Loading

Przegląd rozwiązań układów i zespołów elektrycznych oraz elektronicznych. Część I

"Trakcja i Wagony" nr 9/88

inż. Tadeusz PLICHTA
Naczelny Zarząd Wagonów
UKD:621.316.174
629.45:656.2(438): 620.4.O46/.O48:629.4.062

 

 

Inżynierowie i technicy zatrudnieni w ośrodkach naukowo-badawczych i rozwojowych, wyższych uczelniach technicznych, w przemyśle taboru kolejowego oraz na PKP podjęli wiele działań zmierzających do poprawy elementów i zespołów elektrotechniki wagonowej. Rozpoczęto również prace nad udoskonaleniem dotychczasowych rozwiązań.

W wyniku ich działalności zostały zmodernizowane i udoskonalone lub zastąpione nowymi rozwiązaniami układy: zasilania, ośwetlenia, ogrzewania, centralnego zamykania drzwi, instalacji rozgłoszeniowej, instalacji wysokiego napięcia.

. W układzie zasilania wagonów pasażerskich od wielu lat stosowana jest powszechnie prądnica prądu stałego typu

PW114d03 o mocy teoretycznej 4,5 kW i praktycznej 3,8 kW oraz napięciu do 30 V.

W wagonach sypialnych i restauracyjnych są stosowane od wielu lat prądnice 24 V o mocy 4,5 kW, prądu stałego, produkcji NRD, instalowane na maźnicach, prądnice prądu przemiennego 24 V, 4,5 kW produkcji "Pintsch" (RFN), z przekładnią kątową na osi. W wagonach typu Bhp (Bipa) stosowane są prądnice prądu stałego o napięciu 24 V i mocy 3,1 kW produkcji NRD. Prądnica taka współpracuje z baterią akumulatorów zasadowych. Obecnie wszystkie wagony budowane przez przemysł krajowy wyposażone są w prądnice 3-fazowe prądu przemiennego typu GTUBJ6 o mocy 6 kW.

Prądnica typu PW 114d-03 jest produkowana przez Zakłady Wytwórcze Maszyn Elektrycznych i Transformatorów "EMIT" w Żychlinie. Jest przystosowana do współpracy z regulatorem napięcia typu ARP 24/30. Zbyt mała moc prądnicy uniemożliwia stosowanie jej w obecnie budowanych wagonach, w których stosuje się ogrzewanie nawiewne. Wadą tej prądnicy jest znaczny ciężar, wynoszący 250 kg. W celu poprawy warunków eksploatacyjnych tych prądnic konstruktorzy z "EMIT-u" w Żychlinie wprowadzili nowe rozwiązanie szczotkotrzymaczy, co przedstawiono na rysunku 1. W rozwiązaniu tym zastosowano obsady odlewne zamiast obsad blaszanych nitowanych typu 533300, Obsady odlewne są typu 507400. Parametry przedstawiono w tabedach 1 i 2.

Tabela 1
Promieniowe obsady szczotkowe do maszyn komutatorowych

Oznaczenie typu Wymiary znamionowe Wykonanie
t a t h hi c 1 n k f w z
(ok.)
P
(ok.)
mm
506 300 12,5 20 - - - - - X - - - - 24  
506 800 25 40 25 - - - - 36 25 - 44 30 Ms
507 400   32 7 - - - - 37  

Tabela 2
Promieniowe obsady szczotkowe do maszyn komutatorowych

Oznaczenie typu Wymiary znamionowe Wykonanie Ms
t a t h Ci l k f z
(ok.)
P
(ok.)
mm
533 100 6,5 - - 20 - - - - - -  
533 200 10 32 32 27 12 17,3 24 30 37 Ms
533 300 12,5 - - 25 - - - 29 - -  

W celu poprawy parametrów współpracy regulatora napięcia ARP 24/30 z prądnicą PW114d-03 oraz baterią akumulatorów konstruktorzy ze "ZWAR-u" w Warszawie podjęli prace dotyczące działania zwiernika regulatora. Polegały one na uzależnieniu działania zwiernika regulatora od napięcia prądnicy. Prace te spowodowały, że zwiernik regulatora oświetlenia przy ipracy regulatora w układzie prądnica i bateria akumulatorów rozwiera człon wykonawczy regulatora napięcia oświetlenia, gdy napięcie prądnicy zwiększy się do 27 +- 0,5 V i zwiera go, gdy napięcie prądnicy zmniejszy się - po osiągnięciu wartości 24 +- 0,5 V (przy pomiarze napięcia na zaciskach + M i -M regulatora).

W regulatorach ARP 24/30, zainstalowanych w eksploatowanych wagonach, zmiany takiej można dokonać w wagonowniach i zakładach naprawczych taboru kolejowego przez dobór rezystora R23 o wartości około 21 kohm; jego trafny dobór spowoduje wyregulowanie napięcia zadziałania zwiernika (rys. 2 - schemat ideowy regulatora). Natomiast regulację napięcia wyłączania zwiernika należy przeprowadzić przez zmianę rezystora R37 z około 40 kohm na około 100 kohm. Jednocześnie z układu elektronicznego należy wymontować kondensator C4, przeciąć ścieżkę obwodu drukowanego i wykonać połączenie za pomocą przewodu, jak pokazano na rys. 2.


Rys. 2.
Schemat ideowy regulatora napięcia ARP 24/30

Obecnie w układzie zasilania wagonów pasażerskich z ogrzewaniem nawiewnym jest stosowana prądnica 3-fazo-wa prądu przemiennego typu GTUBJ6, o mocy 6 kW, produkcji Zakładów Wytwórczych Maszyn Elektrycznych i Transformatorów "EMIT" w Żychlinie. Do współpracy z tą prądnicą został skonstruowany w JEL w Warszawie zespół prostowniczo-regulacyjny ARPP 30, który jest produkowany przez "ZWAR" w Warszawie. Współpraca prądnicy GTUBJ6 z regulatorem ARPP 30 przedstawiona jest na schemacie rysunku 3.

Prądnica GTUBJ6 jest z założenia prądnicą samowzbud-ną. Jednak zbyt szybko traci magnetyzm szczątkowy, co bywa przyczyną niewzbudzenia się jej w ogóle lub dopiero przy prędkościach około 72 km/h. W tej sytuacji konstruktorzy z JEL, HGP i ze "ZWAR-u" stwierdzili, że uzwojenie wzbudzenia prądnicy musi być zasilane z obcego źródła prądu. Problem został rozwiązany przez podłączenie uzwojenia prądnicy do baterii akumulatorów, co powodowało jednak niepotrzebne rozładowywanie tejże baterii akumulatorów. W celu wyeliminowania tego zjawiska w HGP zaczęto podłączać uzwojenie wzbudzenia prądnicy przez przekaźnik częstotliwościowy typu RFt-T4 (rys. 4), który przy prędkości wagonu 5 km/h powoduje połączenie układu wzbudzenia prądnicy. Wówczas z baterii akumulatorów jest pobierany prąd około 0,1 A. Automatyczne odłączenie uzwojenia wzbudzenia prądnicy następuje również przez przekaźnik RFt-T4, gdy nastąpi zmniejszenie prędkości wagonu poniżej 5 km/h. Zasilanie uzwojenia wzbudzenia prądnicy powoduje wzbudzenie prądnicy oraz zasilanie wagonu energią elektryczną przy prędkości wagonu wynoszącej 33 km/h.

. W układzie oświetlenia wagonów pasażerskich jest stosowane oświetlenie żarowe oraz fluorescencyjne (jarzeniowe). Oświetlenie żarowe stosowane jest w przedziałach (oświetlenie nocne oraz w niektórych typach wagonów w lampkach do czytania), umywalniach, przedsionkach oraz do oświetlenia wskaźników, przejść międzywagonowych, stopni wagonów i końca pociągu. Oświetlenie jarzeniowe jest stosowane w przedziałach pasażerskich i korytarzach wagonów. Najważniejsze elementy oświetlenia jarzeniowego to oprawy Ok4p i Ok5p (od 1982 roku typu Ok4Ip i Ok51p bez kloszy), przekształtnik (statecznik) oraz świetlówki.

Do 1982 roku stosowano oprawy Ok4 i Ok5 z kloszem i przekształtnikiem typu P360 i P357. Od tego czasu w oprawach zaczęto stosować przekształtniki nowszej konstrukcji typów STOK 2, STOK 4, STOK 2il. Żaden z tych typów przekształtników nie spełniał wymagań UIC, zwłaszcza jeśli chodzi o częstotliwość pracy, która wynosiła mniej niż 16 kHz. Schematy elektryczne poszczególnych przekształtników przedstawiono na rysunkach 5, 6 i 7.

 

W 1986 roku w Zakładach Elektronicznych "Elwro" we Wrocławiu został skonstruowany przekształtnik STOK 22, który spełnia wszystkie wymagania karty UIC i, według wyniku badań laboratoryjnych, wykazał znacznie większą niezawodność w stosunku do stosowanych dotychczas przekształtników. Na początku 1987 roku seria tych przekształtników wynosząca 250 sztuk została przekazana Śląskiej DOKP w Katowicach. Przekształtniki te zainstalowano w pięciu wagonach, będących na stanie Śląskiej DOKP i zostały poddane badaniom eksploatacyjnym. Pozytywne wyniki tych badań stanowią podstawę seryjnej produkcji i stosowania w wagonach PKP. Przekształtnik STOK 22 nadaje się do współpracy z jedną jarzeniówką 20 W lub dwiema po 20 W, jedną 25 W oraz z jedną 40 W bez dokonywania jakichkolwiek przełączeń. Przekształtnik STOK 22 pracuje z częstotliwością 18 kHz, co nie jest wyczuwalne dla ucha ludzkiego. W razie przepalenia lub wyjęcia świetlówki nie występują przykre dla ucha efekty akustyczne.

W układzie ogrzewania wagonów pasażerskich od października 1985 roku następuje zmiana systemu ogrzewania z piecykowego (konwekcyjnego) na ogrzewanie nawiewne. Podstawowe elementy ogrzewania nawiewnego, jeśli chodzi o niskie napięcie, to: omawiana w części dotyczącej układu zasilania prądnica GTUBJ6 o mocy 5 kW i napięciu do 30 V oraz współpracujący z nią zespół prostowniczo-regula-cyjny ARPP30, a także urządzenie AWN4 (mózg elektroniczny ogrzewania), służące do regulacji temperatury w wagonie, współpracujące z termometrami oraz silnik 24 V o mocy około 0,5 kW służący do nadmuchu powietrza przy ogrzewaniu i wentylacji wagonu. Jeśli chodzi o wysokie napięcie, to można wymienić dwie sekcje nagrzewnicy typu 2NK o mocy 22 kW każda oraz urządzenie wybiórczo-prze-łączające typu AWO M4, przystosowane do wyboru żądanego napięcia 1000 V lub 1500 V prądu przemiennego oraz 1500 V i 3000 V prądu stałego.

Pierwsze krajowe rozwiązanie ogrzewania nawiewnego zastosowano w HCP w pięciu wagonach typu 112 Ah, które miały po dwie prądnice prądu stałego typu PW 114d-03 po 3,8 kW każda oraz po dwa regulatory napięcia typu ARR24/30 i po dwa komplety akumulatorowych baterii wagonowych. Układ taki był kosztowny. W rozwiązaniu tym do regulacji temperatury zastosowano termostaty rtęciowe typu UCSm-24 oraz urządzenie elektroniczne służące do centralnej regulacji temperatury (duostat) produkcji "ZWAR-u" w Warszawie. Duostat w układzie ogrzewania nawiewnego jest to układ elektroniczny powodujący utrzymanie zadanej temperatury. Wagon z takim usprawnieniem poddano próbom w komorze klimatycznej w Wiedniu, z wynikiem pozytywnym. W ramach usprawnień i poprawy warunków eksploatacji wagonów pasażerskich racjonalizatorzy z HCP skonstruowali do regulacji temperatury w układzie ogrzewania nawiewnego dyskryminator ilości zadanej typu DJZ-2 (rys. 8 i 9), stanowiący nowocześniejszą wersję dyskryminatora ilości zadanej typu DJZ-2.

Jednocześnie z wyżej omawianym rozwiązaniem w Fabryce Wagonów "Pafawag" zastosowano w dwóch wagonach typu 1)27A z ogrzewaniem nawiewnym centralny regulator ogrzewania typu AWN4 (według koncepcji IEL w Warszawie). Porównując rozwiązania systemów ogrzewania nawiewnego wagonów wyposażonych w duostat oraz w AWN4 należy stwierdzić, że centralny regulator ogrzewania nawiewnego typu AWN4 zawiera w sobie w formie zblokowanej wszystkie elementy sterowania ogrzewaniem (oprócz przepusftnic powietrza, iermostatów,, czujników itp. urządzeń, które w obu rozwiązaniach muszą znajdować cię poza tablicą rozdzielczą); zawiera więc oprócz "bloku elektrycznego" również dwa styczniki KM-200DW, rezystor rozruchowy i rezystor wzbudzenia, układ elektroniczny czasowego rozruchu silnika wentylatora, człon czasowy zapobiegający zjawisku tzw. pompowania układu, człony elektroniczne termoregulatorów (zewnętrznego i kanałowego), tzw. sumator temperatur, inne układy logiczne i zabezpieczające oraz przekaźniki wykonawcze.

Zastosowanie w układzie HGP dyskryminatora, który w przybliżeniu odpowiada funkcjonalnie zaledwie jednej z siedmiu płytek elektronicznych AWN4, nie eliminuje również potrzeby stosowania wielu innych urządzeń, których funkcję w przypadku AWN4 spełniają urządzenia wymienione wcześniej, wchodzące w skład AWN4. Trzeba więc stosować m.in.: podwójny termostat (z importu), styczniki KM200DW, rezystory rozruchowe i wzbudzenia, przekaźniki wykonawcze, przekaźniki ponadpięciowy i czasowy, regulatory temperatury itp.

Zasadnicza różnica między oboma systemami polega na tym, że w koncepcji HCP urządzenia te występują oddzielnie (na tablicy rozdzielczej), natomiast w przypadku AWN4 stanowią urządzenia zblokowane. Urządzenie AWN4, stosowane obecnie do sterowania ogrzewaniem* nawiewnym wagonów pasażerskich z nagrzewnicą elektryczną lub parową, składa się z siedmiu płytek elektronicznych, które sterują:
1.- blokiem rozruchowym wentylatora,
2.- blokiem logicznym - czuwającym nad ogrzewaniem w przedziałach,
3. - blokiem wyjściowym - wysyłającym sygnał "grzać -nie grzać",
4. - blokiem wejściowym - podającym na blok wyjściowy sygnał ,,0" iufb sygnał ,,;1" - zależnie od termostatów przedziałowych,,
5.- termostatem kanałowym - wyłączającym 'nagrzewnice (obie sekcje) przy + 85°C i uniemożliwiającym wyłączenie silnika wentylatora zanim temperatura w kanale nie spadnie do 25°C,
6. - termometrem zewnętrznym Ni 100/0°C - sterującym płytką nr 2,
7.- blokiem przekaźników zawierającym osiem przekaźników R15.

AWN4 połączony jest 50-stykowym złączem szufladowym z instalacją wagonową.

W celu zapewnienia właściwej temperatury w wagonie pasażerskim w Instytucie Transportu Politechniki Warszawskiej opracowano w 1979 roku elektroniczny termoregulator typu ETW1. Prototypy tych regulatorów poddano badaniom laboratoryjnym i eksploatacyjnym w COBiRTK. Pozytywne wyniki badań stanowiły podstawę do rozpoczęcia produkcji seryjnej w "Telpodzie" w Krakowie, gdzie wykonywane są w technice hybrydowych układów grubowarstwowych. Przed podjęciem produkcji tych termoregulatorów prowadzone były przez COBiRTK również badania i próby termoregulatorów elektronicznych wykonywanych przez zakłady "Eltra" w Łodzi metodą tradycyjną, polegającą na wlutowaniu i zamontowaniu na płytce drukowanej poszczególnych elementów elektronicznych. Termoregulatory produkcji "Elty" były wykonane w obudowie z tworzywa sztucznego. Termoregulatory produkcji "Telpodu" są w obudowie metalowej, która przy montażu w wagonie przykręcana jest do ściany śrubą M6 od strony korytarza. Obudowa metalowa powoduje znacznie precyzyjniejsze uzyskanie temperatury zadanej, utrudnia dewastację i kradzież termoregulatorów. W obudowę metalową wbudowane jest gniazdo służące do diagnozowania termoregulatora. Schematy elektryczne termoregulatorów typu HL009 przedstawiono na rysunkach 10, 11 i 12.

Do szybkiego określania stanu technicznego termoregulatorów "Telpod" w Krakowie produkuje opracowane przez ITPW testery. Termoregulatory typu HL009 znacznie przyczyniają się do polepszenia komfortu podróżowania i oszczędności energii elektrycznej. Natomiast termoregulatory rtęciowe są bardziej zawodne w działaniu (następuje zawieszenie słupka rtęci w rurce szklanej oraz ze względu na obudowę z tworzywa sztucznego, łatwy dostęp do czujek i wyjmowanie ich przez osoby postronne). Kolejną zaletą termoregulatorów elektronicznych typu HL009 jest wyeliminowanie rtęci importowanej z drugiego obszaru płatniczego.

W celu zwiększenia niezawodności ogrzewania wagonów pasażerskich w zakładach "ZWAR" w Warszawie unowocześniono urządzenie wybiorczo-przełączające AWO - M14. Udoskonalenie polegało na:
-' zmodernizowaniu zasilacza w aparacie wybiorczym z jednoczesnym poprawieniem jego trwałości,
- wprowadzeniu przełącznika "praca jednonapięciowa - praca wiełonapięciowa",
- wprowadzeniu dodatkowego mocowania przewodów niskiego napięcia w celu uniknięcia przepuszczania ich przez łącznik nożowy na pokrywie,
-' wprowadzeniu innego układu sterowania silnikiem przełącznika - wyeliminowano zawodne przełączniki P-5,
- wprowadzeniu odpowiedniej zmiany konstrukcyjnej eliminującej przypadki niekontaktowania styków przełącznika w stanie bezprądowym.

W HCP w Poznaniu wyprodukowano w 1985 roku pierwszą serię wagonów z ogrzewaniem nawiewnym. Od drugiej połowy 1988 roku wagony produkowane dla PKP są wyposażane wyłącznie w ogrzewanie nawiewne. Również w "Pafawagu" we Wrocławiu wyprodukowano dziesięć wagonów z ogrzewaniem nawiewnym i przekazano do eksploatacji na PKP w 1987 roku. Są to wagony 2 klasy typu 111 Ar.