Cele modułu

• Poznasz dwa typy silników stosowane w nowoczesnej trakcji.
• Porównasz ich zalety i ograniczenia.
• Dowiesz się, jak można dalej zwiększać sprawność silników trakcyjnych.

Dwa typy silników w trakcji

Systemy trakcji kolejowej wykorzystują głównie dwa typy silników elektrycznych:

• silniki asynchroniczne (indukcyjne),
• silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PMSM — Permanent Magnet Synchronous Motors).

Oba typy zastąpiły silniki szeregowe prądu stałego, mając znacznie wyższą sprawność i mniejsze koszty eksploatacji.

Silniki PMSM

Silniki z magnesami trwałymi charakteryzują się najwyższą sprawnością wśród dostępnych obecnie technologii trakcyjnych. Silnik PMSM o mocy 200 kW osiąga sprawność 95%, podczas gdy porównywalny silnik indukcyjny — 91%.

Najważniejsze zalety silnika PMSM:

• duża gęstość mocy — silniki PMSM są lżejsze i bardziej kompaktowe niż indukcyjne o tej samej mocy, co przekłada się na mniejsze zużycie energii na przemieszczenie pociągu,
• większa sprawność — różnica 4 punktów procentowych ma istotne znaczenie przy wielogodzinnych cyklach pracy,
• większy moment obrotowy przy małych prędkościach — korzystne dla rozruchu i jazdy w warunkach miejskich.

Silniki indukcyjne

Silniki indukcyjne (asynchroniczne) pozostają popularnym wyborem ze względu na niskie koszty eksploatacji i dużą niezawodność. W trakcji elektrycznej zasilane są przez falowniki. Ich sprawność jest nieco mniejsza niż PMSM, ale różnica ta jest częściowo kompensowana przez:

• prostszą konstrukcję i niższe koszty produkcji,
• wyższą niezawodność i łatwiejszą obsługę,
• mniejszą wrażliwość na wysokie temperatury pracy.

Wpływ na ekologię

Duża sprawność elektrycznych silników trakcyjnych ma bezpośredni wpływ na ekologię transportu kolejowego. Silniki elektryczne mają sprawność około trzy razy większą niż silniki spalinowe, co oznacza znacznie mniejsze zużycie energii.

Kierunki dalszego zwiększania sprawności

• optymalizacja konstrukcji magnetycznej,
• zastosowanie zaawansowanych materiałów izolacyjnych,
• polepszenie systemów chłodzenia — zwłaszcza dla silników całkowicie zamkniętych,
• integracja z inteligentnymi systemami zarządzania energią.

Zapamiętaj

PMSM wygrywa sprawnością i gęstością mocy, indukcyjny — prostotą, ceną i odpornością. Wybór nie jest oczywisty i zależy od profilu eksploatacji: im dłuższe cykle pracy, tym bardziej opłaca się PMSM.