TEMA 1. SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA 1.1. Introducere In intreaga lume exista o mare varietate de sistem e de tractiune electrica care au fost… [601485]

TEMA 1. SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA

1.1. Introducere

In intreaga lume exista o mare varietate de sistem e de tractiune electrica care au fost
realizate in acord cu destinatia acestora (pentru t ransportul urban, suburban sau interurban), de zona
si de tehnologia disponibila la momentul respectiv.
In ultimii 20 de ani s-a inregistrat o extraordina ra dezvoltare in domeniul tractiunii electrice.
Aceasta a fost insotita si determinata de ritmul al ert de dezvoltare a electronicii de putere si a
microprocesoarelor, lucru care a dus la schimbari f undamentale in proiectarea, realizarea si
functionarea sistemelor de tractiune electrica. Dat orita rapiditatii cu care s-au facut aceste schimba ri,
se constata la momentul actual convietuirea unui nu mar mare de sisteme de tractiune de diferite
tipuri.
Astfel, se poate face o clasificare a acestora dup a tipul vehiculelor electrice, si anume:
sisteme de tractiune electrica cu vehicule electric e autonome(de tip locomotive diesel-electrice,
electromobile, etc) si sisteme de tractiune cu vehi cule electrice neautonome.

1.2. Sisteme de tractiune electrica cu VEM neautonome

In figura 1.1 se prezinta structura unui sistem de tractiune electrica cu VEM neautonome. In
schema de principiu se evidentiaza doua tipuri de i nstalatii:
• instalatii fixe:
• substatii de tractiune electrica, semnificand insta latii fixe pentru racordarea la sistemul
electroenergetic de inalta tensiune si adaptarea pa rametrilor energiei electrice la
necesitatile tractiunii electrice;
• fideri de alimentare, reprezentand linii electrice aeriene de lungime redusa, care servesc la
alimentarea cu energia electrica a liniei de contac t de la SSTE;
• linie de contact/sina de contact, retea electrica d e c.c. sau c.a. care asigura transportul
energiei electrice in lungul caii de circulatie si de la care VEM isi culege energia electrica
prin intermediul unei prize de curent alunecatoare;
• posturi de sectionare, definind instalatii fixe amp lasate aproximativ la jumatatea distantei
dintre doua SSTE adiacente cu scopul sectionarii sa u conectarii longitudinale si
transversale a LC din necesitati de exploatare, int retinere si protectie;
• posturi de subsectionare, definind instalatii fixe amplasate aproximativ la jumatatea
distantei dintre o SSTE si un PS care permit sectio narea sau conectarea longitudinala si
transversala a LC;
• posturi de legare in paralel, care reprezinta insta latii fixe cu rolul de a realiza, in cazul LC
duble, legarea suplimentara in paralel a ramurilor LC, intre SSTE si PS, cand in schema
generala a STE nu sunt prevazute PSS;
• cale de rulare/cale de zbor, constituie calea de ci rculatie a VEM;
• fideri de intoarcere, reprezentand cabluri sau lini i electrice aeriene de racord intre sina
metalica sau la ramura negativa a LC bifilare si ci rcuitul de forta al SSTE.
• instalatii mobile, reprezentate de vehiculul insusi .

Fig. 1.1. Schema generala de principiu a unui STE cu VEM nea utonome.

1.2.1. Alimentarea sistemelor de tractiune electric a

Alimentarea VEM presupune prezenta de-a lungul cai i de rulare a unei surse de alimentare,
sigura, economica si usor de accesat. In sistemele actuale se utilizeaza atat alimentarea in c.c., cat si
alimentarea in c.a., la diferite tensiuni si frecve nte, prima fiind mult timp considerata adecvata
tractiunii electrice, ce-a de a doua, mult mai fiab ila pentru distante mari si mai ieftina, introdusa
recent. Alimentarea in c.c. este varianta preferata in tractiunea electrica urbana, unde tensiunile
necesare sunt mai reduse, dar exista insa si sistem e de tractiune electrica feroviara care utilizeaza
curentul continuu, la 1.5 kV sau 3 kV. Dezavantajel e alimentarii in c.c. se refera la distanta redusa
intre substatii (pentru a evita pierderile de puter e) si la prezenta perturbatiilor electromagnetice d e
tipul electrocoroziunii datorat curentului de retur . Alimentarea in c.a. este varianta ideala pentru
tractiunea electrica feroviara, transportul si dist ributia in c.a. fiind mult mai usor de realizat in c.c.
decat in c.c.
Transportul energiei de-a lungul caii de rulare s e poate face prin intermediul unei retele
aeriene(mono- sau bi-filara) sau printr-o a treia s ina, situata usor deasupra solului. Sistemele de c. a.
folosesc intotdeauna retele aeriene ( linie de cont act monofilara) in timp ce sistemele de c.c. pot
utiliza atat retele aeriene (LC mono- sau bi-filara ) cat si cea de a treia sina (sina de contact). Amb ele
sisteme de alimentare necesita un colector atasat v ehiculului pentru captarea energiei.
In figura 1.2 se prezinta amplasarea sinei de cont act in raport cu planul sinelor de cale.
Captatorul de curent in acest caz este o patina. Ac easta poate aluneca deasupra sinei (figura 1.3 a),
pe partea laterala (figura 1.3 c) sau pe partea inf erioara a acesteia (figura 1.3 d). Prima varianta e ste
cea mai simpla, dar are o serie de dezavantaje lega te de depunerea apei sau a zapezii care pot pune o
serie de probleme. Pentru reducerea efectelor negat ive se procedeaza la realizarea unui “acoperis” CR LC LC LC
FI FA FA
SSTE
PSS
PLP

SSTE
PSS
PLP

PS

VEM

pentru sina de contact (figura 1.3 b). Contactul la teral nu este cu mult mai bun, dar expunerea sinei
de contact este mai redusa. Cel mai bun contact est e cel inferior la care partea sinei de contact pe
care aluneca patina este protejata.

Fig. 1.2 . Amplasarea sinei de contact.

Fig. 1.3. Modul de culegere a curentului (a, b, c, d).

In figura 1.4 se prezinta un sistem de alimentare de la LC, specific tractiunii electrice
feroviare. Figura evidentiaza principalele elemente ale acestuia.

Fig. 1.4. Sistem de alimentare prin LC, de tip feroviar.

Linia de contact necesita o structura si o sustine re care sa suporte mii de amperi, sa asigure
protectia la actiunea mediului si sa nu permita osc ilatii de amplitudine mare fata de pozitia initiala .
Tinand cont de aceste cerinte, sectiunea transversa la a firului de contact are o forma adaptata la
fixarea usoara in cleme si este executata din cupru electrolitic, otel-cupru, otel-aluminiu, cadmiu-
cupru, etc. In vederea realizarii unui captaj cat m ai bun al curentului electric de la LC se impune
pastrarea paralelismului dintre LC si calea de circ ulatie in plan vertical si elasticitate mecanica
redusa si cat mai uniforma pe intreaga deschidere a LC.

1.2.2. Sisteme de propulsie utilizate in tractiunea electrica

Caracteristica mecanica elastica cu autoreglare de turatie, cupluri mari la pornire si franare,
posibilitatea reglarii in limite largi a turatiei, etc au determinat inca de la inceput utilizarea
motoarele de c.c. cu excitatie serie la propulsia V EM. Odata cu dezvoltarea electronicii de putere si
a tehnicilor de comanda si control s-a putut trece la introducerea masinii asincrone in echipamentul

VEM, masina mult mai fiabila, mai usor de intretinu t, de gabarit mai redus la aceeasi putere. Pe
langa aceste doua tipuri de masini de tractiune la propulsia VEM se utilizeaza si masini asincrone
liniare, masini cu reluctanta variabila, perna magn etica, etc. Vom prezenta in continuare cateva
variante de sisteme de propulsie aflate in exploata re in intreaga lume.
• VEM alimentate de la LC de c.c. :
• echipate cu motor de tractiune de c.c. serie si ali mentat de la LC prin reostat de
pornire/franare (RPF) sau prin variator static de tensiune continua(VTC) (figura 1.5 a si
b); din aceasta categorie fac parte vehiculele de t ransport urban ( tramvaie, trolee,
metrouri), locomotive electrice clasice pentru cai ferate electrificate in c.c., locomotive
electrice de mina traditionale;
• echipate cu motor asincron trifazat de tractiune de tip rotativ sau liniar alimentat de la LC
prin convertor static de frecventa, avand in struct ura sa invertor de tensiune sau invertor de
curent (figura 1.5 c si d); astfel de VEM neautonom e sunt ramele de metrou urbane sau
suburbane din noua generatie;

a b c d

Fig. 1.5. VEM alimentate de la LC de c.c.

• VEM alimentate de la LC de c.a. monofazat de frecve nta joasa sau industriala:
• echipate cu motor de tractiune de tip serie monofaz at cu colector si alimentat de la LC de
c.c. monofazat de frecventa joasa prin transformato r de tractiune reglabil (figura 1.6 a); in
aceasta categorie intra locomotivele su ramele elec trice feroviare din germania, Elvetia,
SUA;
• echipate cu motor de tractiune de c.c. serie si ali mentat de la LC de c.c. monofazat de
frecventa industriala, prin transformator de tracti une reglabil si redresor cu diode sau prin
transformator de tractiune si redresor cu tiristoar e (figura 1.6 b si c); astfel de VEM
neautonome sunt, de exemplu, locomotivele electrice de tip mono-continuu.
• echipate cu motor de tractiune trifazat de tip asin cron rotativ, liniar sau sincron liniar si
alimentate de la LC de c.a. mono- sau trifazat prin transformator de tractiune si convertor
static de frecventa (figura 1.6 d si e); in aceasta categorie se incadreaza, de exemplu,
locomotivele si ramele electrice neconventionale, V EM pe perna magnetica sau de aer.

VTC RPF (0.4…3)kV c.c.
M M =
=
M
3~ CSF =
3~ CSF =
MAL 3~

a b c d e

Fig. 1.6. VEM alimentate de la LC de c.a.

1.3. Sisteme de tractiune electrica cu VEM autonome

In cazul STE cu VEM autonome sursa de energie elec trica este plasata chiar pe VEM, astfel
ca in structura generala a acestor STE nu mai sunt necesare instalatiile fixe de electroalimentare.
prin urmare se poate considera ca, in acest caz, ST E se rezuma doar la instalatiile mobile de
tractiune electrica (adica, VEM autonome) si la cal ea de rulare. In aceasta acceptiune, principalele
STE cu VEM autonome sunt: locomotivele diesel-elect rice si locomotivele electrice de mina cu
acumulatoare, avand CR ghidata de tip feroviar, res pectiv electromobilele, avand CR neghidata
(carosabil).

Elementele principalele ale circuitului de forta al unui VEM autonom sunt:
• sursa de energie electrica (SEE), reprezentand grup motor diesel (MD) – generator electric (de
c.c. sau sincron trifazat), in cazul locomotivelor diesel-electrice, respectiv baterie de
acumulatoare, pila de combustie, etc., in cazul ele ctromobilelor si al locomotivelor electrice
miniere autonome;
• motorul electric (rotativ) de tractiune electrica ( MET), putand fi motor de c.c. cu excitatie serie
sau separata, motor asincron trifazat, motor sincro n cu magneti permanenti, etc.;
• convertorul static (CS), interpus in circuitul de f orta al VEM autonom ca dispozitiv electronic de
adaptare intre SEE si MET si reprezentand un VTC, R D sau RT, in cazul MET de c.c., respectiv
un IT sau CSF, in cazul MET de c.a.

TT TTR TTR
RT ≤ 25kV c.a., 50(16 2/3, 25, 60)Hz
M M RD
~
=
M
3~ = ~
MAL CSF ~
=
=
3~
M
3~ TT
CSF ~
=
=
3~ TT

Fig. 1.7. Schema de principiu a circuitului electric de fort a la tipurile operationale de VEM autonome. SEE
CSF RD SEE
G M
SEE
GS ~
= M
RT SEE
GS ~
= M
SEE
GS 3~
= =
3~ M
3~ =
= M
SEE IT
=
~ M
3~
SEE IT
=
~ MS
3~