As dori sa pun niste intrebari cam ciudate
Care sunt echipamentele minime necesare pentru transformarea unui tramvai din tractiune in c.c. in c.a.? Evident, in afara de motoare noi si de invertor...
Poate fi un V56 (Thomson, EP sau orice vechitura) transformat sa mearga in c.a.? Poate functiona astfel cu vechiul controller sau cu minime modificari aduse acestuia?
O transformare de acest tip pentru astfel de tramvaie ar fi eficienta din punct de vedere economic / energetic?

La un tramvai cu invertor, se poate face reglarea tensiunii pe motor direct din invertor, deci nu ar mai fi nevoie de controller. Desigur, dacă se ţine morţiş, se poate acţiona reostatic şi motorul de curent alternativ.

Ar fi o dovada de "exiguitate intelectuala" sa refolosesti controllerul vechi tip "manivela" la un tramvai cu actionare in CA fiindca principiul de functionare e complet diferit. La tramvaiele cu motoare in CC alimentate  cu contactori (relee de fapt), asa cum sunt V3A sau EP de exemplu, in circuitele de forta ale motoarelor de tractiune se inseriaza mai multe rezistente folosite la demaraj, respectiv la franare. Prin comanda gradata a releelor acestea inseriaza succesiv rezistorii (situati pe acoperis pentru o racire buna) in circuitul de alimentare, variind tensiunea motorului. La demaraj se scot pe rand din circuit rezistentele de demaraj, marindu-se astfel turatia motoarelor, implicit viteza tramvaiului. Odata scoase din circuit toate rezistentele, motoarele sunt alimentat direct de la retea, la tensiunea nominala a retelei, iar vagonul circula cu viteza maxima. Invers, la franare, motoarele de tractiune sunt folosite in regim de generator care produc curent pe rezistentele de franare. Franrea e mai eficienta cu cat se introduc in circuit mai multe rezistente.

Controller'ul "manivela" are rolul de a controla introducerea si scoaterea din circuit a acestor rezistente de demaraj si franare. Acest lucru se realizeaza printr-o axa cu came care actioneaza mecanic niste intrerupatoare care la randul lor inchid si deschid circuitele de rezistente la fiecare "treapta" de mers. (La Thomson si V56 sistemul este si mai primitiv, in sensul ca in loc de relee se foloseste un contactor central cu inrerupatoare in scara pe un ax. Pe masura ce axul este rotit, rezistorii  e pe acoperisul tramvaiului sunt inseriati unul dupa altul si motorul primeste curent in consecinta. Un dezavantaj este ca tramvaiul smuceste la pornire si franare, pentru ca alimentarea motoarelor nu este liniara, ceea ce poate duce la supra-tensiuni, incalzirea exagerata a motoarelor etc.)

La un tramvai in CA, alimentarea motoarelor se face complet diferit, prin intermediul unui convertor electronic de putere (cam impropriu spus "invertor") care transforma CC din reteaua de contact in CA aplicabil motorului. Acest convertor controleaza tractiunea si franarea prin variatia frecventei si amplitudinii curentului pe motor. La motoarele in CA asincrone (asa cum are vagonul 205), reglarea turatiei motoarelor ( care variaza invers proportional de numarul de perechi de poli) si implicit a vitezei, se face prin varierea frecventei, de la 5 - 10 Hz pana pe la 130 - 150 Hz. Aceasta reglare se face continuu (nu in "trepte" de mers, ca la tramvaiele clasice). Deci rezistentele de care vorbeam practic nu exista (decat cel mult un set "de urgenta", pentru cazurile In care reteaua nu poate absorbi curentul debitat la franarea recuperativa), asa ca nu se poate folosi un controller "clasic". Pentru "interfata" cu motoarele de tractiune e necesar un circuitul de control care preia comenzile de la mansa ("joystick'ul") tramvaiului si le prelucreaza corespunzator.

Acest sistem e foarte eficient din punct de vedere tehnico-economic fiindca duce la economii de energie (fiindca de la retea se absoarbe numai ceea ce e necesar, si nici nu mai e nevoie de rezistente suplimentare care sa preia "excesul"), iar la franare, cand motoarele de tractiune sunt folosite in regim de generator, invertoarele permit redresarea din CA in CC si reintroducerea in retea a curentului debitat care poate fi re-utilizat de alte tramvaie, prin franarea recuperativa. Alte avantaje deriva din faptul ca franarea electrica la tractiunea in CA este mult mai eficienta decat in CC, putand aduce tramvaiul foarte aproape de oprire direct din frana electrica, fara a mai fi necesara aplicarea unei frane combinate (electrica + pneumatica/solenoid etc.), ceea ce implicit duce la economii prin uzura redusa a bandajelor si prelungirea duratei de viata a acestora. Alte avantaje rezulta din constructia propriu- zisa a motorului trifazat, care e mult mai usor decat cel in CC, nu are perii colectoare si nici bobinaj, deci e foarte durabil, iar mentenanta lui este practic zero.

In plus de echipamentele de care ziceam mai sus, ar fi nevoie si de un bloc de diagnoza si control legat la un procesor central, pentru monitorizarea motoarelor si invertoarelor si inregistrarea parametrilor de functionare (viteza, distante de franare, sistem anti-patinaj etc.) si un bloc de diagnoza combinat cu un display de bord pentru interactiunea cu vatmanul (dar nu ceva de genul MCKV'ului fabricat la URAC si instalat pe primele CH-PPC, inutil de complicat pe care vedeai tot felul de informatii inutile, ca de exemplu contactele pe codurile placilor de pe chopper! - n-am inteles la ce ii foloseste vatmanului asa ceva. De diagnoza pe laptop nu a auzit URAC'ul?).

Problema mare este de cost - invertoarele costa mai mult decat motoarele de tractiune in sine -  si e cam absurd sa instalezi asemenea tehnologie pe caroserii si sasiuri vechi de zeci de ani si slabite de vreme (de aceea ziceam in alta parte ca in cazul tramvaielor Tatra de exemplu ar fi fost necesara o reconstructie completa, de la zero, chiar daca in acte e vorba de "modernizari", asa cum au facut cehii, nu doar un RK mai serios cu sisteme noi de actionare - vorbim la modul teoretic, fiindca e clar ca nu se va face nici una, nici alta). Dar o modernizare de acest gen a vagoanelor V3A pe masura ce intra la RK cred ca ar fi rentabila pe termen mediu, desi ar presupune o investitie initiala mare.

Excelentă expunerea făcută de Dominatrix. Aș adăuga doar că un pas înainte în strategia de control V/F a motoarelor asincrone în acționările electrice, față de ceea ce a descris Dominatrix (sistemele cu control scalar) îl reprezintă sistemele cu control vectorial (Vector Control / Field Oriented Control (F.O.C.)). Acestea au avantajul unei adaptări și mai bune față de cuplul rezistent, dar și partea de comandă e mai complexă (procesoare specializate pentru calculul în timp real a semnalelor de comandă), deci schemele sînt mult mai pretențioase (ca și modelele matematice din care derivă), de aceea sînt și mai puțin răspîndite.

Acum sigur că se poate imagina un "aranjament" prin care să se "emuleze" folosirea celebrei manivele de la tramvaiul Thomson pentru comanda unui motor modern (în loc de "manșă"). Sigur că nu va mai comuta niște simple rezistențe, ci poziția ei va fi preluată de niște traductoare de poziție și transmisă procesoarelor. Dar asta doar pentru a păstra aspectul original al postului de comandă.

Eu am prins, cînd eram mic, tramvaiele Thomson în circulație. Îmi plăcea să stau întotdeauna în spatele vatmanului, să văd cum conduce. Am și acum întipărită imaginea "manivelei" lîngă care scria "THOMSON-HOUSTON"...

Multumesc foarte mult pentru toate raspunsurile.
Ideea pe care o aveam era daca de exemplu RATB ar avea cu ce (fonduri si eventual ce s'ar mai putea recupera dintr'un tramvai vechi, daca e necesar) si si-ar crea o mini-flota de tramvaie clasice (sa nu le spun istorice) care sa functioneze de exemplu in weekend si de sarbatori si sa fie o atractie turistica si evident sa si genereze astfel niste venituri. In acest caz, ar fi mai eficient ca niste tramvaie altfel simple (chiar si construite ca noi, dupa modelul original Thomson sau V56) sa aiba tractiunea clasica sau in curent alternativ? Pentru unul sau doua vagoane istorice care ies din an in paste, evident nu se pune problema consumului de energie si eficientei sistemului de franare recuperativa, dar poate pentru vreo 20-30 tramvaie s'ar pune.

Evident ca tractiunea in curent alternativ ar fi mai eficienta si mai economica. Dupa parerea mea, singura problema in cazul teoretic de mai sus e ca tramvaiele "istorice" reconstruite in acest mod ar fi o struto-camila cu valoare istorica zero, fiindca doar aspectul (caroseria + salonul) ar fi clasic, toata partea electrica ar fi noua. Probabil ca poporul, mai ales daca nu a apucat vremurile "de glorie" a acestor tramvaie, nu va sesiza diferentele, dar valoarea unui vagon istoric nu sta numai in aspectul lui exterior. Totusi, la RATB, V09 si V56 restaurate, desi nu respecta intru totul realitatea istorica au iesit destul de bine. La fel si de exemplu vagonul EP 229 de la Timisoara care desi ca aspect nu seamana foarte bine cu EP original, la partea tehnica a fost restaurat la modul stiintific, inclusiv cu controller original de EP.

De asta am folosit termenul "clasic" in loc de "istoric". Exemplarele cu valoare istorica sunt altceva. Ideea era de a pastra o forma clasica in ceva care in interiorul sau (adica in partea nevazuta de utilizator) sa fie modern. Si de asta intrebasem si de restul echipamentelor necesare, mai ales partea de interactiune cu vatmanul, pentru ca ar fi ciudat ca pe langa un controller in forma clasica (indiferent ce are de fapt in interiorul nevazut al cutiei sale) sa rasara un display si niste butoane de Star Trek Macar daca ar fi facute ca in serialul original, cu capitanul Kirk, contemporan in mare parte cu epoca de glorie a tramvaielor V56.
Interesant este ca in perioada de glorie a acestor tramvaie, la Iasi s'au facut experimente, inclusiv cu un vagon asemanator cu vechile EP basculante ale ITB, care rula pe calea ferata (care pe unele portiuni la Iasi nu fusese electrificata), alimentat printr'un pantograf trifazat. Detalii despre asta exista in Monografie. Voi incerca sa o scanez cand voi avea timp.

Referitor la conversia in sine nu voi intra in detalii, expunerea facuta de Dominatrix este destul de buna. Ma deranjeaza insa confuzia care exista la actionarea reostatica si care apare si in unele mentiuni din reviste de specialitate. Pentru a fi corecti din punct de vedere al fizicii, actionarea reostatica NU este in sine un variator de tensiune electrica cat unul de curent, rezistentele puse in serie cu sarcina variaza doar curentul maxim ce strabate circuitul nu tensiunea electrica.

Exista insa o alta problema mare despre care nu se aminteste pe niciunde ce apare la trecerea actionare rezistiva -> actionare cu chopper sau invertor (si motoare de curent alternativ): regimul curentilor tranzitorii. Acesti curenti tranzitorii ce apar la cuplarea-decuplarea alimentarii motoarelor sunt cu mult mai semnificativi decat in cazul actionarii clasice intr-un mod care nu este evident la o analiza superficiala.


Actionare clasica:
treapta 1 controller (1)
...
pauza (se schimba pozitia manetei) (2)
...
treapta 2 controller (3).

Nota: Intre pozitia 1 si 2 apare asa-zisul efect de "rupere" (autoinductie) ce genereaza un soc electric in sistem, fenomen oarecum similar cu cel dintre 2 si 3. Puterea electrica absorbita poate fi mare dar efectul se produce pe termen scurt. Aceasta problema apare doar cand se trece de pe o treapta pe alta asadar durata totala a perturbatiei este foarte scurta (mai scurta de o secunda) chiar daca perturbatia este ceva mai mare.


Actionare cu chopper  (varierea duratei pulsului sau PWM prescurtarea  din limba Engleza):
treapta 1 controller (durata puls mica, frecventa mare de pana la sute de Hz)
....
treapta 32 controller (durata puls mare, frecventa mica de pana la cativa Hz sau ideal 0 Hz)

Nota: Intr-un mod intuitiv, regimul de pulsatie cu durata mica duce la socuri electrice mari in retea in conditiile in care motorul utilizeaza aproape curentul maxim. In realitate lucrurile stau mult mai rau si pe langa pulsatia necesara motorului si care se traduce prin variatii mari ale curentului absorbit de la retea avem si nonlinearitatea motorului (apropo periile motorului nu stiu cand apare si dispare pulsul curentului de alimentare) sau cea a chopper-ului. Perturbatiile pe retea pot fi foarte mari si de cele mai multe ori NU sunt compensate local sau in reteaua electrica.


Actionare cu invertor  (varierea duratei pulsului sau PWM prescurtarea  din limba Engleza):
treapta 1 controller (durata puls mica, frecventa mare de pana la sute de Hz)
....
treapta 32 controller (durata puls mare, frecventa mica de pana la cativa Hz sau ideal 0 Hz)

Nota: In acest caz, daca implementarea este bine facuta, dispare motorul clasic de curent continuu, apare unul de curent alternativ asincron sau sincron trifazat, fara periile clasice. Se imbunatateste simtitor eficienta si uniformitatea tractiunii. In schimb alt aspect suplimentar nu este luat in calcul: generatorul sinusoidei ce alimenteaza motorul nu este perfect, sinusoida fiind mai degraba formata din valori fixe si insuficient de numeroase pentru a descrie curba. Spre exemplu in loc ca tensiunea sa treaca uniform (cu un numar aproape infinit de valori crescatoare si descrescatoare din 0 in 0) ea trece in trepte: 0, 128, 255, 128, 0. Asta inseamna ca avem o alta frecventa de oscilatie si alte perturbatii induse in retea. Cealalta problema ramane cam la fel ca la chopper: nonlinearitate circuit electronic. Desigur, exista circuite care pot genera mai mult de 2 valori discrete (128 si 255) dar cu cat sunt generate mai multe valori pentru sinusoida cu atat scade eficienta pe ansamblu. O alta problema este ca fiecare valoare intermediara este generata brusc, ca si la chopper, deci perturbatiile produse in retea sunt foarte dese chiar daca nu la fel de mari ca cele instantanee de la actionarea reostatica la trecerea dintre trepte.


Pe hartie, aparent lucrurile stau mult mai bine in cazul 2 si 3, caci nu mai irosim energia neutilizata direct pentru tractiune in caldura in aceeasi masura. Totusi, efectul unor perturbatii rapide induse de sisteme de tractiune aflate in diferite regimuri de lucru nu se anuleaza reciproc de cele mai multe ori nici daca se recupereaza energia electrica la franare. Astfel, riscam ca poluand si mai mult reteaua electrica sa nu putem mentine tensiunea in mod corect (regulatoarele de tensiune nu pot reactiona la schimbari ultra-rapide) si sa distrugem in cazul extrem unele sisteme de putere pentru tractiune (chopper) sau echipamente electronice sensibile pentru ca tensiunea retelei nu mai este stabila. Problema este ca efectele acestea nu sunt vizibile imediat si par imposibile. In realitate defecte noi apar statistic mai des dar nimeni nu isi bate capul sa se intrebe de ce.