Trakční transformátory, usměrňovače

Trakční transformátor

Trakční transformátor je srdcem střídavé lokomotivy, podobně jako tomu je u kontroléru a stejnosměrných lokomotiv. Trakční transformátor je elektrický stroj, umožňující změnu přiváděného napětí na napětí požadované pro pohon elektromotorů a dalších zařízení na lokomotivě. Krom toho trakční transformátory umožňují regulovat napětí odpovídající jednotlivým jízdním stupňům a tím i měnit svorkové napětí na trakčních motorech.

Vstupní vinutí transformátoru se nazývá primární vinutí a je napájeno proudem přímo z trolejového vedení. Výstupní strana, čili sekundární vinutí, je tvořeno několika dalšími vinutími - trakčním vinutím, vinutím pro pomocné pohony, vinutím pro řídicí obvody a topení.

Konstrukce trakčního transformátoru

Samotné zařízení je uloženo v ochranné nádobě. Trakční transformátor se skládá ze dvou samostatných vinutí, navzájem provázaných magnetickým polem, a jádra. Pro účely vytápění vlaku bývají trakční transformátory vybaveny pomocným vinutím. Samotná regulace napětí probíhá u starších lokomotiv na primární straně transformátoru a je realizována přepínačem odboček a stykači umístěnými na tzv. stykačovém rámu. Přepínač odboček je poháněn elektropneumatickým servomotorem. Dále se v trakčním transformátoru nachází signalizační a blokovací zařízení a kompenzátor. Oproti lokomotivám stejnosměrné trakce mají střídavé lokomotivy z měřicích přístrojů navíc ukazatel proudu na primárním vinutí trakčního transformátoru. Chlazení transformátoru zajišťuje chladicí olej, obklopující plechy i obě vinutí transformátoru. Vyžadovány jsou tedy i dobré izolační vlastnosti oleje. Důležitou součástí trakčního transformátoru je také Buchholzova ochrana (viz níže).

Regulace transformátorů

Trakční transformátory se podle typu regulace dělí na transformátory s regulací na primární straně, transformátory s regulací na sekundární straně a transformátory s pevným převodem (neregulační transformátory).

Transformátory s regulací napětí na primární straně se také někdy označují jako transformátory s vysokonapěťovou regulací. To znamená, že odbočky jsou přepínány přímo na vstupní straně transformátoru, kde je napětí 25 kV. Tento typ regulace je použit na strojích řad 230, 240 a 242.

Transformátory s regulací na sekundární straně mají oproti předchozímu typu odbočky vyvedeny na nízkonapěťové straně.

U novějších střídavých a u vícesystémových lokomotiv je použit trakční transformátor s pevným převodem. Jedná se o neregulační transformátor, který pouze upravuje vstupní napětí a samotná regulace je poté realizována pulzními měniči, případně řízenými usměrňovači nebo po usměrnění hlavním kontrolérem (řada 350 ZSSK).

Buchholzova ochrana

Buchholzova ochrana je tvořena plynovým relé, které slouží k ochraně trakčních transformátorů před vnitřním poškozením, plynoucím z přeskoku na vinutí transformátoru. Přeskok na vinutí se projevuje vznikem bubliny (vinutí transformátoru je ponořeno v olejové lázni). Bublina plave nahoru a způsobí propad plováku. Relé okamžitě rozepne hlavní vypínač, čímž zároveň odpojí trakční transformátor.

Trakční usměrňovač

Jedná se o elektrické zařízení, nezbytné na střídavých lokomotivách se stejnosměrnými motory, určené k usměrnění napětí z transformátoru. Trakční usměrňovač je tedy řazen za transformátorem. Trakční usměrňovače jsou buďto rtuťové nebo křemíkové.

Rtuťové usměrňovače

Rtuťový neboli ignitronový usměrňovač je dnešním pohledem zastaralé řešení, které se dnes vpodstatě již nepoužívá. Důvodem je mohutnost a složitost tohoto zařízení. Základem rtuťového usměrňovače je ignitron - rtuťový ventil. Jedná se o usměrňovací výbojku v kovové baňce se rtuťovými parami a zapalovací elektrodou, tzv. ignitrem. Hodnota napětí na výstupu z ignitronu se reguluje posouváním fáze zapalovacího impulzu. Rtuťový usměrňovač byl z výroby na zkušební lokomotivě S 479.101 z roku 1962, o použití rtuťových usměrňovačů se však uvažovalo i pro řadu S 489.0 (230).

Polovodičové usměrňovače

Praktičtější a modernější konstrukcí jsou usměrňovače založené na vlastnostech polovodičů. Obvykle se používají usměrňovače sestavené z diod, nejčastěji křemíkových. Zde se využívá diodového jevu - zjednodušeně řečeno: dioda se v praxi chová jako ventil, propouštějící proud pouze v jednom (propustném) směru. Využita je ovšem pouze kladná půlperioda, což není příliš praktické; proto se v technické praxi používají tzv. dvoucestné usměrňovače, na jejichž výstupu je pulzující napětí, které se vyhlazuje pomocí filtrů s tlumivkami a kondenzátory. Vyhlazení ale není dokonalé; vzniká zvlněný proud, Trakční motory určené pro napájení zvlněným proudem mají poněkud odlišnou konstrukci, než mají klasické stejnosměrné elektromotory na stejnosměrných lokomotivách. To se ale týká i motorů např. na řadě 163, které jsou napájeny z pulzních měničů, jejichž časová charakteristika (napětí v závislosti na čase) má tvar sinusoidy.