Elektrický rušeň

Elektrický rušeň je rušeň s elektrickým pohonom. Z hľadiska histórie ide o najmodernejší typ rušňov, ktorý predovšetkým na hlavných tratiach úplne vytlačil rušne dieselové a parné. Dôvody sú predovšetkým ekonomické a ekologické, v našich krajinách v povojnových rokoch hrala významnú úlohu tiež snaha o čo najmenšiu závislosť na dovoze ropy.

V súčasnej dobe existuje celý rad rôznych typov elektrických rušňov, ktoré sa líšia napájacou sústavou, typom elektromotora a reguláciou jeho pohonu, hmotnosťou, výkonom, prevodom (rušne určené pre rýchliky majú menší prevod, ako rušne určené pre nákladné vlaky), prevádzkovými podmienkami a pod.

Napájacia sústava

Elektrický rušeň (s výnimkou akumulátorových rušňov) potrebuje ku svojej prevádzke prívod elektrickej energie, ktorý je zabezpečovaný pomocou napájacej sústavy. Pretože existuje niekoľko typov napájacích sústav, existujú aj rôzne typy elektrických rušňov, ktoré sa líšia tým, pre aké napájacie sústavy sú konštruované. Existujú aj viacsystémové rušne na prepravu vlakov po tratiach s rôznymi sústavami.

Podľa typu napájacej sústavy rozlišujeme tieto typy rušňov:

jednosmerné (najčastejšie 3 kV alebo 1,5 kV)
striedavé (25 kV, 50 Hz alebo 15 kV, 16,7 Hz)
viacsystémové (viac napájacích sústav, obvykle striedavé aj jednosmerné)
akumulátorové (iba na posun a pod.)

Jednosmerný prúd sa ťažko transformuje, preto jednosmerné napájacie sústavy nemávajú veľmi vysoké napätie a najmä pri starších rušňoch je priamo pripojené k trakčnému motoru. Striedavý prúd je naopak možné transformovať veľmi ľahko, preto sa na distribúciu používa vyššie napätie (čo znižuje prenosové straty) a v rušni býva umiestnený transformátor.

Okrem elektrických parametrov napájacej sústavy je tiež dôležitý spôsob odberu trakčnej energie. Najčastejším spôsobom je v súčasnej dobe odber energie z troleja zaveseného nad traťou pomocou pantografového alebo polopantografového zberača, alebo najmä pri podzemných dráhach napájanie pomocou napájacej koľajnice.

Trakčný motor

Elektrický rušeň využíva ako pohon elektromotor. Ten býva buď jednosmerný (obvykle sériový, u rušňov s pulznou reguláciou s cudzím budením), alebo striedavý – synchrónny alebo asynchrónny elektromotor. Typ motoru nemusí zodpovedať napájacej sústave, lebo elektrická energia môže byť v transformátore rušňa transformovaná do požadovanej formy. Najskôr sa často aj striedavé rušne osadzovali usmerňovačmi a jednosmernými motormi, zatiaľčo dnes sa aj v jednosmerných rušňoch používajú asynchrónne motory s frekvenčným riadením otáčok.

Regulácia výkonu

Ďalším dôležitým parametrom je spôsob regulácie výkonu. Pri jednosmerných sústavách je najstarším spôsobom odporová regulácia. Prúd motora je regulovaný postupným vyraďovaním rozbehových odporov zapojených do série s motorom tak, aby nedošlo k preťaženiu motora, poprípade k prekĺznutiu dvojkolesia, a to obvykle až do úplného vyradenia odporov. Výhodou je jednoduchosť konštrukcie, nevýhodou sú vysoké energetické straty pri jazde na odporových stupňoch, nakoľko sa prebytočná energia v odporovej kaskáde mení na odpadové teplo. S rozvojom výkonových polovodičových súčiastok sa začala používať najmä tyristorová regulácia výkonu, ktorá je na rozdiel od odporovej regulácie výkonu efektívnejšia a ekonomicky výhodnejšia. Straty výkonu v polovodičových súčiastkach sú totiž nízke. Nevýhodou je zložitejšia konštrukcia a nutnosť filtrovania parazitných vyšších harmonických kmitočtov.

Rušne určené pre striedavú napájaciu sústavu mávajú obvykle reguláciu výkonu realizovanú prepínaním odbočiek na transformátore. Tým sa mení napätie elektromotora a následne aj jeho výkon, podobne ako pri odporovej regulácii výkonu. Tento spôsob regulácie výkonu je bezstratový, jeho nevýhodou je však obmedzený počet stupňov regulácie daný počtom odbočiek transformátora. Transformátory rušňa sú zariadenia vyžadujúce pravidelnú údržbu a výrazne zvyšujú hmotnosť vozidiel kvôli vysokej hmotnosti ich magnetického obvodu a sprievodného chladiva.

Moderné elektrické rušne používajú asynchrónne motory, ktorých regulácia je realizovaná pomocou polovodičových frekvenčných meničov (za použitia výkonových tyristorov alebo tranzistorov). Meniče, resp. ich vstupné filtre môžu byť pripojené na jednosmernom systéme priamo na trolejové napätie, alebo cez primárny menič na obvod so zníženým napätím, na striedavom systéme sú napájané cez transformátor a riadený usmerňovač umožňujúci aj rekuperáciu. Tento spôsob regulácie je najekonomickejší a asynchrónne motory sú veľmi spoľahlivé a majú lacnejšiu prevádzku, pretože neobsahujú komutátor a kefy (výrazne jednoduchšia je pravidelná údržba). Pri moderných rušňoch bývajú trakčné motory uložené priamo v ráme podvozku a na prenos krútiaceho momentu sa používajú kĺbové spojky. Vysokorýchlostné jednotky mávajú najmä z dôvodu zmenšenia momentu zotrvačnosti podvozku motory uložené v skrini vozidla.

Pozri aj

Iné projekty

Commons ponúka multimediálne súbory na tému Elektrický rušeň