TRAKCJA ELEKTRYCZNA

SILNIKI TRAKCYJNE

  Silniki trakcyjne to silniki elektryczne służące do napędzania zestawów kołowych pojazdów trakcyjnych. Elektryczne silniki trakcyjne znajdują się we wszystkich pojazdach elektrycznych oraz w lokomotywach spalinowych z przekładnią elektryczną. W pojazdach elektrycznych energia do silników dostarczana jest z sieci trakcyjnej, natomiast silniki trakcyjne pojazdów spalinowych zasilane są z prądnicy głównej umieszczonej w pojeździe.
  Silniki trakcyjne podczas pracy są narażone na wiele szkodliwych czynników jak wilgoć, zanieczyszczenia, zapylenia pochodzenia atmosferycznego, drgania i wstrząsy powodowane jazdą taboru oraz stale zmieniające się obciążenie podczas jazdy - od rozruchu, kiedy to natężenie prądu w obwodzie jest nawet dwukrotnie większe od znamionowego do wartości zerowej przy jeździe z rozpędu. Te wszystkie czynniki działają szkodliwie na silniki trakcyjne dlatego budowa i osłona silnika muszą być trwałe, niezawodne i szczelne. Podczas eksploatacji silniki muszą być poddawane szczegółowym przeglądom, które mają na celu zapobiegać awariom podczas normalnej eksploatacji poprzez eliminowanie powstałych uszkodzeń i dokładne czyszczenie silnika.

    Ponieważ podczas pracy wydziela się duża ilość ciepła, która może spowodować uszkodzenie silnika lub też całkowite zniszczenie stosuje się przewietrzanie silnika. Może to być przewietrzanie własne lub przewietrzanie obce. Przewietrzanie własne polega na tym, że po jednej stronie wirnika na wale osadzone są pod odpowiednim kątem skrzydła wiatraka, których obrót powoduje powiew powietrza do wnętrza silnika. Przewietrzanie obce polega na tym, że do silnika podłączony jest wentylator, który tłoczy powietrze przewodem wentylacyjnym do środka silnika. Silniki małej mocy posiadają przewietrzanie własne, natomiast silniki dużej mocy raczej przewietrzanie obce. Silniki trakcyjne mają przewietrzanie obce.

  Wszystkie pojazdy elektryczne i spalinowe z przekładnią elektryczną są napędzane przez silniki elektryczne umieszczone na wózkach. Przydatność do eksploatacji w różnych warunkach, na liniach o różnych profilach określa charakterystyka trakcyjna pojazdu. Charakterystyka ta jest określona przez charakterystyki silników napędzających pojazd. W zależności od rodzaju prądu silniki możemy podzielić na silniki prądu stałego i prądu przemiennego. Dokładniejszy podział określa jeszcze sposób łączenia uzwojenia wirnika z uzwojeniem wzbudzenia wewnątrz silnika.

SILNIKI PRĄDU STAŁEGO SILNIKI SZEREGOWE SILNIKI BOCZNIKOWE SILNIKI SZEREGOWO-BOCZNIKOWE REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ BUDOWA SILNIKA SZEREGOWEGO KONSERWACJA I NAPRAWA SILNIKA	SILNIKI NA INNY RODZAJ PRĄDU SILNIKI JEDNOFAZOWE KOMUTATOROWE SILNIKI NA PRĄD STAŁY TĘTNIĄCY SILNIKI TRÓJFAZOWE ASYNCHRONICZNE REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ	INNE INFORMACJE ZASILANIE SILNIKÓW

  Różnice w silnikach trakcyjnych prądu stałego, prądu przemiennego i prądu stałego tętniącego wynikają ze zjawisk zachodzących wewnątrz maszyny i z tego powodu ich budowa musi się nieco różnić od siebie.

Poniżej podam i opisze kilka wzorów opisujących zależności podczas pracy silników prądu stałego:
  Teoretycznie prędkość obrotową silnika prądu stałego można wyrazić za pomocą wzoru:


  Prędkość obrotowa silnika zależy od napięcia zasilającego silnik, prądu obciążenia oraz strumienia wzbudzenia. Stała wartość c to współczynnik, który zależy od konstrukcji silnika i jest on nie zmienny. Postać powyższego wzoru jest ogólna i tylko częściowo opisuje zmiany zachodzące podczas regulacji prędkości. W praktyce zmiany zachodzące wewnątrz silnika są bardziej złożone. Włączając dodatkową rezystancję w obwód silnika sprawa komplikuje się jeszcze bardziej.

  W chwili załączenia silnika do pracy prąd płynący jest duży, ponieważ ogranicza go tylko rezystancja wewnętrzna. Im prędkość obrotowa jest większa tym prąd mniejszy ponieważ rośnie siła przeciwelektromotoryczna, która skierowana jest przeciwnie do napięcia zasilania.


Siła przeciwelektromotoryczna opisana jest wzorem:


  Jak widać siła przeciwelektromotoryczna wzrasta wraz ze wzrostem prędkości obrotowej.

  Energia zużyta w wirniku podczas przemiany energii elektrycznej na mechaniczną wynosi:


  Podczas przemiany energii elektrycznej na mechaniczną występują straty, które zależą od siły przeciwelektromotorycznej oraz prądu obciążenia. W związku z tymi stratami współczynnik sprawności maszyny się nieco obniża.

  Moment obrotowy pomniejszony o współczynnik sprawności wynosi:


  Moment obrotowy zależny jest o prądu w obwodzie głównym, strumienia magnetycznego oraz współczynnika proporcjonalności c, który zależny jest od konstrukcji silnika. Gdyby pominąć sprawność to moment obrotowy przedstawia się poniższym wzorem.


  Najważniejszym parametrem silnika jest moc. Moc jest to szybkość wykonywania pracy i mierzy się ją na wale maszyny. Moce można podzielić, na:
Moc chwilową - moc, którą może rozwinąć silnik w ciągu kilku minut, nie przekraczając dopuszczalnej temperatury.
Moc godzinna - moc, którą może rozwijać silnik w ciągu godziny nie przekraczając dopuszczalnej temperatury.
Moc ciągła - moc, którą może rozwijać silnik w ciągu kilku, kilkunastu godzin nie przekraczając dopuszczalnej temperatury dla uzwojeń.

  Parametrem określającym doskonałość silnika trakcyjnego jest moc jednostkowa, czyli stosunek mocy do masy [kW/kg]. Im stosunek ten jest większy tym silnik doskonalszy, ponieważ ma to wpływ na jego wymiary (wielkość silnika ograniczona jest miejscem na wózku) i ogólną masę lokomotywy.

  W trakcji stosuje się jeszcze jeden dość ważny wzór określający zależności mocy od siły pociągowej i prędkości.


  Moc na obwodzie kół napędnych jest iloczynem siły pociągowej i prędkości. Oznacza to, że moc pojazdu, która jest sumą mocy wszystkich silników trakcyjnych można wykorzystać albo do uzyskania dużej siły pociągowej przy małej prędkości, albo do uzyskania dużej prędkości jazdy przy małej sile pociągowej. W praktyce powyższe zależności realizuje się przez odpowiedni dobór przekładni.

  Każdy silnik w zależności od układu połączeń różnie zachowuje się na liniach o różnym profilu. Na przykład pojazd z silnikami szeregowymi o tej samej mocy co pojazd z silnikami bocznikowymi uzyska większą szybkość podczas zjazdu z wzniesienia niż pojazd z silnikami bocznikowymi. Dobierając silnik należy się kierować wieloma czynnikami m.in profil linii (wzniesienia, łuki). Przy wyborze silnika oprócz danych, które mamy, tj: ciężar pociągu, profil, nacisk osi, pomagają nam różne obliczenia, jazda teoretyczna. Analizując wady i zalety silnika, oraz obliczenia mamy już pewien zarys, który zazwyczaj decyduje, który silnik się lepiej sprawdzi, będzie bardziej ekonomiczny.

  Jeżeli chcesz się dowiedzieć więcej o innych maszynach elektrycznych kliknij ---> maszyny elektryczne.

Poniżej znajdują się odnośniki do poszczególnych zagadnień związanych z trakcją elektryczną:

OGÓLNE INFORMACJE | SYSTEMY ZASILANIA | SIEĆ TRAKCYJNA | PODSTACJE TRAKCYJNE AUTOMATYKA I STEROWANIE | ELEKTRYFIKACJA I EKSPLOATACJA | HAMOWANIE ELEKTRYCZNE