Raylı Ulaşım Araçları için Güç Dirençleri

Gerilim regülasyonu amacıyla enerji tüketmek, bir demiryolu aracının cekiş sisteminde dirençleri kullanmanın ana sebebidir. Mekanik aşınma olmaksızın frenleme imkanı veya güç elektroniği dönüştürücü anahtarlarının zararlı aşırı gerilimlerden önlenmesi gibi alanlarda güç dirençleri, raylı araçlarda geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Demiryollarına özgü fiziksel koşullar; raylı ulaşımda kullanılan güç dirençlerini endüstride kullanılan geleneksel dirençlerden daha, sağlam ve güvenilir olmasını gerektirmektedir. EN 60322, demiryolu dinamik fren dirençleri için ana standart olup, demiryolu çalışma koşullarına özgü teknik tasarım ve test zorluklarını tanımlamaktadır. Titreşim, yalıtım vb. ile ilgili başka standartlar da EN 60322'de belirtilen demiryolu koşullarıyla ilgili gereksinimlere atıf yapmaktadır.

Raylı araç tipi, raylı araçlarda kullanılan güç dirençlerinin tasarım ve test noktasında ana belirleyici faktördür. Güç dirençlerinin araca bağımlı olmasının başlıca nedeni, raylı araçların tahrik gücü, toplam yolcu sayısı ve operasyonel hız limitleri açısından özelleştirilmiş bir araç konseptinde tasarlanmasıdır. Bu nedenle, her araç tipinin direnç gereksinimleri genellikle birbirinden farklı olabilmektedir.

Modern raylı araçların çoğu, frenleme enerjisini katenere geri besleme yeteneğine sahip güç elektroniği ekipmanları ile donatılmıştır. Metro ve tramvay gibi toplu taşıma ağlarında; katener güç kaynakları, rejeneratif enerjiyi kesme ve tek kadranlı çalışma yeteneğine sahip diyot tabanlı güç elektroniği devre yapısı nedeniyle şebekeye aktarma yeteneğine sahip değildir. Güç dirençleri ile raylı araçların frenlemesi, metro ve tramvay gibi hafif hizmet demiryolu taşımacılığında kullanılan araçlar için güvenli bir yol olarak kabul edilmektedir.

Toplu taşıma demiryolu ağlarının aksine; şehirlerarası yolcu taşımacılığı veya ağır yük lojistiği gibi ana hat demiryolu ağları genellikle şebekeden trenlere enerji akışı sağlama yeteneğine sahip olan katenarlara sahiptir. Ana hat demiryolu araçları ile ilgili olarak; güç dirençleri esas olarak dizel-elektrikli lokomotiflerde kullanılmaktadır. Ayrıca çift yönlü enerji akış yeteneğine sahip olmayan elektrikli lokomotifler, rejeneratif frenlemeyi kullanmak için güç dirençleri kullanmaktadır.

Demiryolu Direnç Uygulamaları İçin Standartlar

• IEC 60322: 2001 Demiryolu uygulamaları - Raylı ulaşım araçları için elektriksel ekipman - Açık konstrüksiyonlu güç dirençleri için kurallar.
• IEC 61373: 2010 Demiryolu uygulamaları - Raylı ulaşım aracı ekipmanları - Şok ve titreşim testleri.
• EN 50124-1: 2001 Demiryolu uygulamaları. Yalıtım koordinasyonu. Temel gereksinimler. Tüm elektrikli ve elektronik cihazlar için açıklık ve krepaj mesafeleri.

Raylı Toplu Taşıma Araçları için Dinamik Frenleme Dirençleri

Toplu taşıma ağlarında kullanılan raylı araçlar, istasyonlar arasındaki hızlanma / yavaşlama aşamalarını içeren sürüş döngülerinde çalıştırılmaktadır. Tahrik enerjisi akışı katenerden çekiş motorlarına ve daha sonra çekiş motorlarından dönüştürücü tarafa geçmektedir. Enerji akışının yönü istasyonlar arasında periyodik olarak değişebilmektedir. Bir metro veya tramvay aracının hizmet ömründe; toplu taşıma demiryolu araçları binlerce, belki milyonlarca kez hızlanma ve yavaşlama aşamalarına sahiptir. Bu nedenle, mekanik frenlerin ömrünü uzatmak için yavaşlama fazı boyunca rejeneratif frenleme kullanılması çok önemlidir. Güç dirençleri, katener gerilimlerinin tüm koşullarında başarıyla uygulanacak rejeneratif frenlemenin temel bileşenleri arasındadır. Ayrıca dinamik frenleme direnci sürtünme frenlemesinden daha düşük aşınma ve yıpranmaya neden olmaktadır.

Toplu Taşımada Kullanılan Güç Dirençlerinin Özellikleri

• Ani sıcaklık artışı durumunda ihmal edilebilir direnç (omik) değeri değişimi
• Titreşimlere karşı son derece dayanıklı mekanik yapı
• Hızlanma / yavaşlama evreleri nedeniyle oluşan termal yüklenme çevrimlerine karşı uzun süre dayanım

Ağır Raylı Araçlarda Dinamik Frenleme Güç Dirençleri

Frenleme, ağır raylı araçlarda periyodik olarak değişen bir olay değildir. Hızlanma ve yavaşlama, demiryolunun eğimine oldukça bağlıdır. Yük lokomotifleri, limanlardan tepelere veya tepelerden limanlara kadar binlerce ton yük taşıyabilmektedir. Bu nedenle fren dirençleri, mekanik frenlerin hemen yıpranmaması için temel bileşenlerdir. Fren dirençleri uzun süreler için sürekli frenleme profiline sahip olmalıdır. Ağır raylı araçlarda kullanılan güç dirençleri yüksek sıcaklıklarda son derece sağlam mekanik dayanım göstermesi gerekmektedir. Ayrıca, dirençler ısınırken lokomotiflerin frenleme gücünü düşürmemek için, direnç değişiminin sıcaklık artışlarında minimum düzeyde tutulması çok önemlidir.

Ağır Raylı Araçlarda Kullanılan Güç Dirençlerinin Özellikleri

• Ani sıcaklık artışı durumunda ihmal edilebilir direnç(omik) değer değişimi
• Yüksek sıcaklıklarda sürekli çalışma
• Titreşimlere karşı son derece sağlam mekanik yapı

Crowbar Dirençler, Isıtıcılar

Crowbar dirençlerin kullanılmasının ana nedeni son derece zararlı aşırı gerilim durumlarına cer sisteminde yer alan güç elektroniği anahtarları korumaktır. İki tür crowbar tipi vardır.

1. Yumuşak Crowbar : DC katener geriliminin aşırı yükselmesi durumunda söz konusu DC gerilimi azaltmak için kullanılmaktadır. Yumuşak Crowbar direncinin bir IGBT üzerinden DC katener hattına bağlantısı sağlanmaktadır..

2. Sert Crowbar : Tüm güç elektroniği ekipmanlarını ve anahtarlarını aşırı gerilimlerden kaynaklanan büyük hasarlardan korumak için yüksek hızlı devre kesicinin açılmasını sağlamak için kullanılmaktadır. Sert crowbar dirençleri her zaman bir seri bağlı tristör ile DC katenar hattına bağlantısı sağlanmaktadır.

Crowbar dirençler çok kısa bir süre içinde yüksek enerjiyi harcamak için tasarlanmıştır. Crowbar dirençlerin elektriksel boyutlandırması esnasında; giriş dönüştürücü bileşenlerin dayanım seviyesine, HSCB değerine, DC bağlantı kapasitansı üzerinde depolanan enerji miktarı dikkate alınmalıdır.

Cer Dönüştürücülerinde Kullanılan Corwbar Dirençlerinin Özellikleri

• Çok kompakt mekanik yapı
• Ani sıcaklık değişimlerine karşı son derece güvenilir mekanik yapı
• Titreşimlere karşı son derece sağlam mekanik yapı
• Ani sıcaklık artışı durumunda ihmal edilebilir direnç (omik) değer değişimi

Vagon Isıtıcı Dirençler

Vagon ısıtma dirençleri, rejeneratif frenlemeyle birlikte veya sadece ısıtma amacıyla toplu taşıma araçlarında kullanılmaktadır. Vagon ısıtma dirençleri, çift koruma cihazları ve arıza algılayıcılar içerdiğinden sadece direnç olarak kullanılmamaktadır.

Isıtma Dirençlerinde Kullanılan Korumalar

• Isıtıcı elemanların aşırı ısınmaya karşı koruma
• Vagonların aşırı ısınmaya karşı koruma
• Fan arızalarına karşı koruma
• Sensör beslemelerinin güç kaynağı arızalarına karşı koruma
• Kontaktör arızasına karşı yedek devre kesici olarak kullanılabilme
• Isıtma dirençlerinin durum sinyallerinin (NA/NK) tren kontrol sistemine iletilmesi

Hilkar vagon ısıtma direnç çözümleri EN 60322 standardı kapsamında tasarlanmış ve üretilmiştir. Isıtma dirençleri içinde kullanılan alt bileşenler EN50155 Demiryolu standardına uygun olarak seçilmiştir.

Lokomotif Testleri Ve Yol Dirençleri

Hilkar dizel Elektrikli Lokomotiflerin test edilmesi için özel tasarım yük bankaları tasarlamakta ve üretmektedir. Dizel elektrikli lokomotiflerin çekiş sistemi, yüksek güçlü dizel motor, alternatör ve doğrultucu ünitelerinden oluşmaktadır. Test üniteleri genellikle dizel elektrik trenlerinin DC kısmına bağlanmaktadır. Bu, lokomotifleri devreye almadan önce hem dizel motoru, alternatörleri hem de doğrultucu ünitelerini test etmektir.

Hilkar talep edilen uygulamaya özgün olarak mekanik ve elektriksel tasarım noktasında esnek çözümler sunabilmektedir. Dizel elektrik çekiş sisteminden gelen hem sürekli nominal güç değerine hemde darbeli güç girişleri, test ünitelerinin iyi yapılandırılmış termal tasarımı ile mükemmel bir şekilde harcanması sağlanmaktadır.

Lokomotif test ünitelerinin özellikleri şunlardır:

• Özelleştirilebilir mekanik yapı ve ambalaj
• MW'lar mertebesinde ısı soğutma yeteneği
• Test birimlerinin kontrolü için müşteri odaklı çözümler
• Ani sıcaklık artışı durumunda ihmal edilebilir direnç (omik) değer değişimi

Yol direnç birimleri toplu taşıma katener besleme hatlarında kullanılmaktadır. Katener sarf malzemelerinin gerilim aralığı EN 50163 standardında tanımlanmıştır. Metro, tramvay araçlarının cer konvertörleri, bu standartta tanımlanan izin verilen maksimum katener gerilim değerine uygun olarak tasarlanmıştır.

750 Vdc veya 1500 Vdc katener besleme sistemlerinin güç kaynağı diyot tabanlı dönüştürücüler olduğundan, muhtemel DC yan gerilimleri kontrol edilememektedir. Bu nedenle, demiryolu araçlarını güvenli bir şekilde çalıştırmak için katener gerilimini sınırlayacak ekipmanlara ihtiyaç duyulmaktadır. Yol dirençleri, katener besleme geriliminin aşırı yükselmesi durumunda gerilim sınırlayıcı görevini sağlamaktadır.

Raylı Araçlar için Endüktif Bileşenler

Endüktif bileşenler hem yardımcı dönüştürücülerde hem de cer konvertörlerinde kullanılan güç elektroniği ekipmanları için kritik bileşenlerdir. Hareketli platformlarda AC ve DC tahrik sistemlerinde kullanılan endüktif elemanlar, titreşime ve güncel termal tasarım gereksinimlerini sağlayan sağlam mekanik yapıya ve kompakt boyuta sahip olmalıdır.

Hava Nüveli / Demir Nüveli Bobinler - Reaktörler

Katener besleme hattından gelebilecek harmonik bileşenlerini filtrelemek için hat bobinleri kullanılmaktadır. Hava nüveli reaktörleri için, endüktans kısa devre esnasında harmonikleri filtrelemek için sabit tutulmaktadır.

Sinüs filtresi endüktif bileşenleri; genellikle cer motorlarını düşük harmonikli sinüzoid besleme için kullanılan invertörler için özelleştirilmiş ürünlerdir.

Yardımcı dönüştürücüler için transformatörler

Yardımcı dönüştürücülerin çıkışında kullanılan transformatörler genellikle yardımcı yükleri ve kritik olmayan elektronik devrelerin güç kaynağı beslemek için kullanılmaktadır. Yardımcı dönüştürücüler birlikte kullanılacak transformatörler tam yükte kararlı bir şekilde çalışması için ısıl yönden geliştirilmiştir kompakt tasarım gerektirmektedir.

Standartlar

Titreşim testleri için EN 61373; demiryolu ile ilgili endüktif bileşenlerin genel standartları için IEC 60310.

Yangından Korunma Standardı (EN 45545)

Müşterilerimize daha iyi hizmet sunabilmek için raylı ulaşım sektörü için ürettiğimiz ürünlerimiz yangın ve dumandan koruma standardına (EN 45545) uygun olarak geliştirilmektedir. Hilkar, hem hava nüveli hem de demir nüveli reaktörler/transformatörlerde EN 45545'i sağlayan geniş bir endüktif ürün yelpazesine sahiptir.