O MSORGEN FOR PERSONER MED UTVIKLINGSHEMNING

Esta evolução tornou estes tipos de equipamentos muito mais compactos, robustos e mais leves, por um lado, e por outro dotou-os de rendimentos acima dos 95%, garantindo por este meio uma assinalável eficiência energética.

É neste sentido que este capítulo se desenvolve. A abordagem a este tema leva necessariamente à indicação das tendências, quer ao nível das viaturas quer às tecnologias que se poderão implementar nas subestações de retificação. Um outro ponto importante será também perceber o que se está a implementar pelo mundo e em particular na Europa. Quais as opções que ao nível do transporte urbano de passageiros estão aser seguidas, quer em cidades com redes troleicarro já implementadas, quer noutras onde nunca tiveram este tipo de mobilidade como opção e que agora a estão a adotar.

2.2. Os Troleicarros Modernos

Não sendo este o tema central e objeto desta dissertação, pretende-se nesta seção, dar uma ideia da evolução que estas viaturas e mais concretamente os seus constituintes mais importantes, evoluíram até aos nossos dias, incluindo a identificação de algumas evoluções, sempre com o objetivo de dotar estas viaturas de uma melhor eficiência energética.

O troleicarro define-se como um veículo tradicionalmente utilizado para o transporte coletivo de passageiros, em tudo semelhante a um autocarro convencional, mas dotado de tração elétrica, alimentado por meio de um par de condutores aéreos que conduzem até este, através de duas varas, a energia elétrica necessária para a sua deslocação. A tensão normal de alimentação da tração elétrica destas viaturas situa-se entre 600 a 750 Vdc. [5]

Transformador Rede AC Retificador Barramento DC Rede de Tração Motor DC Viatura Troleicarro E Motor DC Vdc Esquema genérico de um Motor DC

Figura 2.1 – Esquema exemplificativo de uma rede de tração de troleicarros genérica com tração de motor de corrente contínua

REDE DE TRAÇÃO DE TROLEICARROS DA CIDADE DE COIMBRA MELHORIA DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA, PROPOSTAS E A SUA VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÓMICA

Apesar de este ser o seu modo de funcionamento normal é bastante comum encontrar um meio de locomoção alternativo nos troleicarros, ou por intermédio de um grupo térmico diesel ou então mais recentemente por meio de baterias, ou outros sistemas de armazenamento de energia, como é o caso de supercondensados. [14] [15] [16] [17] [18]

O sistema alternativo baseado num grupo térmico a diesel é acoplado a um alternador, que gera a corrente alternada quando se encontra em funcionamento, e retifica para corrente contínua, por meio de um conversor estático existente na viatura, sendo denominado por um sistema alternativo diesel-elétrico. No caso de existência de baterias ou outro sistema de armazenamento, este fornece diretamente a corrente contínua solicitada pelo sistema de tração.

Este modo alternativo permite a mobilidade do troleicarro em situações de emergência ou de manobras ou então em funcionamento normal, em zonas em que não é possível ou desejável a existência das linhas aéreas. Para além dessas situações é também utilizado em situações de ponta de serviço, onde por vezes pode existir a impossibilidade de este se “ligar” à rede de tração, garantindo assim a continuação da operação.

O princípio de funcionamento de um troleicarro moderno não é muito diferente do funcionamento de um troleicarro mais antigo, mas atualmente e face à tecnologia existente, estão implementados alguns melhoramentos sob o ponto de vista da eficiência energética, nomeadamente ao nível do tipo de motores instalados e consequentemente do sistema de controlo dos mesmos.

Este controlo foi evoluindo ao longo dos últimos quarenta anos, onde se destacam as vantagens e as desvantagens mais significativas de cada uma das etapas e evoluções, em particular ao nível dos sistemas de controlo e que de uma forma simplificada se passam seguidamente a identificar; [19]

• Até ao final dos anos 70 do século passado:

O controlo do motor de tração era efetuado por “reóstato”, conforme se pode visualizar na figura (2.2).

Vantagens: Simplicidade e robustez na implementação e operação; Sistema de regulação simples.

Desvantagens: Necessidade de manutenção elevada; Elevado consumo energético;

Impossibilidade de efetuar a travagem regenerativa; Existência de solavancos no “pára-arranca” da marcha.

2.4

Figura 2.2 – Pormenor de controlo por “reóstato” em linha em

http://www.trolleymotion.ch/fileadmin/user_upload/documents/uitp/Vytous_Cegelec.pdf, em 16.09.2013

• Após os anos 70 e até meados dos anos 90 do século passado:

Controlo efetuado por conversor DC-DC, em que a regulação da tensão do motor de tração de corrente contínua é efetuada através de eletrónica de potência, conforme se apresenta na figura (2.3).

Vantagens: Elevada eficiência energética durante a operação;

Pouca manutenção, principalmente ao nível do conversor; Possibilidade de travagem regenerativa (com operação do conversor DC-DC em quatro quadrantes);

Operação suave de pára-arranca da viatura;

Desvantagens: Manutenção dos motores DC e contactores

Motor DC de “construção aberta”, aumentado o risco de possibilidade de deterioração das condições de isolamento do equipamento, por manutenção deficiente e alteração das características do motor;

Neste ponto acresce ainda indicar a relativa facilidade de conversão de troleicarros equipados com conversores DC-DC de dois quadrantes em conversores DC-DC de quatro quadrantes. Esta conversão melhora significativamente a redução do consumo de energia elétrica, através da regeneração de energia podendo esta ser injetada na rede de tração. [17]

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Figura 2.3 – Pormenor de controlo por “conversores DC-DC” em linha em

http://www.trolleymotion.ch/fileadmin/user_upload/documents/uitp/Vytous_Cegelec.pdf, em 16.09.2013

• Desde meados dos anos 90 do século passado até aos nossos dias:

Controlo efetuado por inversores de tensão, de quatro quadrantes, utilizando IGBT’s, controlados por microprocessadores, em que a tensão DC da rede de tração é convertida na própria viatura num sistema AC trifásico, que alimenta os motores de corrente alternada (tipicamente de indução), sendo o controlo destes efetuado por variadores eletrónicos de velocidade.

Vantagens: Considerável poupança energética durante a operação; Elevada fiabilidade;

Travagem regenerativa;

Motores AC sem manutenção e de fácil substituição e possibilidade de travagem eletrodinâmica até 0,5km/h.

Operação suave de “pára-arranca” da viatura;

Desvantagens: Equipa de manutenção especializada, com custos mais elevados ao nível da formação;

É percetível a existência de duas fases na evolução dos troleicarros. A primeira, que vai sensivelmente até ao início dos anos 80 do século passado, em que o equipamento de tração baseia-se na implementação de um motor de corrente contínua, com os seus constituintes de

2.6

controlo. Posteriormente e até aos nossos dias o funcionamento é baseado na implementação de motores AC, também estes equipados com as suas estratégias e equipamentos de controlo. Esta evolução deve-se sobretudo ao domínio no controlo da variação eletrónica de velocidade para o acionamento dos motores AC. Este domínio, em associação à fácil implementação dos inversores de tensão e à sua alta fiabilidade, são um forte contributo para um menor custo de manutenção e também para uma menor perda de energia por efeito de joule, aumentando deste modo a eficiência dos troleicarros. Para além disto, importa ainda acrescentar que a minimização dos equipamentos eletrónicos constituintes dos sistemas de controlo favorece a utilização crescente deste tipo de equipamentos. [17]

Um fato comum e que se salienta é a utilização de apenas um equipamento de tração. Este é acoplado mecanicamente a uma caixa de velocidades instalado no chassis e ligado a um veio motor que atua mecanicamente no eixo motriz através de um diferencial mecânico, seja ele motor de corrente contínua ou motor de indução.

Contudo, hoje em dia há já uma tendência de algumas empresas construtoras implementarem motores de indução nos cubos das rodas, tal como nos mais desenvolvidos carros elétricos. A utilização crescente deste tipo de montagem mostra a preocupação em tornar o veículo ainda mais eficiente, pois evita a necessidade de haver qualquer sistema mecânico de desmultiplicação ou de diferencial mecânico para a transmissão do movimento às rodas motrizes, eliminando deste modo as perdas mecânicas associadas.

A função do diferencial é garantida e gerida pelos controladores de tração existentes em cada uma das rodas motrizes. [5]

Uma implementação deste tipo pode ser visualizada na figura (2.4).

a) b)

Figura 2.4 – a) Pormenor de motor elétrico de tração instalado num cubo de roda b) Imagem de rodas motorizadas de um troleicarro moderno, em linha em http://www.trolleymotion.ch/fileadmin/user_upload/documents/uitp/Grand_Irisbus.pdf em

16.09.2013

Esquematicamente pode-se ver na figura (2.5) o funcionamento dos diversos componentes elétricos e eletrónicos de um troleicarro com estas características implementadas.

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Figura 2.5 – Esquema de funcionamento dos diversos componentes eletromecânicos de um troleicarro moderno de 18m da Irisbus Iveco, controlado por “inversor de tensão”, em linha em

http://www.trolleymotion.ch/fileadmin/user_upload/documents/uitp/Grand_Irisbus.pdf em 16.09.2013 - (tratado pelo autor).