TROLEIBUZE SKODA 24Tr - Instalatii electrice

I. INSTALATIA SI ECHIPAMENTELE DE JOASA TENSIUNE

Generalitati

Instalatia si echipamentele de joasa tensiune au rolul de a asigura functiile de baza ale caroseriei si sasiului autovehiculului, cum ar fi iluminarea si semnalizarea, comanda functionarii suspensiei pneumatice, comanda sistemului contra blocarii rotilor la franare, masurarea si afisarea vitezei, inregistrarea vitezei si a numarului de kilometri parcursi, stergerea-spalarea parbrizului, etc.

Instalatia si echipamentele de joasa tensiune asigura si functiile specifice unui autovehicul destinat transportului de pasageri, precum comanda actionarii usilor, informarea pasagerilor, validarea titlurilor de calatorie, comanda climatizarii (aer conditionat si incalzire).

De asemenea, instalatia si echipamentele de joasa tensiune asigura si interfata vehiculului cu conducatorul auto (prin tabloul de bord), preluand, prin intermediul butoanelor, comutatoarelor si traductoarelor de pedala comenzile acestuia si prezentandu-i, prin intermediul displayului de bord, aparatelor indicatoare si lampilor de control parametri tehnici de exploatare relevanti in procesul conducerii autovehiculului.

Specific pentru instalatia de joasa tensiune a troleibuzelor Skoda 24 Tr este conducerea acesteia cu ajutorul calculatoarelor de bord, legate intre ele si cu unitatile periferice de intrare iesire precum si cu tabloul de bord printr-o magistrala de date CAN (care prin multiplexare permite vehicularea bidirectionala a unui mare numar de semnale - comenzi prin doar doua fire). Tot prin magistrala de date CAN se realizeaza si legatura dintre calculatoarele de bord ale sasiului si caroseriei si calculatorul de bord al tractiunii electrice si

Schema conexiunilor la magistralele CAN

serviciilor auxiliare.

Unitatile periferice de intrare - iesire sunt aparate electronice montate in diferite locuri in interiorul vehiculului care au rolul de a decodifica semnalele sosite pe magistrala CAN si de a trimite, prin circuite distincte, comenzi electrice aparatelor si agregatelor din acea zona a troleibuzului (lampi de iluminat sau de semnalizare, electroventile pneumatice, relee, motoventilatoare, micromotoare, etc.) precum si de a prelua, prin circuite distincte, semnale sosite de la elementele de comanda (butoane, intrerupatoare) sau elementele de supraveghere (senzori, detectoare de nivel, temperatura, presiune, etc. ) din acea zona a vehiculului si a pregati aceste semnale pentru a fi expediate prin magistrala CAN..

Instalatia electrica de joasa tensiune asigura de asemenea si alimentarea cu energie a partii de comanda a tractiunii electrice si serviciilor auxiliare (calculator de bord al tractiunii si serviciilor auxiliare, unitati de comanda cu microprocesor ale blocurilor functionale, traductoare, senzori, etc.)

Tensiunea de alimentare a instalatiei de joasa tensiune este de 24 V curent continuu, obtinuta din doua baterii de acumulatori plumb-acid. Instalatia este cu minusul la sasiu.

Incarcarea bateriilor de acumulatori este asigurata, in timpul functionarii troleibuzului de catre o sursa statica (alimentata din inalta tensiune) si de un alternator montat pe motorul Diesel al grupului motogenerator auxiliar.

Dupa functiile indeplinite, se pot distinge mai multe sisteme ale instalatiei electrice de joasa tensiune:

Sistemul de iluminat si semnalizare

Asigura iluminarea (exterioara si interioara) a autovehiculului, prin lumini de pozitie si de gabarit, lumini de intilnire si de drum, respectiv iluminarea salonului pasagerilor si a postului de conducere.

Asigura semnalizarile optice (schimbarea directiei de mers, franare, mers inapoi) si acustice (claxon, avertizor de mers inapoi) in exteriorul vehiculului.

Sistemul pentru amenajari auxiliare

Realizeaza functii conexe postului de conducere, ca reglajul de la postul de conducere si dezaburirea oglinzilor exterioare, stergerea si spalarea parbrizului.

Sistemul de deservire a usilor

Asigura actionarea usilor de acces in vehicul, atat de catre conducatorul auto cat si de catre pasageri, precum si automatizarea inchiderii usilor.

Asigura protectiile necesare impotriva deschiderii usilor in timpul mersului si inchiderii usilor atunci cand in spatiul usii se afla pasageri.

Asigura transmiterea la postul de conducere a cererilor facute de catre pasageri, (prin intermediul butoanelor din salonul pasagerilor si din exteriorul troleibuzului) privind oprirea, deschiderea usii sau actionarea rampei de acces.

Sistemul de comanda a suspensiei pneumatice

Realizeaza comanda suspensiei pneumatice astfel incat nivelul caroseriei sa fie mentinut constant, indiferent de neregularitatile drumului sau de gradul de incarcare al troleibuzului. Permite de asemenea, ridicarea nivelului caroseriei peste cel normal sau coborirea nivelului caroseriei pe partea dreapta (pentru facilitarea imbarcarii - debarcarii).

Sistemul impotriva blocarii rotilor

Impiedica, prin supravegherea si reglarea sistemelor de franare pneumatic si electric, blocarea rotilor in conditii de franare puternica si/sau aderenta scazuta a suprafetei de rulare.

Sistemul tahometru / tahograf

Asigura masurarea si afisarea vitezei, calcularea si afisarea distantelor parcurse, inregistrarea in memorie nevolatila a vitezei, distantei, orelor de functionare, energiei electrice consumate sau recuperate, combustibilului consumat.

Sistemul de climatizare

Asigura monitorizarea temperaturilor din interiorul si exteriorul troleibuzului si punerea in functiune, reglarea si supravegherea (automata, in functie de temperatura, pentru salonul pasagerilor si la comanda soferului pentru postul de conducere) a instalatiilor de aer conditionat, ventilatie si incalzire.

Sistemul de informare a pasagerilor

Realizeaza, prin intermediul afisoarelor vizibile din exteriorul respectiv din interiorul troleibuzului si prin mesaje sonore informarea pasagerilor privind traseul, ruta, statia urmatoare, etc.

Sistemul de validare a titlurilor de calatorie

Asigura validarea titlurilor de calatorie (actualmente doar a celor pe suport de hartie, in perspectiva si a celor pe suport card contactless).

Sistemul de supraveghere video

Asigura, prin intermediul a doua camere de luat vederi si a unui inregistrator video cu stocare pe hard-disc supravegherea video a salonului pasagerilor.

II. INSTALATIA SI ECHIPAMENTELE ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE

Generalitati

Instalatia electrica de inalta tensiune care echipeaza troleibuzul se compune dintr-un numar de aparate, blocuri electronice si agregate montate disparat in troleibuz (in special pe acoperis si in compartimentul din spatele troleibuzului) dar interconectate intre ele, avand urmatoarele functii principale:

- conectarea la reteaua de contact de inalta tensiune.

- generarea energiei necesare functionarii troleibuzului independent de linia de contact.

- realizarea regimurilor de mers si de franare.

- reglarea vitezei troleibuzului

- asigurarea energiei necesare functionarii serviciilor auxiliare ale troleibuzului (compresor de aer, pompa auxiliara de servodirectie, aer conditionat, incalzire, incarcare baterii de acumulatori).

- protectia circuitelor de inalta tensiune.

- supravegherea si testarea automata a starii rezistentei de izolatie a echipamentelor de inalta tensiune.

- supravegherea nivelului tensiunii in caroseria vehiculului, in scopul prevenirii aparitiei in caroserie de tensiuni periculoase care ar putea duce la electrocutarea pasagerilor.

Intregul echipament electric, inclusiv cablajul pentru 600V CC este prevazut cu 'dubla' izolatie. Circuitele de 400V CA sau 24V CC sunt izolate si separate de tensiunea retelei de contact.

Instalatia electrica de inalta tensiune este compusa din urmatoarele unitati functionale:

Sistemul de captare

Are rolul de a capta din reteaua de contact energia electrica necesara functionarii troleibuzului.

Sistemul de captare este realizat cu doua trolee cu coborare comandata actionata de cilindri pneumatici. Troleele pot fi coborate si ridicate prin comenzi date de la postul de conducere.

Tijele troleelor sunt realizate din Kevlar armat cu fibra de sticla. Troleele sunt comandate cu cilindri pneumatici, dar este posibila si operarea manuala folosind franghia.

In cazul detectarii parasirii firului de contact se asigura coborarea troleelor in conditii de siguranta, prin unitatea de control conectata la magistrala CAN.

Coborarea este suficient de rapida pentru a nu produce avarii in retea, inainte de coborare in pozitia de siguranta pe acoperis, miscarea troleelor este incetinita pentru a nu pune in pericol oamenii sau a nu provoca avarii echipamentului de pe acoperis.

Grupul generator diesel

Grupul generator diesel este destinat alimentarii autonome a troleibuzului cu energie electrica si este amplasat in compartimentul din spate al troleibuzului.

Este alcatuit din motorul diesel cu injectie directa Common Rail si cu turbosuflanta si un generator sincron cu magneti permanenti.

Puterea debitata de generator (maxim 100 kW) este reglata prin modificarea turatiei motorului diesel. Turatia motorului si prin aceasta si tensiunea generatorului sunt dependente de pozitia pedalei

de acceleratie (semnal transmis pe CAN).

Informatiile privind functionarea generatorului diesel in timpul exploatarii, pot fi citite   pe display-ul din panoul de distributie al generatorului diesel.

In panoul de distributie al grupului generatorul diesel se afla si unitatea electronica de comanda a grupului generator, legata prin magistrala CAN cu computerul de bord al tractiunii si serviciilor auxiliare. Aceasta unitate comanda la randul sau computerul motorului diesel si sistemul de reducere a emisiei de oxizi de azot Denoxtronic 2.

Circuitele de intrare

Au rolul de a selecta modalitatea de alimentare a troleibuzului cu energie electrica din reteaua de contact sau din generatorul diesel, de a asigura alimentarea cu energie electrica din retea, indiferent de polaritatea acesteia si de a asigura calea de intoarcere a energiei electrice recuperate la franarea electrica inapoi in retea.

Computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare

Are rolul de conducere centralizata a tractiunii si serviciilor auxiliare.

Este conectat prin magistrala CAN cu unitatile locale de comanda ale tractiunii si serviciilor auxiliare (transmitand acestora comenzi si primind informatii privind parametrii de functionare). Tot prin magistrala CAN este conectat cu computerele de bord ale sasiului si caroseriei, pentru a primi comenzi dinspre postul de conducere si informatii despre functionarea celorlalte sisteme ale troleibuzului si a trimite date privind functionarea tractiunii si serviciilor auxiliare.

Computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare are implementate si functii de diagnoza.

Schema bloc a instalatiei electrice de inalta tensiune

Motorul de tractiune

Asigura energia mecanica necesara deplasarii troleibuzului, pe care o transmite puntii motoare prin intermediul arborelui cardanic. Asigura de asemenea actionarea pompei principale a servodirectiei.

In regim de franare electrica trece in regim de generator, asigurand recuperare de energie.

Este un motor asincron trifazat cu rotorul in scurt-circuit, racit fortat cu aer. Include un traductor de turatie si un senzor de temperatura.

Dezvolta o putere maxima de 210 kW (286 CP).

Invertorul de tractiune

Este un convertizor static curent continuu - curent alternativ trifazat, realizat cu tranzistoare IGBT si destinat alimentarii motorului de tractiune. Se alimenteaza din tensiunea de 600 Vcc a retelei si furnizeaza motorului o tensiune de 3 X 0 - 420 Vca, la frecvente intre 0 si 150 Hz. Convertizorul este reversibil, asigurand transferul energiei generate de motorul de tractiune in regim de franare electrica spre reteaua de contact.

Unitatea de control a invertorului de tractiune

Controlul invertorului de tractiune este asigurat de o unitate de control, care include Unitatea Principala de Control a Tractiunii si Unitatea de Semnal Izolat. Unitatea Principala de Control a Tractiunii este utilizata pentru a controla parti ale echipamentului electric al troleibuzului, proceseaza semnalizarile privind starea echipamentelor individuale, proceseaza comenzile selectate de conducatorul troleibuzului. Include de asemenea circuite pentru procesarea semnalelor de la traductoare, senzori, circuite de reactie ale elementelor de putere, circuite de procesare si comunicatie. Conducerea Unitatii Principale de Control a Tractiunii este asigurata de doua microcontrolere Thomson ST10F269.

Unitatea de Semnal Izolat este utilizata pentru pentru a transforma semnalele de intrare in nivele compatibile cu cele ale Unitatii Principale de Control a Tractiunii si de a asigura izolarea galvanica fata de tensiunile periculoase.

Algoritmii de comanda si reglare ai actionarii (implementati prin soft) au fost proiectati tinand seama de urmatoarele cerinte de baza:

· Caracteristici dinamice bune in intreaga gama de reglare, mai ales in apropierea turatiei nule

· Prescrierea separata a momentului si a fluxului magnetic

· Functionare satisfacatoare in timpul unor modificari semnificative ale temperaturii rotorului

· Reactie optima la caderi de scurta durata ale tensiunii de alimentare

· Reglare satisfacatoare a momentului in timpul unei fluctuatii semnificative si / sau unor oscilatii ale tensiunii de alimentare

· Exploatare in statia de spalare - adica alimentarea cu tensiune redusa

· Exploatare in timpul prezentei ghetii pe firele de contact

Tinand seama de cerintele mentionate, se utilizeaza asa-numita comanda vectoriala.

Principiul acestei comenzi consta in comanda separata a componentei de magnetizare si de moment a curentului de motor. Aceasta modalitate de comanda prezinta caracteristici foarte bune in apropierea turatiei nule si simultan asigura functionarea optima a actionarii in timpul unor fenomene tranzitorii.

Invertorul de tractiune

Chopperul si rezistenta de franare reostatica

Chopperul de franare reostatica are rolul de a vehicula spre rezistenta de frinare reostatica (spre a fi disipata prin transformare in caldura) energia rezultata la franarea electrica, in conditiile in care aceasta nu poate fi recuperata (reteaua nu accepta energie sau troleibuzul functioneaza alimentat din propriul generator). Chopperul si rezistenta de franare reostatica sunt folosite si pentru a actiona macazele, prin absorbirea din retea a unui curent prestabilit. Rezistenta de franare reostatica

Chopperul de franare reostatica este comandat de catre unitatea de control a invertorului de tractiune.

Invertorul pentru servicii auxiliare

Este un convertizor static curent continuu - curent alternativ trifazat, realizat cu tranzistoare IGBT si destinat alimentarii motoarelor ce antreneaza compresorul de aer, pompa auxiliara a servodirectiei si motoventilatoarelor care asigura racirea fortata a motorului de tractiune si racirea echipamentelor de putere din containerul de pe acoperis. Se alimenteaza din tensiunea de 600 Vcc a retelei si furnizeaza tensiune de 3X 400 Vca, 50 Hz. Tensiunea de iesire este izolata si separata de tensiunea retelei.

Este comandat de catre o unitate locala de comanda, dependenta de computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare.

Compresorul de aer Pompa auxiliara a servodirectiei

Sursa statica pentru incarcarea bateriei de acumulatori

Este un convertizor static curent continuu - curent continuu, realizat cu tranzistoare IGBT si destinat incarcarii bateriei de acumulatori. Se alimenteaza din tensiunea de 600 Vcc a retelei si furnizeaza tensiune de 24 - 18 Vcc. Tensiunea de iesire este izolata si separata de tensiunea retelei.

Este comandata de catre o unitate locala de comanda, dependenta de computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare.

Chopperul de incalzire

Sistemul de incalzire este realizat cu un boiler electric izolat care incalzeste apa vehiculata prin aeroterme. Pentru incalzire se foloseste energie din retea, furnizata boilerului de chopperul de incalzire plasat in containerul de acoperis.

Chopperul de incalzire este comandat de catre o unitate locala de comanda, dependenta de computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare.

Boilerul de incalzire

Invertorul pentru climatizare

Este un convertizor static curent continuu - curent alternativ trifazat, realizat cu tranzistoare IGBT si destinat alimentarii motocompresorului instalatiei de aer conditionat. Se alimenteaza din tensiunea de 600 Vcc a retelei si furnizeaza tensiune de 3X 400 Vca, 50 Hz. Tensiunea de iesire este izolata si separata de tensiunea retelei.

Este comandat de catre o unitate locala de comanda, dependenta de computerul de bord pentru comanda tractiunii si serviciilor auxiliare. Invertorul pentru climatizare

Motocompresor aer conditionat