Cele modułu

• Poznasz statystykę uszkodzeń silników trakcyjnych prądu stałego.
• Porównasz napęd prądu stałego z napędem prądu przemiennego.
• Dowiesz się, jakie awarie najczęściej występują przy serwisie taboru.

Najczęstsze awarie taboru

Awaria pojazdu nierzadko oznacza wyłączenie go z eksploatacji. Usterka może wystąpić z przyczyn losowych (np. warunków atmosferycznych), w wyniku błędu ludzkiego (nieprawidłowej obsługi) lub nieprawidłowego utrzymania stanu technicznego. Każdy element zainstalowany na pojeździe pracuje w trudnych warunkach środowiskowych, które wpływają na trwałość osprzętu.

Najczęściej występujące awarie przy serwisie pojazdów szynowych:

• usterki drzwi,
• usterki toalety próżniowej,
• zwarcie uzwojenia silnika trakcyjnego do obudowy,
• usterki układu napędowego,
• usterka ogrzewania pojazdu.

Statystyka uszkodzeń silników trakcyjnych prądu stałego

Uszkodzenia silników trakcyjnych prądu stałego grupuje się według najczęściej występujących kategorii:

• A1 – izolacji stojana,
• B1 – izolacji uzwojeń wirnika,
• C1 – przekroczenie dopuszczalnych różnic napięć międzydziałkowych,
• C2 – przekroczenie dopuszczalnej granicy owalizacji komutatora,
• C3 – opalenia komutatora,
• D – łożysk tocznych,
• E – małego koła zębatego.

Analizy systemów naprawczych oraz statystyki uszkodzeń umożliwiają precyzyjne wyznaczenie cykli przeglądowo-naprawczych i ułatwiają analizy fizyczno-funkcjonalne poszczególnych rodzajów uszkodzeń — po to, by określić ich przyczyny i podać zalecenia minimalizujące te przyczyny.

Napęd prądu stałego a napęd prądu przemiennego

Silnik indukcyjny asynchroniczny klatkowy prądu zmiennego to najprostszy z powszechnie wykorzystywanych silników elektrycznych. Składa się ze stojana z uzwojeniem oraz wirnika stanowiącego zwartą klatkę. Nie posiada komutatora ani szczotek, co znacznie upraszcza budowę, ułatwia eksploatację i umożliwia pokrycie lakierem izolacyjnym wszystkich części wewnętrznych będących pod napięciem.

Główne zalety silnika indukcyjnego:

• małe wymiary i masa w porównaniu do silnika prądu stałego tej samej mocy,
• prostota budowy,
• duża niezawodność,
• duża odporność na warunki atmosferyczne.

Falownik

Zasada działania falownika polega na szybkim załączaniu i wyłączaniu tranzystorów tak, aby wygenerowany został prąd przemienny o częstotliwości zależnej od chwilowej prędkości obrotowej silnika. Silnik trakcyjny musi więc posiadać czujnik prędkości obrotowej podłączony do układu sterowania falownika.

Jeden falownik może zasilać jeden albo dwa silniki trakcyjne. Rozwiązanie „jeden falownik – jeden silnik” jest droższe, ale umożliwia lepsze kontrolowanie silnika, a więc i lepsze osiągi trakcyjne, zwłaszcza na śliskich torach. Jest też bardziej elastyczne w eksploatacji — pozwala wyłączyć tylko jeden silnik zamiast dwóch w przypadku awarii.

Na śliskich szynach może nastąpić poślizg zestawów kołowych. Falowniki posiadają układy przeciwpoślizgowe: po wykryciu poślizgu falownik zmniejsza moment napędowy/hamujący aż do odzyskania przyczepności przez koła.

Bezpieczeństwo przy pracy z falownikiem

Falownik posiada układy, które po odłączeniu zasilania powodują — najpóźniej w ciągu kilku minut — rozładowanie kondensatorów. Na wypadek usterki tych układów, przed ingerencją w falownik należy zamknąć uszyniacz (po opuszczeniu pantografów i odczekaniu wymaganego czasu), co gwarantuje metaliczne połączenie obwodów wysokiego napięcia z masą pojazdu i szynami.

Tranzystory mocy, jak każde elementy półprzewodnikowe, są bardzo czułe na przeciążenia. Bezpiecznik wysokiego napięcia ani wyłącznik szybki nie zadziałają dostatecznie szybko, by uchronić tranzystory np. przed zwarciem na wyjściu falownika. Dlatego układ sterowania falownika w sposób ciągły mierzy prądy i po przekroczeniu wartości granicznej natychmiast wyłącza tranzystory.

Obwody wysokiego i niskiego napięcia

W obwodach niskiego napięcia wykorzystywane są:

• 110 V DC (starszy tabor) lub 24 V DC — zasilanie układów sterowania, oświetlenia, sygnalizacji, drzwi. Źródłem są przetwornice, zasilacze buforowe lub baterie akumulatorów przy braku zasilania WN.
• 3 × 400 V AC — zasilanie układów wymagających większych mocy: ogrzewanie w nowszym taborze, klimatyzacja, sprężarki, wentylatory. Źródłem są przetwornice.

Przetwornice przetwarzają wysokie napięcie na niskie. W nowszym taborze przetwornica wytwarza 3 × 400 V AC, a napięcie 24 V DC jest wytwarzane przez zasilacze buforowe.

Łożyska silników trakcyjnych

Łożyska silników trakcyjnych muszą zapewniać dużą moc, przyjazność dla środowiska i efektywność kosztową. Trzeba uwzględnić duży ciężar pojazdów szynowych i długie okresy między przeglądami. Silniki trakcyjne poddawane są dużym obciążeniom promieniowym i osiowym, mogą być narażone na przepływ prądu elektrycznego i pracują przy dużych prędkościach.

Łożyska często ulegają awariom na skutek przepływu prądu elektrycznego — jest to korozja elektryczna. Aby jej zapobiec, stosuje się łożyska z powłokami ceramicznymi.

Zapamiętaj

Silniki trakcyjne prądu przemiennego są znacznie bardziej niezawodne i wymagają mniej konserwacji niż odpowiedniki prądu stałego, oferując wyższą przyczepność i elastyczność sterowania. Niemal wszystkie nowe konstrukcje wykorzystują silniki asynchroniczne.