transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Układy hamulcowe > Hamulce elektrodynamiczne (oporowe i rekuperacyjne)

 1) Informacje ogólne:
Hamulec elektrodynamiczny to hamulec, w którym nie występują siły tarcia wynikające z docisku elementów ciernych do siebie, a zmniejszanie prędkości tramwaju odbywa się na drodze elektrycznej poprzez wytworzenie siły hamującej przeciwnej do ruchu pojazdu za pośrednictwem elektrycznych silników trakcyjnych.
Hamowanie elektrodynamiczne polega na zmianie energii kinetycznej poruszającego się pojazdu na energię elektryczną wytwarzaną poprzez silniki trakcyjne tego pojazdu pracujące jako prądnice dzięki tzw. odwrotności działania amszyn elektrycznych.
Hamowanie silnikami występuje wówczas, gdy moment elektromagnetyczny silnika działa w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości obrotowej. W wyniku powstałego momentu hamującego na wałach silników następuje wytracanie prędkości pojazdu.

Hamowanie elektrodynamiczne może być zastosowane zarówno w układach napędowych z wykorzystaniem prądu stałego (DC) oraz przemiennego (AC). W przypadku silników prądu stałego aby silnik rozpoczął pracę prądnicową, jego stojan musi zostać wzbudzony z obcego źródła zasilania. Najczęściej wzbudzenie to pochodzi z baterii akumulatorów.
W takiej sytuacji mówi się o silnikach trakcyjnych pracujących jako prądnice obcowzbudne.

 
Przykłądowe bateria akumulatorów pokładowych


Ze względu na typ napędu i rodzaj pojazdu rozróżnia się hamowanie elektrodynamiczne oporowe (rezystorowe) i rekuperacyjne (odzyskowe).



2) Hamowanie elektrodynamiczne oporowe (rezystorowe):
Hamowanie oporowe polega na tym, że produkowana przez silniki trakcyjne energia elektryczna jest przemieniana w energię cieplną na opornikach hamowania. Oporniki są odbiornikiem dla produkowanej energii elektrycznej. Ciepło z oporników jest oddawane do atmosfery - bezpowrotnie tracone.

   
Elementy oporowe na rozruszniku GBT-373


W związku z mocnym nagrzewaniem się oporników podczas pracy muszą być one odpowiednio wydajnie chłodzone. W zależności od miejsca zabudowy oporników stosuje się chłodzenie wymuszone (obce) lub niewymuszone.
Chłodzenie obce, które występuje w pojazdach, w których elementy oporowe zamontowane są w przestrzeniach zamkniętych (np. pod podłogą), realizowane jest przez wentylatory, które nadmuchują schłodzone powietrze na na elementy oporowe.
Teny typ chłodzenia można spotkać na przykład w wagonach serii 13N, 102N, 105N i ich pochodnych, gdzie nadmuch powietrza realizują wentylatory zainstalowane na wale przetwornicy pokładowej.

     
Wiatraki na wale przetwornicy i schemat chłodzenia elementów oporowych na rozruszniku bębnowym

Chłodzenie niewymuszone (własne) stosowane jest obecnie najczęściej. Polega on na zamontowaniu elementów oporowych w skrzyniach na dachu pojazdu. W wyniku takiej zabudowy są one chłodzone przez pęd powietrza powstały podczas jazdy.

 
Elementy oporowe na dachach

   
Kontenery z opornikami na dachach

W niektórych starszego typu tramwajach zastosowany jest układ, umożliwiający przekazanie części energii elektrycznej produkowanej podczas hamowania na wewnętrzne grzejniki. Dzięki temu część energii elektrycznej produkowanej podczas hamowania nie jest wytracana na opornikach hamowania lecz wykorzystywana do ogrzewania pojazdu w zimie. Poniższa fotografia przedstawia przełącznicę, umożliwiającą włączenie wewnętrznych grzejników od obwodu zasilania oporników hamowania.

 


Przełącznica zasilania grzejników



3) Hamowanie rekuperacyjne:
Hamowanie elektrodynamiczne rekuperacyjne polega na tym, że produkowana przez silniki trakcyjne energia elektryczna jest oddawana (rekuperowana) poprzez odbierak prądu do sieci trakcyjnej przez co inny pojazd będący w ruchu tą energię wykorzystuje.

Kliknij aby powiększyć  
Odbierak prądu przez który realizowana jest rekuperacja



Aby zwracanie energii było możliwe sieć trakcyjna musi spełniać określone warunki. Podstawowym warunkiem jest podłączenie do sieci odbiornika, który wykorzysta rekuperowaną energię. Tym obornikiem jest po prostu najczęściej inny tramwaj poruszający się po danym odcinku zasilania. Układ sterowania hamulcem ED kontroluje wartość napięcia w sieci trakcyjnej - jeżeli jest ona odpowiednio niższa od wartości granicznej (np. 720 V) wtedy możliwe jest hamowanie rekuperacyjne. Jeżeli nie możliwości oddania energii do sieci następuje automatyczne przełączenie układu na hamowanie oporowe i wytracenie energii na opornikach hamowania.
W najnowszych rozwiązaniach tramwajów proces hamowania rekuperacyjnego jest uzupełniany działaniem superkondensatorów, które magazynują część energii produkowanej przy hamowaniu i umożliwiają jej wykorzystanie w procesie rozruchu.
Superkondensator jest rodzajem kondensatora elektrolitycznego, który ze względu na budowę wykazuje niezwykle dużą pojemność elektryczną w porównaniu do klasycznych kondensatorów elektrolitycznych dużej pojemności. Ich główną wadą jest szybki czas ładowania w porównaniu na przykład do akumulatorów.
Nowoczesne układy sterowania hamulcem elektrodynamicznym potrafią sterować proporcjonalnie hamowanie oporowym i rekuperacyjnym. Polega to na tym, że równocześnie część energii jest rekuperowana, a część wytracana na opornikach. Proporcja ta zależna jest od aktualnego stanu napięcia sieci trakcyjnej i wartości energii jaka może być pobrana przez inne pojazdy.
Wszystkie te rozwiązania stosowane są po to, by maksymalnie wykorzystać funkcję rekuperacji i ograniczyć zużycie energii trakcyjnej pobieranej z podstacji, a więc sieci zasilającej (płatnej energii).


Wskazanie ilosci oddanej energii w ramach rekuperacji