EN57 z silnikami asynchronicznymi

Czasami zrządzenie różnych czynników doprowadza do powstania legend. W motoryzacji indywidualnej za takowe są uznawane auta jak VW Garbus, Citroen 2CV, Mini czy nawet PF 126p. Co ciekawsze samochody te nigdy nie były najlepiej wykonane, miały kiepskie osiągi, duże spalanie, a swoją legendę zawdzięczają przypadkowi. W świecie kolejowym za podobne można uznać elektryczne zespoły trakcyjne EN57, które nigdy nie były najlepiej wykonane, miały kiepskie osiągi, były często krytykowane, a jednak mimo tego ich produkcja trwała przez przeszło 30 lat. Ruszyła ona w 1961 roku i trwała do 1992 roku, kiedy na 1429 egzemplarzu zaprzestano wytwarzania składów EN57. W międzyczasie powstała również seria EN71, natomiast po zakończeniu produkcji EN57 ruszyła seryjna produkcja składów ED72 zakończona prototypowym pojazdem ED73. Z racji olbrzymiej ilości wyprodukowanych składów nie ma się co dziwić, że po 16 latach od zakończenia produkcji pojazdy te nadal są powszechne w całej Polsce, wszędzie tam, gdzie tory kolejowe zostały zelektryfikowane. Tak powszechne występowanie pojazdów powoduje, że części zamienne do tych składów są powszechnie dostępne, tanie, podobnie jest z wiedzą odnośnie naprawy tych pociągów. Jednak postępujący czas powoduje, że zastosowania techniczne stają się coraz bardziej przestarzałe, a produkcji niektórych komponentów (jak chociażby przetwornic dynamicznych) już nawet zaprzestano. W związku z tym składy EN57 należy zastąpić lub unowocześnić. Ponieważ na zastępstwo w szybkim terminie nie można liczyć, więc jedyną alternatywą jawi się modernizacja.

Oczywistym jest, że modernizacje mają za zadanie jak najmniejszym kosztem usunąć wady pierwowzoru. W związku z tym już od wielu lat poszukiwane są możliwości unowocześnienia składów typu EN57 oraz pochodnych. Pierwsze kroki w tej materii miały za cel poprawę właściwości biegowych oraz estetyki wnętrza, czego szczytowym osiągnięciem była modernizacja 75 składów EN57 w ramach programu SPOT. Jednak tamte modernizacje nadal nie wprowadzały usprawnień do najbardziej przestarzałego elementu pociągu, jakim jest rozruch oporowy, który jest przyczyną niskiej sprawności pojazdu oraz dużego zużycia energii elektrycznej. W związku z tym już od dłuższego czasu trwały prace nad opracowaniem nowoczesnych przekształtników trakcyjnych, które współpracowałyby z oryginalnymi silnikami na prąd stały. Efektem tego było zmodernizowanie 11 EZT w tym dwóch EW60 (aparatura Medcom), pięciu EN57 z aparaturą Medcom oraz czterech z aparaturą Instytutu Elektrotechniki. Modernizacje te dały pozytywne efekty w postaci drobnej poprawy właściwości trakcyjnych, poprawie spokojności biegu i przyspieszania czy zmniejszeniu ilości zużywanej energii. Jednak nadal największym problemem okazywały się silniki elektryczne na prąd stały, które oferowały zbyt małą moc, aby znacząco poprawić właściwości trakcyjne, pozwalające na ich zrównanie z nowymi pojazdami. Moc ta okazuje się potrzebna zwłaszcza na zmodernizowanych liniach, gdzie zwiększenie prędkości spowodowało zmniejszenie przepustowości w przypadku wolnej jazdy pociągów.

Rozwiązaniem tego problemu miały się okazać nowe silniki asynchroniczne oraz nowe przekształtniki trakcyjne o których informowaliśmy szerzej tutaj. Pierwsze modernizacje tego typu zamówiły Koleje Mazowieckie, które za łączną kwotę 50 milionów złotych przekazały do przebudowy 10 składów. Przy cenie jednostkowej wynoszącej 5 milionów złotych może ona być atrakcyjną ofertą w stosunku do zakupu nowych pojazdów, których cena jednostkowa wynosi obecnie od 18 do 24 milionów złotych. Pierwsza jazda prezentacyjna dwóch pierwszych zmodernizowanych dla KM składów odbyła się w dniu 3 września 2009 roku w Warszawskim Węźle Kolejowych. Składy z ponownie wprowadzającym zamieszanie oznaczeniem EN57AKM-1568 oraz EN57AKM-1572 odbyły jazdę pokazową na odcinku W-wa Wschodnia –Sulejówek Miłosna –W-wa Śródmieście prezentując możliwości jazdy w trakcji ukrotnionej, pokazując możliwości techniczne zastosowanego w pojazdach systemu napędowego i sterowania. Modernizacja została zrealizowana w ramach współpracy ZNTK Mińsk Mazowiecki, Newag, Medcom oraz Emit Żychlin. Z zewnątrz pojazdy nie zdradzają zaawansowanych rozwiązań technicznych jakie w nich zastosowano. Z przodu mamy już niemal standardową wypraskę zastępującą klasyczny przód jednostki, dotychczasowe opuszczane w dół okna zostały zastąpione przez uchylane, wymieniono również drzwi wejściowe, choć tak naprawdę jedynie znawcy tematu zauważą tą zmianę. Jedyny element odróżniający nowe pojazdy od poprzednich modernizacji to wzmiankowany już wcześniej system oznaczeń oraz zabudowa oporników hamowania na dachu członu środkowego.

Dopiero po wejściu do środka pasażer może odnieść wrażenie, że przekroczył barierę czasu, bowiem dotychczasowe wnętrze z podziałem na przedsionki wejściowe i przedziały z miejscami siedzącymi zostało zastąpione poprzez otwarty wagon bezprzedziałowy, gdzie wzorem współczesnych konstrukcji przedsionki wejściowe oddzielono szklanymi ściankami bez drzwi, ewentualnie pozostawiono tradycyjne ścianki ale z wycięciami i również bez drzwi. Zastosowanie bezprzedziałowego wnętrza było możliwe dzięki zastosowaniu nowych drzwi, które choć przypominają stare to stanowią nową konstrukcję i zapewniają odpowiednią szczelność. Estetykę wnętrza poprawiają również nowe panele ścienne oraz sufitowe jak również nowe siedzenia wykonane w barwach przewoźnika. We wnętrzu pojawiły się nowoczesne kabiny WC w obiegu zamkniętym, natomiast przejścia międzywagonowe wyposażono w nowe przeszklone drzwi z pneumatycznym otwieraniem aktywowanym guzikiem i automatycznym zamykaniem. Zwłoka, z jaką zamykają się drzwi może być powodem ochładzania się wnętrza pociągu w zimie. Jednak najważniejsze zmiany zaszły w samym układzie napędowym. Jak już wcześniej zostało wspomniane po zaprzestaniu wytwarzania zawodnych, generujących duży hałas oraz kosztownych w obsłudze przetwornic dynamicznych wszystkie obecnie modernizowane pojazdy otrzymują przetwornice statyczne, które znacznie poprawiają sprawność pojazdu oraz zmniejszają drastycznie poziom emitowanego hałasu. Jednak z racji kosztów jak dotąd nie modernizowano układu trakcyjnego, za wyjątkiem wspomnianych wcześniej 11 EZT.

Mimo tego ciągle trwały prace nad zaoferowaniem najnowocześniejszej techniki za rozsądną cenę. Bazowymi elementami nowej oferty były dwa komponenty. Pierwszy to nowoczesny silnik na prąd przemienny, a drugi to pasujące do nich falowniki. Ponieważ przez lata modernizacji składów EN57 w Polsce udało się osiągnąć najbardziej optymalny sposób modernizacji wózków (najbardziej kosztownych elementów mechanicznych pociągu), więc zasadnym było aby nowe silniki można było zamontować w obecne mocowania bez konieczności wprowadzania zmian. Efektem tego było podjęcie się przez Emit Żychlin opracowania i przebudowy komutatorowego silnika na prąd stały na nowoczesny asynchroniczny (bezkomutatorowy) silnik prądu przemiennego. Prace nad przebudową silników LK-450 zostały zwieńczone sukcesem, a powstały w ich ramach silnik otrzymał oznaczenie STDa315 X6EN. Do jego budowy wykorzystywany jest stojan, który po przezwojeniu oraz montażu nowego wirnika pozwala stworzyć silnik o mocy ciągłej 250 kW oraz godzinnej 300 kW, podczas gdy wyjściowy silnik oferował zaledwie 152 kW mocy ciągłej lub 185 kW godzinnej. Dzięki przebudowie osiąga się prawie dwukrotny wzrost mocy. Elementem współpracującym z nowym silnikiem są przekształtniki trakcyjne opracowane w technologii IGBT, które zostały opracowane przez Medcom i zabudowane pod podłogą wagonu środkowego, natomiast na jego dachu zabudowano opory hamowania elektrodynamicznego. Medcom opracował również mikroprocesorowy system sterowania, który wykorzystuje cyfrową transmisję danych. Niestety z racji cech konstrukcyjnych jakie posiadają wózki w EN57 mocniejsze silniki nie przekładają się znacząco na zwiększenie prędkości maksymalnej, która rośnie ze 110 km/h do 120 km/h, choć z drugiej strony wartości przyspieszenia znacznie wzrosły przy jednoczesnym zmniejszeniu konsumpcji energii elektrycznej o 40% w stosunku do bazowych składów EN57.

Porównanie podstawowych danych technicznych

 

Przeprowadzona modernizacja usunęła w zasadzie większość wad i od współcześnie budowanych pojazdów EN57AKM odstaje jedynie pod względem braku niskiej podłogi. Jednak wszystkie pozostałe rozwiązania zostały doprowadzone do współczesnych standardów technicznych związanych z budową pojazdów trakcyjnych. Trafność rozwiązań będą za niedługo mogli ocenić pasażerowie pociągów Kolei Mazowieckich, gdzie w najbliższym czasie przewoźnik ma mieć do dyspozycji 10 składów. Podobną modernizację, tylko składu czterowagonowego EN71 zamówiło również SKM w Trójmieście. Przebudowę za 6,991 milionów złotych wykona Newag.