Jdi na obsah Jdi na menu
 


Trakční motory

Trakční motor
Trakční motor je elektromotor (elektrický otáčivý stroj) pohánějící dvojkolí lokomotivy. Trakčními motory jsou vybaveny veškeré lokomotivy elektrické a dieselelektrické trakce (tj. dieselová vozidla s elektrickým přenosem výkonu). Rozšířený názor, že motorové lokomotivy nemají tyto elektromotory, je chybný; naopak je poměrně málo vozidel bez trakčních elektromotorů (700-703, 710, 725, 726, 810, 820, 842, 850-854) a navíc se jedná o vesměs již vyřazené řady nebo motorové vozy, ve kterých je použití elektromotorů ze všech drážních vozidel (vyjma speciálních vozidel) nejméně časté.

Typy elektromotorů - podle zapojení statorového budicího vinutí

Stejnosměrné
sériové
cize buzené
derivační
kompaundní
Střídavé
jednofázové
třífázové
synchronní
komutátorové
Univerzální - pracující na stejnosměrný i střídavý proud
Nejširšího uplatnění dosáhly stejnosměrné sériové motory a střídavé třífázové trakční motory. Ostatní typy motorů se v hnacích vozidlech prakticky nevyskytují.

Napětí na elektromotorech závisí na jejich zapojení a na hodnotě odporu rozjezdových odporníků. Jmenovité proudy dosahují hodnot cca 300 až 700 A podle typu motoru. Při rozjezdu je možné krátkodobě (řádově minuty) elektromotory zatížit daleko vyšším proudem, než je udávaný trvalý proud, což umožňuje výrazně zvýšit výkon lokomotivy oproti jmenovitým hodnotám. Hodnota proudu trakčních motorů nesmí ale překročit určitou hranici (nadproudová ochrana). Např. u lokomotivy řady 150/151 je hodnota trvalého proudu TM 715 A, tzn. že při sérioparalelním řazení trakčních motorů je příkon lokomotivy 4 290 kW (výkon 4 000 kW). Nadproudová ochrana při výkonu na sérioparalelu zasahuje při překročení proudu 1 150 A, takže pokud jsou motory krátkodobě zatíženy např. na 1 100 A, je příkon lokomotivy 6 600 kW (výkon cca 6 150 kW), tzn. že lokomotiva má přibližně o 54% vyšší výkon.

Chlazení trakčních motorů
Trakční motory jsou velkým zdrojem odpadního tepla; musí tedy být dostatečně chlazeny (až 2 m3/s). Rozlišujeme trakční motory s vlastní a cizí ventilací. Motory s vlastní ventilací mají na společné hřídeli namontován ventilátor, jehož frekvence se tedy shoduje s frekvencí kotvy trakčního motoru. Motory s vlastní ventilací jsou proto vhodné zejména pro pantografové jednotky, které se vyznačují dobrou akcelerací a v relativně krátkém čase dosahují vysokých otáček trakčních motorů. Trakční motory s cizí ventilací jsou chlazeny nezávislým ventilátorovým soustrojím, které vzduch k trakčním motorům přivádí svislými tunely vedoucími strojovnou od střechy lokomotivy. Motory a zakončení tunelů v rámu lokomotivy je provedeno pryžovými měchy. Toto řešení je sice složitější oproti motorům s vlastní ventilací, je ale zárukou dostatečného chlazení i při větším zatížení trakčních motorů při pomalé jízdě (např. jízda těžkého nákladního vlaku do stoupání).

Uložení trakčních motorů
Podle způsobu uložení trakčního motoru se tyto dělí na tlapové a pevně umístěné v rámu podvozku. Tlapové trakční motory jsou na jedné straně přimontovány k rámu podvozku, zatímco na druhé straně jsou uloženy na kluzném - tzv. tlapovém ložisku, které spočívá přímo na nápravě lokomotivy. Toto řešení se vyznačuje konstrukční jednoduchostí, na druhou stranu ale dochází k většímu působení na kolejový svršek. Proto jsou tlapové motory používány především v lokomotivách s nízkou maximální rychlostí. Druhý způsob, kdy je elektromotor pevně usazen v podvozkovém rámu, je sice konstrukčně složitější, zato jsou však chodové vlastnosti lokomotivy na vyšší úrovni, protože hmota motoru je plně odpružena (pružinami primárního vypružení). Ideálním řešením je odpružení motoru i sekundárním vypružením, což je ale možné pouze v případě, kdy je motor umístěn ve skříni vozidla nebo je pod ní zavěšen. Tento způsob je využit u elektrických jednotek řad 560 a 680.

Typy trakčních motorů
Stejnosměrný sériový trakční motor
Jedná se nejrozšířenější typ trakčního elektromotoru ve vozidlech elektrické trakce či vozidlech dieselové trakce s elektrickým přenosem výkonu (tj. dieselelektrická trakce). Sériový je proto, že vinutí hlavních pólů a kotevní vinutí jsou zapojeny sériově. Motor se skládá ze statoru (nepohyblivé části) a rotoru (kotvy; pohyblivé části). Na čelech statoru jsou štítová víka, stator je opatřen i větracími otvory. Stator a rotor tvoří elektromagnetický obvod. Stator motoru je nejčastěji vyroben z litiny, případně svařen z ocelových plechů. Stator nese hlavní póly (nejčastěji čtyři až šest) a pomocné póly. Polarita vinutí hlavních pólů se po obvodu střídá. Vinutí pomocných pólů je spojeno s kotvou. Kotva je zhotovena z drážkovaných plechů, obepínajících hřídel, uložený na obou stranách v ložiskových štítech. V drážkách je vinutí kotvy. Na ně se pomocí uhlíkových kartáčů přes komutátor přenáší proud. Kotva by se ale po vykonání půlotáčky zastavila, protože proud v pólech jednotlivé polarity směřuje stále stejným směrem. Změnu směru průtoku proudu zajišťuje právě komutátor, nalisovaný na hřídeli kotvy. Komutátor je tedy mechanický přepínač, měnící polaritu. Působením dvou elektromagnetických polí se kotva začne otáčet. Hřídel kotvy na jedné straně vychází z motoru a navazuje na nápravovou převodovku a následně na dvojkolí lokomotivy.

Za zmínku ještě stojí fakt, že v okamžiku přepnutí komutátorem se ve vinutí indukuje napětí, které by způsobilo vznik zkratového proudu, který by samozřejmě ovlivnil činnost kotvy. To ovšem není žádoucí, a proto se použijí pomocné póly, které tuto reakci potlačí. Dokonalejší trakční motory (AL 4741 Flt - řady 150, 350) jsou navíc vybaveny tzv. kompenzačním vinutím, pomocí kterého lze dosáhnout ještě lepšího průběhu komutace.

Platí, že čím slabší je magnetické pole (buzení) mezi hlavními póly statoru, tím vyšší jsou otáčky kotvy a tedy i výkon motoru. Toho se využívá při tzv. šuntování, kdy je paralelně k vinutí hlavních pólů zapojen šuntovací odporník, který zeslabuje buzení.

Stejnosměrný cize buzený trakční motor
Pro drážní provoz rovněž velice vhodný elektromotor, konstrukčně velmi podobný sériovému motoru. Jedná se např. o elektromotory AL 4542 FiR a AL 4562 FiR, známé z lokomotiv 163, 263 a 363. Oproti sériovým elektromotorům je stator cize buzených motorů napájen z nezávislého zdroje (budiče) a na kotvě je tedy nezávislý.

Střídavý třífázový trakční motor
Zatím nejmodernějším typem trakčního motoru je třífázový motor na střídavý proud. Díky chodovým vlastnostem je tento typ motoru označován jako asynchronní. Následující schéma naznačuje princip asynchronního elektromotoru.

Tento typ motoru se nachází na strojích řad 114, 169 (vůbec první aplikace v ČSFR), 380, 471, 680. Přednosti asynchronního elektromotoru spočívají v jednodušší konstrukci dané mj. absencí komutátoru (tím pádem nižší hmotnost a následně nižší nápravové tlaky) a delší životnosti.


Asynchronní elektromotor ML 4144 K/6 (471)
Kotva asynchronního elektromotoru nemá póly jako kotva stejnosměrného trakčního motoru, ale je tvořena klecovým vinutím nakrátko (dva prstence spojené vodiči). Kotva asynchronního elektromotoru se vyznačuje malým odporem, takže otáčivé elektromagnetické pole budí ve vinutí velký proud. Tím vzniká magnetická síla, která začne otáčet kotvou. Frekvence otáčení kotvy fk je ale menší než frekvence otáčivého pole fp, kotva se tedy otáčí asynchronně. Rozdíl těchto dvou frekvencí se mění v závislosti na zatížení (s rostoucím zatížením vzrůstá skluz). Chod motoru charakterizuje skluz s, což je bezrozměrová veličina udávaná v procentech.
s = (fp - fk) / fp

Řazení trakčních motorů
Hnací vozidla elektrické stejnosměrné trakce ve spojení s odporovou regulací mají obvykle dvě možnosti zapojení trakčních motorů: série a sérioparalel. Čtyři trakční motory jsou rozděleny do dvou skupin po dvou motorech (tj. motory jednoho podvozku), nazývaných motorové skupiny. Dva motory v rámci jedné motorové skupiny jsou trvale zapojeny v sérii. Tyto dvě skupiny lze řadit sériově, nebo paralelně (sérioparalel). Přechod ze série na paralel se realizuje postupně několika jízdními stupni, a to obvykle v rychlosti cca 40 až 60 km/h (podle maximální rychlosti vozidla). Pokud je aplikováno sériové zapojení, je na každém motoru napětí 750 V (3000/4), při sérioparalelu 1 500 V (3000/2). Trakční motory lokomotiv dieselelektrické trakce jsou obvykle trvale zapojeny paralelně, případně sérioparalelně.