Większość pojazdów elektrycznych i spalinowych z przekładnią elektryczną eksploatowanych przez PKP wyposażonych jest w silniki szeregowe prądu stałego, dlatego tylko te będę opisywał. Ze względu na wiele zalet jakie mają silniki szeregowe są powszechnie stosowane.
Każda oś zwykle jest napędzana indywidualnie, a silniki trakcyjne umieszczone są na wózkach pod pudłem pojazdu. Silniki współpracują ze sobą odpowiednio regulując rozdział mocy.
Poniższa charakterystyka pokazuje niektóre cechy silnika szeregowego:
Z wykresu widać, że moment obrotowy rośnie wraz ze wzrostem obciążenia, które jest największe podczas rozruchu. Moment jest niezależny od napięcia w sieci a jedynie od prądu płynącego przez silnik. Przy małych prędkościach moment obrotowy jest duży, ale w przypadku nagłej utraty obciążenia może dojść do "rozbiegania się" silnika i jego zniszczenia.
Silniki trakcyjne pojazdów elektrycznych w budowie nie różnią się niczym szczególnym od silników stosowanych w pojazdach spalinowych. Jedyna różnica wynika z wartości prądów i napięć na jakie są budowane, a więc z przekrojów przewodów i grubości izolacji. Silniki w pojazdach elektrycznych budowane są na napięcie znamionowe 1500 V i dlatego prądy w nich płynące nie są aż tak duże jak w silnikach pojazdów spalinowych, gdzie napięcie wynosi do 800 V. Poza tym silniki w pojazdach elektrycznych mają mniej par biegunów, większą moc i prędkość obrotową.
Silniki trakcyjne budowane są jako zamknięte maszyny bez własnej skrzynki zaciskowej. Przewody od uzwojeń są wyprowadzane na zewnątrz i doprowadzane do skrzynki zaciskowej umieszczonej pod pudłem pojazdu, gdzie są odpowiednio podłączone do obwodów elektrycznych.
Ponieważ silniki podczas pracy wytwarzają wysoką temperaturę dla bezpieczeństwa muszą być chłodzone. Zwykle stosuje się chłodzenie obce. Silniki z dużym osłabieniem pola dodatkowo wyposażone są w uzwojenia kompensacyjne.
BUDOWA SILNIKA SZEREGOWEGO
W zasadzie wszystkie silniki trakcyjne zbudowane są na tej samej zasadzie, a różnią się jedynie układem połączeń i liczbą biegunów. Głównymi elementami są stojan i wirnik.
Schemat silnika szeregowego pokazany jest na rysunku:
STOJAN - wykonany jest z jarzma, biegunów głównych i komutacyjnych, na które nawinięte są uzwojenia biegunów głównych i komutacyjnych. W maszynach z dużym osłabieniem pola znajduje się także uzwojenie kompensacyjne umieszczone w nabiegunnikach biegunów głównych. Jarzmo - wykonane jest jako odlew staliwny lub żeliwny. Jest częścią obwodu magnetycznego, a także pełni rolę konstrukcyjną jako kadłub. Do niego przymocowane są wszystkie stałe elementy stojana. Kadłub z obu stron ma duże otwory umożliwiające włożenie i wyjęcie wirnika. W górnej lub bocznej części kadłub ma szczeliny, przez które doprowadzane jest powietrze do chłodzenia silnika (w silnikach z przewietrzaniem obcym). Od strony komutatora za pomocą izolatorów do kadłuba przymocowane są szczotkotrzymacze, które służą do trzymania szczotek. Bieguny główne - wykonane są z pakietu blach łączonych w procesie produkcji. Zadaniem tych biegunów jest zwiększanie głównego strumienia magnetycznego niezbędnego do działania silnika. Przymocowane są do kadłuba. Uzwojenie biegunów głównych - wykonane jest z taśmy miedzianej i pokryte izolacją. Uzwojenie te obok uzwojenia wirnika jest głównym uzwojeniem w maszynie elektrycznej. Służy ono do wytwarzania głównego strumienia magnetycznego i nawinięte jest na bieguny główne. Bieguny komutacyjne - wykonane są jako kawałki stali i umocowane w jarzmie stojana za pomocą śrub. Liczba biegunów komutacyjnych jest równa liczbie biegunów głównych. Zadaniem tych biegunów jest poprawianie warunków komutacji (kompensują powstałą w zwartym zwoju SEM samoindukcji). Wzmacniają one pole magnetyczne wytworzone przez uzwojenie komutacyjne. Uzwojenie komutacyjne - wykonane jest tak jak uzwojenie biegunów głównych - z taśmy miedzianej i izolowane lakierami lub innymi tworzywami dielektrycznymi. Jego zadaniem jest wytwarzanie strumienia magnetycznego poprawiającego warunki komutacji. Nawinięte jest na bieguny komutacyjne. Nabiegunnik - umieszczony jest na podziałce biegunowej biegunów głównych, wyznacza kształt szczeliny powietrznej między biegunami a wirnikiem. Uzwojenie kompensacyjne - umieszczone jest w postaci prętów izolowanych w żłobkach nabiegunników. Zadaniem tego uzwojenia jest kompensowanie szkodliwego oddziaływania pola magnetycznego wirnika na pole biegunów głównych (pole pochodzące od wirnika zniekształca pole wzbudzenia). Wytwarza ono pole magnetyczne przeciwne do pola magnetycznego wirnika. Działanie tego uzwojenia jest niezbędne szczególnie przy bocznikowaniu, kiedy to pole wzbudzenia jest słabe, a reakcja wirnika duża, co prowadziłoby do nierównomiernego rozkładu potencjałów na działkach komutatora i powodowałoby iskrzenie i ogień okrężny.
Oprócz podstawowych wyżej wymienionych części w stojanie znajdują się także łożyska wału wirnika i innej elementy budowy mające mniejsze znaczenie. Stojan powinien być wykonany w taki sposób, aby łatwo były dostępne jego części, a także wirnik. Z drugiej strony musi być na tyle szczelny, aby nie dostawały się do jego wnętrza zanieczyszczenia z zewnątrz.
WIRNIK - jest częścią ruchomą zamocowaną we wnętrzu stojana za pomocą łożysk. Wirnik zbudowany jest z wału, na który naprasowana jest tulejka, a na niej znajduje się pakiet blach ściśnięty z obu stron tarczami. Blachy te są złożone w taki sposób że tworzą żłobki w których ułożone jest uzwojenie wirnika. Uzwojenie te składa się z zezwojów, których końcówki zamocowane są galwanicznie do komutatora. Napięcie do komutatora dostarczają szczotki zamocowane w szczotkotrzymaczach. Wał - wykonany jest jako stalowy odlew stanowiący rdzeń wirnika. Wał silnika wychodzi z jednej strony poza stojan i napędza inne urządzenie lub mechanizm. W pojazdach trakcyjnych na osi wału umocowane jest małe koło zębate, które zazębia się z dużym kołem zębatym umocowanym na osi koła napędnego i tworzy przekładnie zębatą. W silnikach z przewietrzaniem własnym na drugiej części wału umieszczone są pod kątem blachy stanowiące wentylator silnika. W pojazdach PKP stosowane jest jednak przewietrzanie obce. Uzwojenie wirnika - wykonane jest z prętów miedzianych izolowanych lakierem lub innym taśmą izolacyjną. Ułożone jest w żłobkach, które tworzą blachy wirnika. Uzwojenie te jest podzielone na kilkanaście zezwojów, które są przyłączone do poszczególnych wycinków komutatora. Poszczególne zezwoje tworzone są przez szeregowo połączone i leżące w tej samej parze żłobków zwoje. Zezwoje te (cewki), które wystają poza pakiet blach są izolowane względem siebie i zabezpieczane taśmą stalową lub szklaną nasycaną żywicą epoksydową. Zadaniem uzwojenia wirnika jest wytwarzanie drugiego strumienia magnetycznego mającego współpracować ze strumień głównym przez co możliwa jest praca maszyny. Komutator - wykonany jest w postaci kilkunastu lub kilkuset wycinków (działek) miedzianych, brązowych lub z mosiądzu izolowanych względem siebie. Komutator umieszczony jest na wale wirnika. Zadaniem komutatora jest odwracanie kierunku prądu doprowadzanego ze szczotek do poszczególnych gałęzi wirnika. Szczotki - wykonane są z węgla elektrografitowego, osadzone w izolowanych trzymadłach (szczotkotrzymaczach). W silniku jest tyle szczotkotrzymaczy ile jest biegunów głównych, a liczba gałęzi równoległych zależy od rodzaju uzwojenia. W każdym z szczotkotrzymaczy są 2 lub 4 szczotki pracujące równolegle.
Niektóre silniki większej mocy posiadają na wirniku połączenia wyrównawcze, które mają na celu wyrównywanie potencjałów tych samych biegunów na komutatorze.
W elektrycznych pojazdach trakcyjnych silniki często łączy się w grupy - dwa silniki połączone szeregowo, a w przypadku lokomotyw spalinowych z przekładnią elektryczną (gdzie znamionowe napięcia są znacznie niższe) silniki łączy się równolegle. W pojazdach elektrycznych maksymalne napięcie jakie może przypadać na silnik to 1500 V. I właśnie na takie - maksymalne napięcie budowane są silniki. Jest to spory problem techniczny, gdyż skonstruowanie silnika trakcyjnego na 3000 V, o takich samych wymiarach jak ten na 1500 V jest trudne. Wiąże się to z tym, że napięcie międzydziałkowe na komutatorze nie może przekraczać 20 V. Przyłączenie wyższego napięcia pogarsza komutację oraz powoduje powstawanie ognia okrężnego co wpływa szkodliwie na komutator. Budowa silnika na napięcie 3000 V wiązała by się ze zwiększeniem średnicy komutatora, a co za tym idzie całego silnika, który by się nie mieścił na wózku.
POŁĄCZENIA ELEKTRYCZNE
Silniki trakcyjne nie mają własnej skrzynki zaciskowej. Poszczególne uzwojenia są w odpowiedni sposób połączone ze sobą, a przewody wyprowadzone są na zewnątrz do osobnej skrzynki zaciskowej. Z silnika wychodzą zazwyczaj cztery przewody:
2 - od obwodu wirnika;
2 - od obwodu wzbudzenia.
W skład obwodu wzbudzenia wchodzą wszystkie uzwojenia biegunów głównych.
W skład obwodu wirnika wchodzą: uzwojenie wirnika, uzwojenie komutacyjne i uzwojenie kompensacyjne. Uzwojenia komutacyjne i kompensacyjne łączy się w taki sposób, aby ich pola magnetyczne były przeciwne do kierunku pola magnetycznego wytwarzanego przez wirnik.
ZAWIESZENIE SILNIKA
Silnik zawieszony może być systemem tramwajowym "za nos" - z jeden strony jest oparty za pomocą sprężyny na ostoi wózka, z drugiej zaś jest osadzony na osi lub też może być zawieszony w sposób całkowicie odsprężynowany polegający na tym, że silnik w całości zamocowany jest na wózku.
Bardzo duża część lokomotyw elektrycznych obecnie eksploatowanych przez PKP wyposażona jest w silniki trakcyjne typu EE541. Jeśli chcesz poznać dane techniczne tych silników kliknij tutaj.
Jeżeli chcesz się dowiedzieć więcej o innych maszynach elektrycznych kliknij ---> maszyny elektryczne.
![[Rozmiar: 18200 bajtów]](tla i obrazki/silnik szeregowy.jpg)
