Silniki elektryczne w trakcji kolejowej

[Anrej]

Ja mam pytanie jakie silniki elektryczne stosuje się w trakcji kolejowej. Silniki szeregowe prądu stałego, czy silnki bocznikowe prądu stałego. Z tego co mi wiadomo w przypadku silników szeregowych nie można stosować bocznikowania uzwojeń stojana ani hamowania elektrodynamicznego z odzyskiem energii.

[kolejarz_25_]

Lokomotywy serii EU07, ET22, EP07 posiadają silniki trakcyjne prądu stałego typu EE-541b.
Jeśli chodzi o bocznikowanie to masz specjalne uzwojenie pozwalające na wykonanie bocznikowania, czyli zmniejszenia strumienia magnetycznego, a dokładnie mówiąc osłabienia wartości pola magnetycznego, dzięki czemu możesz zwiększać prędkość wirowania.
Regulację prędkości silników uzyskuje się przez połączenie uzwojenia stojana z opornikami rozruchowymi, połączenie silników w grupy i bocznikowanie.
Konstrukcja kadłuba silnika pozwala na zamontowanie silnika do osi "za nos".

[MichałŁ]

W większości lokomotyw spalinowych(z przekładnią elektryczną) i elektrycznych jest stosowany silnik szeregowy prądu stałego (często nawet jeśli lokomotywa jest na prąd przemienny), dlatego że taki silnik ma ważna zaletę jego moment obrotowy zmienia się wraz z prędkością czyli kiedy silnik zwalnia to zwiększa swoją siłę. w przypadku silnika bocznikowego moment niewiele się zmienia pod wpływem zmian prądu czyli pojazd z takimi silnikami jeździł by ze stałą szybkością Jeżeli by w ogóle ruszył bo moment rozruchowy nie jest dużo większy niż moment przy normalnej pracy. Bocznikowanie a dokładniej osłabianie pola jest możliwe i tu nie ma większych przeszkód. Wystarczą rezystory które włączone równolegle do uzwojeń stojana spowodują że przepływ prądu podzieli się na uzwojenia i rezystory, osłabi się pole magnetyczne a to spowoduje że zmniejszy się wartość napięcia o przeciwnym kierunku (w stosunku do napięcia zasilania) indukowanym w wirniku, czyli zwiększy się prąd a silnik swoje obroty lecz jego siła będzie mniejsza niż przy pełnym polu. teraz hamowanie odzyskowe też jest możliwe lecz już trudniejsze. Musimy odłączyć wirnik od stojana wirnik łączymy z siecią a stojan z układem który będzie sterował wzbudzaniem tak żeby utrzymać określone napięcie wirnika.

[Piotrek]

Konstrukcja kadłuba silnika pozwala na zamontowanie silnika do osi "za nos".

Akurat EE541b są mocowane systemem Alsthoma, a nie "za nos".

[youBy]

Silniki pracują jako szeregowe, natomiast przy hamowaniu mogą zostać jako prądnice szeregowe bądź rozpięte na obcowzbudne. W kwestii bocznikowania już się wypowiedziano wcześniej.

[kolejarz_25_]

Akurat EE541b są mocowane systemem Alsthoma, a nie "za nos".

Należało by się zastanowić nad zagadnieniem chwilkę dłużej gdyż, silnik jest mocowany jak najbardziej za nos bo nie ma możliwości. Cały układ napędowy jest realizowany systemem Alsthoma, a całły układ to nie tylko silnik ale też przekładnia, sprzęgło.

Jeśli się mylę to chętnie poznam udokumentowane potwierdzenie tezy:)

[EU07-483]

Należało by się zastanowić nad zagadnieniem chwilkę dłużej gdyż, silnik jest mocowany jak najbardziej za nos bo nie ma możliwości. Cały układ napędowy jest realizowany systemem Alsthoma, a całły układ to nie tylko silnik ale też przekładnia, sprzęgło.

Nie ma się nad czym zastanawiać. Silnik do ramy przymocowany jest rzeczywiście za pomocą tzw. "nosków", jednak nie jest to zawieszenie silnika 'za nos'. W przypadku silnika EU07 jest on całkowicie odsprężynowany, w przypadku metody 'za nos' po jednej stronie silnik jest przytwierdzony do ramy (zazwyczaj za pośrednictwem podkładek gumowych i innych elastycznych cudów) a po drogiej spoczywa na osi zestawe kołowego (tak zawieszony jest silnik np. w SM42 czy EN57).

[El Mecánico]

Jakich tam znowu cudów(;)), w gagarze między ramą wózka a nosem silnika jest dość pokaźny i masywny zestaw sprężyn. Podobnie w SM42, tyle, że ciut mniejszy i lżejszy. Co prawda silnik do osi jest przytwierdzony łożyskami ciernymi i na nią przenosi część swojej masy. Ideałem było by zawiesić silnik tak, żeby na oś bezpośrednio masy nie przenosił, zmniejszając tym samym jej bezwładność w odresorowaniu.

[Anrej]

Ja się pytałem czy są stosowane silniki szeregowe, czyli stojan i wirnik połączone są szeregowo. Czy są stosowane bocznikowe, czyli stojan i wirnik są połączone równolegle.
Otrzymałem odpowiedź, że stosowane są szeregowe.
Czyli przy połączeniu szeregowym.
I_f = I
Φ ~ I_f
Moment obrotowy:
M ~ Φ*I ~ I_f*I
Obroty:
n ~ U_w/Φ ~  U_w/I_f
Napięcie indukowane o przeciwnym znaku niż zasilania.
U_i ~  Φ*n ~ I_f*n

ΔU = U-U_i
I = ΔU/(R_s+R_w)
U_s = I*R_s
U_w = I*R_w

I_f - prąd wzbudzenia,  Φ – strumień magnetyczny, M – moment obrotowy, n – obroty,
U_s – napięcie stojana, U_w – napięcie wirnika, U_i – napięcie indukowane,
U – napięcie zasilania, I – przepływający prąd.

Uzwojenie wzbudzenia wykonane jest z grubego profilowanego drutu o małej liczbie zwojów. Rezystencja jego jest bardzo mała. Czyli można przyjąć, że stanowi zwarcie. Zgodnie z prawem Ohma spadek napięcia jest mały. Wartość przepływającego prądu zależy od uzwojenia wirnika.
Włączając równolegle do uzwojenia wzbudzenie opornik, zmniejszamy prąd wzbudzenia. Nie ma to jednak większego znaczenia na wartość przepływającego prądu w silniku.

[MichałŁ]

Ja myśle że bocznikowanie ma wpływ na wartość prądu w silniku to nawet z tych wzorów wynika. Jeżeli włączymy równolegle do stojana rezystor to prąd się podzieli na dwie gałęzie, spadnie prąd wzbudzania, zmniejszy się strumień magnetyczny a tym samym napięcie indukowane czyli zwiększy się prąd pobierany przez silnik.
Dodam jeszcze ze te całe napięcie indukowane w wirniku przeciwdziała napięciu (zasilania)wymuszającemu przepływ prądu przez silnik według wzoru:I=U-Ui/(Rs+Rw) podanego wyżej

[youBy]

Jedna uwaga. Mała rezystancja to NIE jest zwarcie. Rezystancja silnika z EU07 to ok. 0,15 oma. Tu taj właśnie decydują te ułamki.

[Anrej]

Ja myśle że bocznikowanie ma wpływ na wartość prądu w silniku to nawet z tych wzorów wynika. Jeżeli włączymy równolegle do stojana rezystor to prąd się podzieli na dwie gałęzie, spadnie prąd wzbudzania, zmniejszy się strumień magnetyczny a tym samym napięcie indukowane czyli zwiększy się prąd pobierany przez silnik.

Masz rację, ja miałem na myśli układ modelowy. Gdzie uzwojenie stojana i wirnika traktowane jest jako opór R.

Jedna uwaga. Mała rezystancja to NIE jest zwarcie. Rezystancja silnika z EU07 to ok. 0,15 oma. Tu taj właśnie decydują te ułamki.

Ja napisałem. Czyli można przyjąć, że stanowi zwarcie.
Ale jak już ropoczałeś, to rozważając.
Silnik zasilany jest napięciem 1,5kV i ma moc ciągłą 500kW.
Obliczając natężenie prądu I = 500 / 1,5 czyli I = 333A
Z prawa Ohma R = 1500 / 333 czyli R = 4,5Ω
Jeśli przez silnik będzie przepływał prąd o natężeniu 650A
Wtedy opór wyniesie R = 1500 / 650 czyli 2,3AΩ
Mam pytanie. Jaka jest wartość oporu poszczególnych uzwojeń mierzona omomierzem?

Teraz dalszy ciąg rozważeń.
Silnik jest mało obciążony, na przykład lokomotywa jedzie luzem po płaskim terenie.
Napięcie indukowane U_i jest duże, mniejsze od U zasilania.
ΔU = U-U_i jest małe.
Przepływający prąd I =  ΔU/R jest mały.
Obciążenie silnika wzrasta. Jedziemy bruttem pod górę.
Obroty silnika spadają.
Napięcie indukowane U_i jest zależne od obrotów  U_i ~ n*Φ czyli się zmniejsza.
ΔU = U-U_i wzrasta.
Czyli przepływający prąd  I =  ΔU/R wzrasta.
Przypadek ruszenia. Obroty n = 0 czyli napięcie indukowane U_i = 0.
ΔU = U-U_i jest równe napięciu zasilania.
Przez silnik przepływa prąd o dużym natężeniu I = U/R.
Aby ograniczyć przepływający prąd, łączy się silniki szeregowo i stosuje opory rozruchowe.
Niekorzystne zjawisko występuje, jeśli nagle bardzo zwiększy się napięcie zasilania lub zmniejszy strumień magnetyczny. Obroty silnika wtedy wzrastają. Na wskutek bezwładności pociągu koła wpadają w poślizg, obroty jeszcze bardziej wzrastają. Widoczne to jest po tym, że szybkość pociągu nie wzrasta a wskazania prędkościomierza nagle wzrastają.
Należy unikać takich przypadków, gdyż jest to groźniejsze dla silnika niż przeciążenie.     

[kolejarz_25_]

I to jest najpoważniejsza wada silników szeregowych. Nie należy ich uruchamiać bez obciążenia, gdyż zachodzi zjawisko rozbiegania się silnika ( szybki wzrost prędkości prowadzący do uszkodzenia mechanicznego silnika, co może się przyczynić do uszkodzenia uzwojeń, oraz wirnika ). Stąd też w momencie poślizgu maszyniści schodzą nastawnikiem do 0, lub bo momentu ustania poślizgu oraz stosują piasek.

[youBy]

Napięcie indukowane U_i jest zależne od obrotów  U_i ~ n*Φ czyli się zmniejsza.
ΔU = U-U_i wzrasta.
Czyli przepływający prąd  I =  ΔU/R wzrasta.

Gdy rośnie I, Φ też rośnie.

[El Mecánico]

Rozbieg może doprowadzić w skrajnym przypadku do rozerwania bloku silnika. Były takie przypadki, że wylatujące z wirnika druty rozrywały stojany i korpusy.

[Anrej]

Napięcie indukowane U_i jest zależne od obrotów  U_i ~ n*Φ czylisięzmniejsza.
ΔU = U-U_i wzrasta.
Czyli przepływający prąd  I =  ΔU/R wzrasta.

Gdy rośnie I, Φ też rośnie.

Tylko że nie są to zależności wprost proporcjonalne.
Dopóki obwód magnetyczny nie ulegnie nasyceniu, strumień magnetyczny zmienia się proprcjonalnie do natężenia prądu. Po nasyceniu obwodu magnetycznego, strumień magnetyczny jest stały. Niezależny od wzrostu natężenia prądu. Czyli od pewnego punktu strumień magnetyczny się nie zwiększa mimo wzrostu natężenia prądu.