Napędy trakcyjne z rozruchem rezystancyjnym (oporowym) > Napędy z rozruchem oporowo-stycznikowym

W tym rodzaju napędu podstawowymi elementami bezpośrednio wpływającymi na zmianę wartości prądu w obwodzie głównym są rezystory (oporniki) i powiązane z nimi styczniki rozruchowe. Elementy oporowe połączone są szeregowo. Ilość elementów oporowych jest zależna od parametrów trakcyjnych konkretnego typu tramwaju. Poniżej uproszczony schemat opisanego rozwiązania.

   
Uproszczony schemat napędu rezystancyjnego - stycznikowego


Po uruchomieniu przez motorniczego rozruchu wszystkie oporniki włączone są do obwodu głównego. Silniki pobierają prąd, który wprawia je w ruch i tym samym pojazd rusza.

   
Rozruch - faza początkowa - wszystkie oporniki włączone w obwód


Wzrost prędkości obrotowej, a więc przeciwstawianie się napędu oporom ruchu, powoduje zmniejszenie natężenia prądu pobieranego przez silniki. Aby nadal przyspieszać (uzyskać podobne wielkości przyspieszenia), z obwodu głównego odłączane są kolejne rezystory poprzez ich zwieranie przez styczniki rozruchowe. W efekcie tego pojazd dalej przyspiesza.

   
Elementy oporowe

   
Styczniki rozruchowe


   
   
Rozruch - zmniejszanie rezystancji poprzez wyłączanie kolejnych rezystorów


Gdy z obwodu głównego wyłączone zostaną wszystkie rezystory następuje zasilanie silników napięciem o wartości takim jak w sieci trakcyjnej, czyli bez obniżania jego wartości na opornikach. Jest to tak zwana jazda bezoporowa, czyli najbardziej ekonomiczna, bo nie występują straty energii elektrycznej wytracanej wcześniej na rezystorach.

   
Jazda bezoporowa - wszystkie oporniki wyłączone z obwodu


W powyższej fazie rozruchu pojazd jest już znacznie rozpędzony i możliwe jest włączenie tzw. bocznikowania, czyli osłabiania wzbudzania stojanów silników trakcyjnych poprzez włączenie w ich obwód oporników i bocznika indukcyjnego, co powoduje rozkład prądów i ich spadek w obwodzie stojana. To z kolei wpływa na zwiększenie prędkości obrotowej silników, a więc i prędkości jazdy.
Przy jeździe bocznikowej następuje duże przyspieszenie natomiast mały moment rozruchowy, stąd bocznikowanie może być załączone dopiero po rozpędzeniu pojazdu.

Jak już było wspomniane wcześniej w trakcie rozruchu rezystancyjnego dochodzi do nagrzewania się elementów oporowych w skutek przepływu przez nie prądu. Stąd też konieczne jest odpowiednie chłodzenie oporników.
Bardzo popularnym rozwiązaniem w tym zakresie był montaż elementów oporowych na dachu wagonu silnikowego, co powodowało ich przewietrzanie na skutek przedmuchu powietrza od pędu pojazdu.

       
Oporniki rozruchowe na dachu tramwaju

l

Tu warto zwrócić uwagę, że temperatura na takich rezystorach dochodzi do kilkuset stopni Celsjusza. Bardzo łatwo zaobserwować falujące od gorąca powietrze nad dachem tramwaju właśnie w strefie, gdzie zamontowane są rezystory.
W przypadku zabudowania oporników rozruchowych wewnątrz tramwaju (najczęściej pod podłogą), jak przykładowo w tramwajach typu 102N/Na, konieczne jest zastosowanie wymuszonego chłodzenia oporników rozruchowych poprzez specjalne wentylatory ssąco tłoczące. Ten typ chłodzenia, czyli praca tych wentylatorów jest głównym źródłem hałasu w tramwaju.

   
Skrzynie ze stycznikami i opornikami (102Na)

   
Skrzynia z opornikami rozruchu (102Na)

W wagonach z rozruchem stycznikowo - oporowym zastosowany może być układ automatyki sterowania rozruchem, odpowiadający za automatyczne dobieranie parametrów rozruchu w stosunku do warunków trasowych. Na przykład w sytuacji, gdy wagon podczas przyspieszania wpadnie w poślizg system ten automatycznie zmniejszy rozruch w celu przywrócenia przyczepności kół. Czyli nawet jeżeli motorniczy ustawi nastawnikiem rozruch maksymalny to system sterujący będzie automatycznie sterował rezystancją w obwodzie głównym tak, aby zapewnić optymalny rozruch bez szarpnięć, poślizgów i przeciążeń silników z zachowaniem jednak prawidłowej dynamiki przyspieszania.
W tramwaju zabudowany jest w takim przypadku wielostopniowy, krzywkowy mechanizm przełączający. Składa się on z wału z krzywkami i łącznikami, którego pracą steruje serwomotor (silnik sterujący). Pracą serwomotoru steruje układ regulacji prędkości jazdy na podstawie zadanego przez motorniczego reżimu jazdy. Na podstawie pomiaru wartości prądu jaką pobierają silniki trakcyjne system odpowiednio steruje serwomotorem, powodując obracanie lub nie wału na kolejne pozycje. Jeżeli w obwodzie silników trakcyjnych płynie prąd o zbyt dużym natężeniu to praca wału jest wstrzymana. Gdy prąd trakcyjny zmniejszy się do ustawionej wartości progowej nastąpi przekierowanie wału na kolejną pozycję i przez zwarcie krzywką wału odpowiedniego łącznika, następuje odłączenie kolejnych rezystorów z obwodu silników.

   
Wielostopniowy krzywkowy mechanizm przełączający (opis na powiększeniu)


Na przykładzie wagonów typu E1 zastosowany jest w nich mechanizm przełączający z 21 stopniami jazdy (11 stopni jazdy z grupami silników połączonych szeregowo i 10 stopni z grupami silników połączonymi równolegle – w tym 3 stopnie bocznikowania) oraz 17 stopniami hamowania.

   
Rękojeść nastawnika jazdy (wagon typu E1)

   
Rękojeść nastawnik jazdy w kabinie (wagon typu 102N)

 
Przykładowy mechanizm krzywkowy nastawnika jazdy

Jeżeli nastąpi przekroczenie maksymalnej wartości prądu jaką mogą być zasilone silniki trakcyjne nastąpi zadziałanie w zależności od typu pojazdu, albo styczników liniowych, albo wyłącznika nadmiarowo - prądowego i rozłącznie obwodu głównego.

   
Stycznik liniowy SUT-300

   
Rękojeść wyłącznika nadmiarowo - prądowego w suficie kabiny (wagon tyou E1)

Przykładowo w tramwajach typu 102N/Na, motorniczy ma zamontowany na pulpicie amperomierz, na którym widzi aktualną wartość prądu, jaką zasilane są silniki trakcyjne i może odpowiednio sterować rozruchem, tak by nie przekroczyć wartości maksymalnej natężenia prądu.

   
Amperomierz na pulpicie

Powyżej opisane zostały przykłady rozruchu stycznikowo-oporowego czyli tzw. rozruchu pośredniego, w którym do sterowania rozruchem (regulacji rezystancji w obwodzie głównym) wykorzystyawane jest napięcie pokładowe (niskiego napięcia) odpowienio sterujące pracą styczników, zgodnie z reżimem nastawionym przez prowadzącego pojazd, których styki pracują w obwodzie wysokiego napięcia (sieciowego).
W starego typu pojazdach, stosowany był rozruch oporowy bezpośredni. W obwodzie trakcyjnym nie były stosowane styczniki rozruchowe (ani inne pośrednie układy) sterowane napięciem pokładowym. W takim rozwiązaniu odpowiednie łączenie oporników rozruchowych w celu utrzymania właściwej rezystancji na czas rozruchu, realizowane było bezpośrednio w nastawniku jazdy poprzez łączniki sterowane krzywkami na wałach nastawnika. W tym układzie, do nastawnika dopływało napięcie bezpośrednio z sieci trakcyjnej. 

Mechanizm krzywkowy nastawnika jazdy w zabytkowym wagonie typu SN1 z rozruchem oporowym bezpośrednim