Shrnutí na Elektrické stroje: Stejnosměrné a komutátorové motory

## Úvod Trakční motory jsou elektrické pohony používané v železniční trakci pro pohon lokomotiv a elektrických jednotek. Tento materiál se zaměřuje na dva konkrétní komutátorové typy trakčních motorů popsané v poskytnutém textu: **jednotázový sériový trakční (dráhový) motor** a **třífázový derivační komutátorový motor napájený do statoru**. Cílem je rozdělit složité pojmy na srozumitelné části, vysvětlit principy zapojení, přednosti a nevýhody a ukázat praktické aplikace. ## 1) Jednotázový sériový trakční (dráhový) motor ### Popis zapojení a funkce - V sérii s hlavním (statorovým) budičem je zapojeno **kompenzační vinutí $I$** pro potlačení reakce kotvy. - Dále je přítomno **pomocné vinutí $S$** s paralelně připojeným rezistorem určené ke zlepšení komutace. > Definice: Kompenzační vinutí je vinutí umístěné tak, aby potlačilo magnetickou reakci kotvy a zlepšilo rozložení pole ve stroji. ### Principy a důsledky - Sériové zapojení způsobuje, že proud vinutím závisí na zatížení motoru. Při vyšším zatížení roste proud a tím i magnetický tok. - Kompenzační vinutí snižuje rušivé účinky kotvy na hlavní pole, čímž zlepšuje komutaci a snižuje jiskření kartáčů. - Pomocné vinutí s rezistorem upravuje rozložení proudu při přepínání komutátoru, což vede k lepší komutaci při změnách proudu. ### Historie a současnost - Tyto motory byly původně vyvinuty pro střídavou trakci s frekvencemi $164\,\mathrm{Hz}$ a $50\,\mathrm{Hz}$. - V současnosti se v daném regionu nepoužívají ani nevyrábějí. ### Praktická aplikace - Původně pro trakční systémy s vyššími frekvencemi, dnes spíše historický význam a studium konstrukčních principů. ## 2) Třífázový derivační komutátorový motor napájený do statoru ### Popis zapojení - Stator obsahuje třífázové střídavé vinutí, podobně jako u asynchronního motoru. - Na komutátoru jsou pro každou pólovou dvojici tři nebo šest řad kartáčů. - Kartáče jsou připojeny na jezdec (kladky) sekundárního vinutí řiditelného transformátoru. - Středy sekundárních fází jsou spojeny do společného uzlu, takže posuvem jezdců se mění velikost i směr napětí přiváděného na kotvu. - Primární vinutí transformátoru je připojeno ke stejné síti jako stator. > Definice: Derivační komutátorový motor napájený do statoru používá řízený sekundární obvod transformátoru k variaci napětí přiváděného na kotvu při zachování třífázového napájení statoru. ### Chování při změně polohy jezdců - Jezdec dolů (viz původní obrázek) působí napětí $U_{\mathrm{W}}$ ve směru napětí $U_{\mathrm{I}}$ (tyto napětí se sčítají). - Zvýšení výsledného napětí vede ke zvětšení proudu $I_{\mathrm{I}}$, tím i k rostoucímu točivému momentu a otáčkám. - Aby proud $I_{\mathrm{I}}$ zůstal konstantní (dle provozních podmínek), musí se snížit napětí $U_{\mathrm{I}}$ zmenšením skluzu až do záporných hodnot, což znamená, že motor může pracovat nad-synchronně. ### Vlastnosti, výhody a nevýhody - Výhody: - Pevné nastavení kartáčů (nemusí se mechanicky přelaďovat při změně chodu). - Velký rozsah řízení otáček, běžně 1 : 10 i více. - Derivační ("zvoda") charakteristika, tedy umožňuje řídit kotvu separátně od statoru. - Možnost napájení přímo z rozvodné sítě. - Nevýhody: - Vysoká cena. - Velká hmotnost. - Zvýšené nároky na obsluhu a údržbu. ### Praktické použití - Vhodné tam, kde je požadován široký rozsah otáček a přesné řízení točivého momentu při napájení z běžné sítě. - Historicky zajímavé řešení tam, kde byly speciální požadavky na regulaci rychlosti bez složitých měničů. ## Srovnání obou typů | Vlastnost | Jednotázový sériový trakční motor | Třífázový derivační komutátorový motor napájený do statoru | |---|---:|---:| | Napájení | Jednofázové (určené pro speciální trakční systémy) | Třífázové statorové + řízený sekundární transformátor | | Kompenzace reakce kotvy | Kompenzační vinutí $I$ | Řízení pomocí jezdců sekundárního vinutí | | Komutace | Pomocné vinutí $S$ s rezistorem | Více řad kartáčů, pevné nastavení kartáčů | | Řízení otáček | Omezené, závislé na k