Белешки за електрификација на транспортот во Град Скопје – мотори | Кирил Минанов

Согледувања и искуства
Eднонасочни мотори vs. трофазни асинхрони мотори

Пред дваесет години комплетниот електричен транспорт се базираше на еднонасочен мотор. Во последно време воглавно се користат асинхрони и синхрони мотори. Еднонасочните мотори со сериска побуда долго време беа користени во погон за електрична влеча поради „меката“ карактеристика момент/брзина којашто се комбинира со релативно едноставно управување.

Управување

Во почетоците, управувањето на брзината е со помош на отпорници и контактори – реостатска контрола, потоа со развојот на електронски компоненти и нивната сѐ поголема доверливост како и со развојот на полупроводнички елементи со големи моќности, прво, управувањето е со тиристори, а потоа, тиристорите се заменети со IGBT модули. Исто така и развојот на брзите микропроцесори и микроконтролери овозможи полесно управување со брзината на асинхрониот мотор, а со тоа се размрежи нивната сѐ поголема употреба како во индустријата така и во електричната влеча.

Асинхрон мотор

Самиот асинхрон мотор не бара абсолутно никакво редовно одржување, нема четкици и колектор, што е голема предност во однос на еднонасочните мотори. Асинхроните мотори се исто така полесни во споредба со еднонасочните мотори за иста моќност.

Стратегии за одржување на системот
Aсинхрон мотор – инвертор — суперкондензатори

Кога говориме за eBUS којшто се експлоатира во Белград и Софија, а пробно се тестираше во Скопје, тука е применето решение со два асинхрони мотори чиишто осовини се впрегнати со сумарен редуктор со фиксен преносен однос. Редукторот со помош на кардан е споен со диференцијалот на погонската осовина. Чести се решенијата со еден влечен мотор и без додатен редуктор, но врската на моторот со диференцијалот се остварува директно преку кардан.

Постојат и решенија со мотори коишто се вгрдени во тркалата врзани со погонската осовина – in-wheel. Со воведувањето во експлоатација на високо ефикасни мотори со водено ладење, нивните димензии, како и нивната маса, значително се намалуваат.

Електрична влеча со еден мотор
Електрична влеча со два мотори

Постојат варијанти на возилата со еден и со два мотори. Зошто е избрана варијантата со два мотори, тоа е одлука на страната која ги набавува возилата, а за диспозицијата на моторите и конструкторсктие решенија, тоа е прашање на конструкторите и индустријата на електровлечни возила.

Концепт се бира од следните причини: Тренд во градскиот сообраќај во последно време се исклучиво нископодни возила. Тоа бара доста промени во конструкцијата на возилото, разместување на предните агрегати, промени во погонските мостови, поместувања на делот од опремата кај електричните возила на кровот, и тн. Два мотори коишто се користат на овие eBUS-и се габаритно мали со висина од 245 [mm], имаат мала маса и можат да развијат големи брзини, максимална брзина од 10000 [rpm], но поради моментот се користи редуктор. Според тоа, еден мотор, бара повисок под, а два мотори овозможуваат понизок под.

2 x асинхрон индукциски мотор со моќност од 61 [kW]

Влечниот погoн на eBUS-от во скопскиот автобус е Siemens ELFA system, којшто се состои од сумарен редуктор, два влечни мотори, два инвертори и електронски модул DICO којшто е интерфејс помеѓу влечните инвертори и електрониката на возилото.

Возилото коешто беше на пробна експлоатација во Скопје е слично со електричните автобуси во Белград, а се експлоатира и во Софија. Постојат мали разлики во распоредот на агрегатите во трите града, а коишто се вградени во возилото и тоа повлекува и разлики во карактеристиките.

Конструкторски концепти при градба на електричните автобуси

Концептот на ELFA системот е смислен како модуларен и како таков е погоден за разни конструкторски решенија со комбинации од моќности потребни за погон на електрични и хибридни возила. Производителот на овие возила HIGER – CHARIOT MOTORS во понудата има три варијанти, со еден, со два мотори и со мотори во тракала, така што на нарачателот му останува да одлучи за варијантите.

This slideshow requires JavaScript.

Анализа за избор на возило

Сепак, самиот избор на возило со различни варијанти на мотори бара сериозна стручна анализа за карактерот и топографијата на теренот, потребите во локалната структура на патишта и тн. Најскапиот дел од возилото се суперкондензаторите. Еден електричен автобус чини околу 500000 евра. Системот ELFA SIEMENS е доста распространет за овој тип на eBUS, а тоа е причината поради којашто цената за моторите и инверторите не е толку висока.

Во белградските тролејбуси, системот мотор-инвертор е доста скап кај производителот ШКОДА ЕЛЕКТРИК во однос на цената на возилото, но тролејбусите се од белоруско производство и не спаѓаат во класа на скапи возила.

Листа на производители на тролејбуси - Википедија. 

Линкови од производители на автобуси, тролејбуси, трамваи. 
БКМ
ЕТОНЛТД
ТРОЛЗА 
ШКОДА
СОЛАРИС
ЛАЗ
ТРАНС-АЛФА
ВАНХУЛ

Интегрирана мрежа за електрична влеча за тролејбус и трамвај

Мрежата за електрична влеча во градскиот транспорт во Белград е еднонасочна со номинален напон од 600 [VDC]. Постојат подстаници во сопственост на ГСП коишто се приклучуваат на дистрибутивната мрежа од 10 [kV] и со којашто се врши трансформација на пониско напонско ниво од 520 [VAC] со исправување на напонот како би се добил еднонасочен напон. На тој начин, мрежата за електровлечните возила е комплетно галвански одвоена од дистрибутивната мрежа на 10 [kV].

Ток на енергија

Самиот ток на енергија во мрежата, еднонасочна со номинален напон од 600 [VDC] е невозможен во обратната насока, поради диодите во исправувачите, во подстаниците кадешто се случува исправување од 520 [VAC] во 600 [VDC].

Рекуперација на еднонасочен или наизменичен напон

Генерација на АC напон во дистрибутивната мрежа од страна на возилото е технички комплицирано и скапо. Самите возила во рекуперација генерираат еднонасочен напон.

Рекуперацијата на електричната енергија од возилата, трамвај и тролејбус, е можна само ако на одредена секција во тој момент постои друго возило кое не е во режим на кочење, туку во режим на потрошувачка на електрична енергија. Самите подстаници немаат можност за акумулирање на електрична енергија. Постојат практични примери за користење на акумулатори, суперкондензатори, дури и механички замаец коишто можат да се користат како акумулатори на електричната енергија којашто е генерирана при рекуперација.

Заеднички подстаници за трамваи и тролејбуси 

Некои подстаници се заеднички и за трамваите и за тролејбусите, додека има некои подстаници коишто се користат исклучиво за трамваи, а некои само за тролејбуси. Вкупниот број на подстаници во Белград во овој момент е дваесет и една (21). Мрежата е поделена во поголем број секции, а должината на секциите е ограничена поради падовите на напонот во мрежата.

Асинхрони или синхрони мотори за тролејбус и трамвај

За електрична влеча кај трамвај, тролејбус и електробус во последно време се користат асинхрони и/или синхрони мотори на наизменична струја со перманентни магнети, а мрежата во Белград од којашто се напојуваат електровлечните возила е еднонасочна.

Инвертор за секој мотор

Инвертор е потребен само за асинхрони и синхрони мотори затоа што напојувачката мрежа е еднонасочна, а асинхроните и синхроните мотори за свој погон ползуваат наизменична струја. Кај електронски управуваните еднонасочни мотори се користат чопери. Кај електричниот автобус Чариот моторс се користат инвертори од Сименс.

Градба на тролејбуси на автобуска платформа

Во денешно време е доста изразен трендот да при градба на тролејбуси се користи автобуска платформа, со нископодна инсталација, практично од автобуси, а производителите на различна влечна опрема како и различни конвертори за помошни уреди како погонот за компресија, серво пумпите, систем за клима, полначи на батерии, и тн., својата опрема практично ја вградуваат во така припремените автобуски платформи.

На пример, Шкода Електрик купува автобуска платформа од Соларис, Ивеко или други производители и на таа платформа ја монтира својата опрема и продава тролејбуси брендирани како Шкода-Соларис, Шкода-СОР. Постојат производители како што е BELKOMMUNMAŠ коишто репродуцираат комплетно тролејбуско решение во сопствена режија.

Одржување на мрежата за тролејбуси и трамвај – Белград. Надлежност над мрежа. Инфаструктура, одржување, проектирање на системот во однос на потреби во однос на влечниот парк

Во последните 20 години, во Белград, скоро ништо се нема променето во самата разгранетост на мрежата, се прави модернизација на подстаници и скретници, но мрежата е иста. Мрежата практично го ограничува максималниот број на трамваи и тролејбуси коишто можат да се пуштаат во собраќај во еден момент. Моментално се гради додаток на трамвајската мрежа преку новиот мост кај Ада Циганлија.

Разлики меѓу тролејбуска и трамвајска мрежа

Суштинската разлика помеѓу трамвајската и тролејбуската контактна мрежа е во тоа што, за трамвај се користи еден бакарен вод, позитивен пол, којшто се „обесува“ за столбовите, додека како втор, негативен пол, се користат самите трамвајски шини, додека кај тролејбуската мрежа и за позитивниот и за негативниот пол се користат бакарни водови коишто се „бесат“, односно „висат“ на столбовите.

Цена на инфраструктура

Самата инфраструктура е доста скапа и во поглед на изградба, но и покасно во поглед на одржувањето. Изградбата на една подстаница е од ред на 1 милион евра, една скретница е повеќе десетици илјади евра, цената на профилирани бакарни водови е околу десет евра по килограм, „фидер“ кабловите уште повеќе. Цените треба да се земат со резерва затоа што ова се само некои детали, а за проект е потребна озбилна анализа.

Цени на возила

Цените на трамваите се од ред на милиони. И до 3 милиони евра, тролејбусите од 200000 евра за источноевропски, а и до 600000 па и 700000 евра за западноевропски возила. На цената се разбира влијае квалитетот и нивото на опременост.

Тролејбусот на Шкода Електрик на Соларис платформата со дизелгенератор за автономен погон е околу 450000 евра.

Во последно време сѐ поинтересни се тролејбусите со таканаречен автономен погон. Енергијата за автономен погон може да биде обезбедена од батерии, кондензатори, дизел генератор. Ова е посебно интересно за градови кои веќе имаат постоечка тролејбуска мрежа, а сакаат да продолжат одредени линии, но без да доградуваат нова мрежа.

Тролејбуска мрежа

Во доста градови постои тренд на демонтажа на сплетената мрежа над булеварите во централните градски подрачја со аргументација дека тоа се прави поради визуелен ефект или визуелно загадување или нарушување на историски вредните згради на кои има поставено конзоли за мрежа. Така на пример во Рим, тролејбус на одредена линија се влече на мрежа и истовремено ги полни батериите, а при возење низ строго централно градско јадро оди на батерии.

Појавата на електричните автобуси

Поради напредок и поефтинување на технологијата на батерии и особено на суперкондензаторите, на сцената се појавија електрични автобуси, со коишто се загрозува опстанокот и понатамошниот развој на тролјебуските линии и во градовите во кои постои мрежа. Дискутабилно е прашањето дали е оправдано градење на мрежа таку каде што не постои мрежа, ако тоа не е вмрежено и со трамвајска линија. Сепак, секој град има свои специфики. Постојат предности и недостатоци на тролејбусите во однос на електричните автобуси, но тоа е подлабока анализа.

Можности на денешните напредни инвертори коишто се користат не само кај електричните автобуси, туку и кај тролејбусите коишто не се функционираат во лимитите на мрежата

Постојат Yaskawa инвертори (серија U1000) коишто можат да вршат рекуперација на електрична енергија директно на наизменичната мрежа, коишто можат да се користат за погони на вентилатори, осветлување и друго, но тие се користат за примена во индустријата кај лифтови, кранови, и тн. Инверторите на Yaskawa се користат за погони на помоќните погони, како мотори за компресори, мотори за серво пумпи, мотори за компресори кај клими и тн., но тука нема рекуперација. Yaskawa е пример затоа што тролејбусите немаат постојано рекуперација, но само во моментот кога на ист дел од мрежата, еден тролејбус е во кочење, а други се во моторен квадрант. Во пракса, не постојат Yaskawa инвертори од било која серија, што се во погони кај електровлечни возила, но можеби има и такви серии.

Таа област во главно ја покриваат специјализирани производители кои наменски произведуваат инвертори за електрична влеча како, Alstom, Siemens, Kiepe electric, Škoda electric, Medcom, рускиот Чергос и Эпро, и тн.

Со какви моќи располагаат денешните автобуси
Моќ на мотори

Снагата на влечните електромотори кај тролејбусите е од 120 [kW] за соло возила до 170 [kW] за зглобни возила, но и кај соло возилата се вградуваат мотори и од 160/170 [kW]. Моќта на влечните мотори на електричните автобуси со два мотори е 2 x 61 [kW], снага на еден мотор е 61 киловат. Автобусот во Скопје е со мотори од 61 до 67 [kW].

Ранг на моќи за мотори кои се користат кај електричните автобуси, тролејбуси и трамваи

Снагата на трамвајските мотори од возната единица на чешкиот производител KT4 се од 40 [kW] со тоа што возната единица има 4 мотори. Конструкцијата е по осовина. Двоосовински, четириосовински и тн. Постојат и верзии на трамваи со два мотори, тип DUVAG со снага 120 [kW] како и верзија од 150 [kW]. Шпанскиот трамвај KAF има 8 асинхрони мотори од по 70 [kW], со тоа што овде се работи за таканаречен мултиплицирачки трамвај.

Стратегии за полнење кај електрични автобуси

Разлики меѓу повеќекратен полнач и единечен полнач. Постојат различни стратегии за полнење на електрични автобуси, од таканареченото споро полнење во ноќта со целодневна автономија на електробусот, преку полнење од неколку минути на крајната и почнетната станица, до безконтактно полнење на секоја автобуска станица од неколку десетина секунди. Оваквите начини на полнење наметнуваат и различни приклучоци за полнење, како што се plug-in специјализирани утичници, пантографи, и индуктивно полнење. Основна разлика помеѓу тие два полначи е тоа што првиот е изработен од повеќе истообразни модули со помала снага коишто работат во паралелен режим, а другиот е практично еден полнач со поголема снага. Главна предност на првиот полнач е расположливоста, затоа што кога во ситуација на откажување на некој од паралелно врзаните модули, полначот продолжува со работа со помала снага, додека кај другиот тип на полнач, откажување од билокоја причина доведува до престанок на работа на полначот.

Полупроводнички компоненти коишто се користат во автобуси

Главни полупроводнички елементи во регулација на снага на полнење коишто и понатаму се користат се IGBT модули. Трендовите на развојот на полначи се компатибилни со отворен интерфејс на протоколот OppCharge, што овозможува стандардизација во таа област и можност за полнење на електричните автобуси од различни производители на ист полнач. Исто така, со развојот на батериите и особено суперкондензаторите се оди кон што побрзо полнење. Исто е овоможена и далечинска дијагностика, управување и update на софтвер итн.

Напонската мрежа од којашто се напојува електричниот автобус е 3 x 380 [V]. Во принцип до местото на инсталација е потребна мрежа од 3 x 10/0.4 [kV], енергетски кабли и тн. Специфичности по однос на изборот на местото и стратегиите при инсталирање на станици за полнење за електрични автобуси

Електричен автобус се напојува – полни, од полначка станица, а полначката станица – полнач се напојува од дистрибутивната мрежа 3 x 380 [V] на 50 [Hz]. Во зависност од полначот, „влезниот“ напон за полначот може да биде 3 x 380 [VAC], а може да биде и поголем од 3 x 520 [VAC]. Местото и стратегиите за изборот зависат од изборот на тип на акумулутори на електрична енергија како батерии или суперкондензатори и се „транспортна“ задача за возачите за полнење при завршување на патеката или завршеток на секоја делница, со полнење еднаш или два пати дневно и тн. Која стратегија на полнење ќе се одбере зависи и од самата автономија на возилото. Ако на пример е потребна автономија од 300 километри, веројатно е доволно да се полни само ноќе во депо, ако се бара автономија од 20 километри потребно е полнење на крај од една делница или секција или полукруг.

Од гледна точна на електроенергетски систем, не е баш препорачливо да се ангажира голема снага во еден период на едно место, во неколку часа во ноќта, а во остатокот воопшто да не се троши електрична енергија. Се разбира, за да биде обезбедена расположливост, местата на коишто ноќе би се полнеле автобусите е најдобро да се обезбедат од две напојувачки страни, за случаи на испади од една од страните.

Воведување на систем. Шини, полначи, мрежи во мрежи и лесни бандери. Мрежа за тролејбус или комбинирано користење на булевари за тролејбус и електричен автобус 

Најлесно е да се воведат електричните автобуси. Скопје има развиена мрежа на булевари, а автобускиот превоз е главна дејност на ЈСП. Трамваите и тролејбусите, освен исправувачки станици, бараат и градба на соодветна мрежа, за што треба време за проектирање, инсталација, пробна употреба со тестови и реална стварна секојдневна употреба. За автобусите е потребна изградба на соодветна полнчака инфраструктура за полнење – полначи. Сите три вида на електрично влечни возила бараат соодветна поддршка од електродистрибутивниот систем.

Одржување на мрежа за тролејбуси. Надлженост на Македонскиот Електропреносен Систем Оператор – МЕПСО. Во принцип, за 25 [kV] мрежа на Македонската железница, МЕПСО е дел во равенката. Кој би ја одржувал мрежата во случај на комбиниран тролејбуски/трамвајски систем во Македонија?

Тролејбуската и трамвајската мрежа како и трамвајските шини, исправувачките станици и објектите во Белград ги одржува GSP, попрецизно сектор во GSP којшто се наркува електро-граѓевинска оператива. Кој и како тоа ќе го прави во Македонија е работа на одлука и оптимално проектирање на локалните ресурси. Сопственик и основач на GSP е Град Белград, а компаниите за производство, пренос и дистрибуција на електрична енергија се во сопственост на државата.

Сервисна книшка на електричен автобус. Компаративните статистички податоци за разни производители со сличен или ист габарит на електровозило

Редовните сервиси за електро влечните возила од производителот HIGER се предвидени на секои 20000 километри, освен првиот сервис, којшто се нарекува „иницијален“ којшто се одвива на 3000 километри. На иницијалниот сервис се менуваат сите масла и подмачкувачи на возилото, а следната замена на масла е на 60000 километри за одрдени агрегати како компресорот, а за други агрегати на 120000 километри. Редовните сервиси на 20000 километри воглавно се однесуваат на некои типови на прегледи и контроли, додека суштинска замена на сетови за репарација на масла и масива се врши 60000 и 120000 километри. За други производители, книшката сигурно е различна.

Ултракондензаторски автобус во Скопје

Составен е од шасија на возилото, тело на автобусот, внатрешни седишта, електроенергетски систем: Пантограф, ултракондензатори, погонски мотор, потоа, помошни електрични системи: Систем за сопирање, систем за управување, греење и климатизација, потоа: Систем за контрола на возилото и инструмент систем, како и противпожарен систем и систем за далечинско следење.

кон зеро – историја на макжелезници