Kolej     |     Tramwaje     |     Metro     |     Mapa sieci trakcyjnej     |     Symulator tramwaju NGT6

Autor     |     Strona     |     Kontakt     |     Fotorelacje     |     Książka Gości    


Kolej

Powrót

Silniki trakcyjne i układy chłodzenia silników

Są to maszyny elektryczne, przetwarzające energię elektryczną na mechaniczną w postaci momentu obrotowego. Podstawowymi elementami silników trakcyjnych są stojan i obracający się w nim wirnik. Stojan wykonany jest w formie wydrążonego walca i stanowi jednocześnie korpus silnika (jego obudowę) najczęściej jako odlew żeliwny lub staliwny. Wirnik jest częścią obrotową silnika, która obraca się wewnątrz stojana.
W pojazdach trakcyjnych stosuje się silniki trakcyjne zależnie od typu zastosowanego napędu. Rozróżnia się silniki trakcyjne prądu stałego - komutatorowe (tzw. szeregowe) oraz silniki na prąd przemienny - indukcyjne, najczęściej: klatkowe, asynchroniczne, trójfazowe.

a) Silniki trakcyjne szeregowe to silniki prądu stałego stosowane w starszego typu pojazdach. W silnikach tych uzwojenie wzbudzenia stojana i wirnika połączone są szeregowo (jedno za drugim) przez co przepływa przez nie taki sam prąd. W silnikach tego typu zasilane jest więc zarówno uzwojenie stojana w korpusie silnika ja również uzwojenie obracającego się wirnika. Wewnątrz stojana na jego obwodzie znajdują się bieguny główne i pomocnicze, na których nawinięte są uzwojenia. Część bieguna umieszczona najbliżej osi nazywa się nabiegunnikiem i jest szersza od reszty bieguna.

  Przykładowy silnik szeregowy

 
Przykładowy schemat silnika szeregowego



  Korpus silnika z uzwojeniami

  Wirnik silnika w korpusie


Z tego powodu na wirniku zastosowany jest komutator, czyli element przełączający, który umożliwia przepływ prądu elektrycznego do wirnika synchronicznie z obrotem wirnika, przełączając kierunek prądu w uzwojeniach wirnika wraz z jego obrotem. Komutator ma kształt walca, na którego obwodzie promieniście są ułożone i odizolowane od siebie sekcie miedziane połączone odpowiednio z uzwojeniami wirnika.

   
Wirnik silnika z komutatorem i komutator (opis na pow.)



Po powierzchni komutatora ślizgają się grafitowe (węglowe) szczotki, dociśnięte przez sprężyny. Rozwiązanie takie umożliwia przesyłanie energii elektrycznej na obracający się wirnik.

   
Szczotki grafitowe w szczotkotrzymaczach dociśnięte do komutatora



   
Szczotkotrzymacze ze szczotkami przed montażem wirnika



Zaletami silnika szeregowego są następujące cechy:
- pracujący silnik dostosowuje prędkość obrotową do aktualnego obciążenia - im większy prąd tym mniejsza prędkość obrotowa silnika i na odwrót,
- duży moment rozruchowy,
- stosunkowo prosty sterowanie rozruchem (rozruch oporowy lub chopperowy),

Wadami silnika szeregowego są następujące cechy:
- duża masa i gabaryty,
- hamowanie elektrodynamiczne wykorzystywane w niepełnym pełnym zakresie prędkości (przy małej prędkości hamowanie ED nie jest możliwe),
- wymaga prac przeglądowo-naprawczych - zastosowany komutator i szczotki wymagają bieżących przeglądów oraz wymian w związku z występującymi zużyciami na skutek tarcia oraz ewentualnych uszkodzeń wynikających ze zużycia ciernego i elektrycznego..
- wymaga pracy zawsze pod obciążeniem – zmniejszenie obciążenia powoduje wzrost prędkości, który może doprowadzić do rozbiegnięcia się silnika na skutek zwiększania jego prędkości obrotowej do nieskończoności w myśl zasady dostosowania prędkości obrotowej do aktualnego obciążenia - im mniejszy prąd tym większa prędkość obrotowa silnika.


b) Silniki trakcyjne indukcyjne to silniki prądu przemiennego stosowane w nowoczesnych pojazdach szynowych. W tym rozwiązaniu zasilany jest tylko uzwojenie stojana. Trójfazowy prąd przemienny w uzwojeniu stojana powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego (dla każdej fazy) w sposób taki, że pole wypadkowe jest polem wirującym. Pole to w wyniku indukcji magnetycznej (stąd nazwa silniki indukcyjne), powoduje powstanie siły elektromotorycznej w uzwojeniu wirnika. Wzajemne oddziaływanie pól stojana i wirnika wytwarza moment elektromagnetyczny, powodujący ruch obrotowy wirnika. Brak komutatora w silniku powoduje że jest on praktycznie bezobsługowy przez cały okres eksploatacji. W zakresie przeglądu wymagana jest praktycznie tylko kontrola i ewentualna wymiana łożysk wirnika oraz weryfikacja oporności uzwojeń (stanu izolacji).
Wirnik w omawianych silnikach obraca się z poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie stojana (prędkość obrotowa wirnika jest mniejsza od prędkości obrotowej strumienia magnetycznego stojana - stąd nazwa: asynchroniczne.

  Przykładowy silnik indukcyjny (asynchroniczny)


Zaletami silnika indukcyjnego są następujące cechy:
- mała masa i małe gabaryty w stosunku do mocy,
- praktycznie bezobsługowy proces eksploatacyjny,
- hamowanie elektrodynamiczne wykorzystywane w pełnym zakresie prędkości.

Wadą silnika indukcyjnego jest skomplikowane sterowanie rozruchem silnika, które wymaga zastosowania rozruchu częstotliwościowego (impulsowego).


Poniżej pokazane są dla porównania gabaryty silnika szeregowego i indukcyjnego w odniesieniu do ich mocy. Co ważne, zdjęcia wykonane są z analogicznej perspektywy w celu zobrazowania różnic gabarytów.

 
Porównanie gabarytów silnika szeregowego z indukcyjnym w odniesieniu do mocy
silnik szeregowy: 173 kW / silnik indukcyjny: 1400 kW



Silniki trakcyjne podczas pracy nagrzewają się na skutek przepływu prądu o dużych wartościach. Z tego powodu konieczne jest zapewnienie im chłodzenia w celu wyeliminowania możliwości przekroczenia temperatury, której wartość mogłaby doprowadzić do uszkodzenia silnika. W nowoczesnych pojazdach silniki trakcyjne są wykorzystywane nie tylko do rozpędzania pojazdu trakcyjnego, ale realizują również w hamowanie elektrodynamiczne. Z tego powodu są jeszcze bardziej narażone na utrzymujące się wysokie temperatury pracy, gdyż ich uzwojenia nagrzewają się zarówno podczas rozruchu jak i hamowania. W pojazdach, które nie mają hamulca elektrodynamicznego, silniki podczas hamowania nie pracują pod obciążeniem, więc temperatura ich uzwojeń spada.
W zakresie układów chłodzenia (tzw. przewietrzania) silników trakcyjnych rozróżnia się chłodzenie własne i wymuszone.

Silniki samoprzewietrzalne to takie silniki, na których wałach wirników zamontowane są wentylatory. Obracający się wirnik porusza łopatami wentylatora, które zasysają powietrze do wnętrza silnika przedmuchując uzwojenia.


Przykładowy schemat rozprowadzenia powietrza do chłodzenia silników


     
Czerpnie powietrza w nadwoziu pojazdu



   
Kanały powietrzne w nadwoziu


  Miech elastyczny na połączeniu kanału nadwozia z silnikiem w wózku


Zastosowanie miechów pomiędzy nadwoziem, a silnikami w wózkach zapewnia swobodną pracę wózków względem nadwozia zgodnie z dopuszczalnymi zakresami ruchów układu oparcia nadwozia.


Silniki z chłodzeniem wymuszonym wymagają zastosowania wentylatorów ssąco-tłoczących, które pobierają powietrze, a następnie kanałami doprowadzają i wdmuchują je do korpusu silnika, powodując chłodzenie uzwojeń. Stosowane są rozwiązania, gdy każdy silnik ma niezależny wentylator lub z jednego wentylatora chłodzonych jest kilka silników. Wentylatory silników napędzane są silnikami elektrycznymi. W nowoczesnych pojazdach do napędu wentylatorów stosuje się silniki asynchroniczne sterowane falownikiem.

   
Wentylatory silników na dachu (opis na pow.)



 
Wentylator silnika w nadwoziu lokomotywy



 
Wentylator silników w nadwoziu lokomotywy (opis na pow.)


 
Wentylator silników w nadwoziu lokomotywie zintegrowany z dwumaszynową przetwornicą pokładową (opis na pow.)



 
Czerpnia i wentylator silnika pod nadwoziem (opis na pow.)



   
Kanały powietrzne we wnętrzu i pod nadwoziem



   

   
Miechy do połączenia kanałów z silnikiem



 
Otwór wlotowy powietrza w korpusie silnika, do którego przymocowany jest miech



W związku z możliwością przegrzania uzwojeń silników w pojazdach trakcyjnych rozróżnia się:
- moc ciągłą - to moc silników trakcyjnych pojazdu trakcyjnego z jaką mogą one pracować nieprzerwanie bez zagrożenia uszkodzenia silników z powodu przegrzania uzwojeń.
- moc godzinną - to moc silników trakcyjnych pojazdu trakcyjnego z jaką mogą one w czasie nie dłuższym niż jedna godzina.
- moc chwilową - to moc silników trakcyjnych pojazdu trakcyjnego z jaką mogą one pracować wyłącznie przez krótką chwilę bez zagrożenia uszkodzenia silników z powodu przegrzania uzwojeń.


Na poniższej fotografii pokazany jest przykładowy ekran terminala diagnostycznego na pulpicie maszynisty ze wskazaniem temperatury silników trakcyjnych i wartości prądu jakie pobierają.


  Wskazanie temperatury silników na terminalu pulpitowym maszynisty





Do początku strony



Powrót





Autor     |     Strona     |     Kontakt     |     Książka Gości    

©2004-2021 TRANSPORT SZYNOWY
www.transportszynowy.pl