentowo zmniejszenie poboru energii z sieci wynika z tego, iż część raz pobranej energii jest wykorzystana ponownie na początku kolejnego rozruchu.

Zasobnik akumulatorowy pełni podobne funkcje jak kondensatorowy, pozwala on jednak na przejazd większej odległości bez zasilania - rzędu 2 kilometrów. Akumulatory cechuje jednak większa masa sięgająca 1 tony. Znacząca różnica dotyczy też czasu pełnego ładowania - dla kondensatorów jest to 8 sekund, zaś doładowane baterii akumulatorów wymaga przejechania około 9 kilometrów przy zasilaniu z sieci trakcyjnej.

Podczas prób dokonano przejazdu 2-kilometrowego odcinka z 3 zatrzymaniami na przystankach, przy 8-tonowym obciążeniu. Zastosowano tutaj kombinowany układ zasilania - mianowicie silnik zasilany był z kondensatorów, które były na bieżąco doładowywane z baterii akumulatorów. Po przejeździe odcinka rozładowanie baterii wyniosło 30%. Pozytywny wpływ na bilans energetyczny miało wykorzystanie hamowania odzyskowego. Na cały przejazd zużyto 2,2 Ah z baterii akumulatorów. Dodatkowo, przeprowadzony został przejazd dla sprawdzenia ekstremalnych zdolności zasobników, w trakcie którego przy rozładowaniu baterii rzędu 50% udało się przejechać 4 kilometry.

Po testach trolejbus został odstawiony, a zasobniki energii zdemontowano. Dopiero we wrześniu 2008 jelcz został wprowadzony do eksploatacji ze zwykłym napędem asynchronicznym.

Trolejbus 3752 skasowano w 2013 r. - wraz z dostawami Trollino i Bogdanów-Ursusów w pierwszym tempie wycofywano trolejbusy z napędem IEL. W 2014 r. trolejbusy 3826 i 3830 rzadko wyjeżdżały w trasy, stanowiąc rezerwę - do obsługi tras w zupełności wystarczały bowiem nowe, niskopodłogowe trolejbusy. Na początku 2015 r. 3826 i 3830 sprzedano do Łucka. Wraz z PR110E 3795 były to ostatnie trolejbusy serii PR110 w Lublinie.


W opisie trolejbusu #752 wykorzystano informacje z:
Z. Giziński, M. Żuławnik, M. Gąsiewski, M. Zych - Hybrydowy układ zasilania trolejbusu. Technika Transportu Szynowego, nr 9/2007, str. 70-72.

Wybrane dane techniczne

Typ PR110
Długość 12 000 mm
Szerokość 2 500 mm
Wysokość 3 750 mm
Masa całkowita 17 000 kg
Masa własna 10 100 kg
Ilosć miejsc 110 (w tym siedzących: 36)
Moc silnika trakcyjnego 170 kW
Typ sterowania falownikowe

Zdjęcia:

Jelcz PR110AC #830 w trakcie remontu na Helenowie. Autor i data: Jacek Pudło 08.07.2005

 

Jelcz PR110AC #830 na al. Piłsudskiego. Pierwsze dni jazd testowych. Autor i data: Jacek Pudło 29.10.2005

 

Jelcz PR110AC #830 na al. Piłsudskiego. Pierwsze dni jazdy liniowej. Przed wprowadzeniem do ruchu oba asynchrony otrzymały reklamę silników asynchronicznych. Autor i data: Jacek Pudło 23.12.2006

 

Jelcz PR110AC #826 na Helenowie w trakcie remontu. W oczekiwaniu na montaż napędu z Medcomu. Autor i data: Jacek Pudło 12.08.2005

 

Jelcz PR110AC #826 na Helenowie. Widok na niedokończone jeszcze wnętrze. Autor i data: Jacek Pudło 12.08.2005

 

Jelcz PR110AC #826 na Majdanku. 826 spośród innych trolejbusów wyróżnia brak obudowy na dachu. Autor i data: Jacek Pudło 04.05.2006

 

Jelcz PR110AC #826 na Helenowie. Postój na hali pomiędzy jazdami próbnymi. Autor i data: Jacek Pudło 20.10.2006

 

Jelcz PR110AC #826 na al. Piłsudskiego. Pierwszy dzień kursowania. Autor i data: Jacek Pudło 27.12.2006

 

Jelcz PR110E #752 na al. Racławickich. Przed remontem i montażem napędu asynchronicznego oraz zasobników. Autor i data: Jacek Pudło 18.03.2006

 

Jelcz PR110E #752 w hali na Helenowie, podczas remontu. Autor i data: Jacek Pudło 20.10.2006

 

Jelcz PR110E #752 na al. Kraśnickiej, w trakcie prób. Autor i data: Jacek Pudło 22.06.2007

 

Jelcz PR110E #752 na ul. Kunickiego, po włączeniu do eksploatacji. Autor i data: Jacek Pudło, data około 27.09.2008