2014. 01. 04.

Vasúti fékezés XLIV. – Az elektrodinamikus mozdonyfékek

Az elektrodinamikus mozdonyfékek a hajtóműfékeknek sajátságos változatát képviselik. A nem villamos vontatású járművektől eltérően ezek működése többnyire felsővezetéki feszültséghez kötött, és a fékezés során keletkező energiát jó hatásfokkal táplálják vissza a hálózatba. Most tehát ezeknek a fékeknek a működésével ismerkedünk meg.


Az elektrodinamikus fékezés a kerékpár-fékezés egyik különleges válfaja. Működésének lényege, hogy a vontatójármű motorja (villamos vagy dízel-villamos vontatás esetén) generátorként működik, s lassulás közben (sebességtartó vagy sebességcsökkentő fékezés esetén) energiát termel. Az így keletkezett energia vagy ellenállásokon alakul át hővé (gyakorlatilag a mozdony „elfűti” azt), vagy a felsővezetéken keresztül távozik a hálózatba (ez az ún. rekuperációs, azaz visszatápláló megoldás). A régebbi kivitelű mozdonyokon az előbbi, az új, korszerű vontatójárműveken gyakorlatilag csak az utóbbi megoldást alkalmazzák.

Az elektrodinamikus mozdonyfékek (e-fékek) működésének van néhány jellegzetessége:
  • az első, és a fékezés szempontjából legfontosabb, hogy az e-fékek csak meghatározott sebesség fölött hatásosak: a régebbi, ellenállásos változatok 30–40 km/h, a korszerűbbek akár 2–3 km/h sebességig; a magyarázat az, hogy ez alatt a sebesség alatt a motor fordulatszáma olyan alacsony, hogy az már nem termel elegendő fékáramot a jármű lassításához (az ellenállásokon hővé alakító változatnak ennél sokkal alacsonyabb a hatásfoka);
  • a másik jellegzetesség abban áll, hogy az e-fék – mint kiegészítő fék – a vontatójármű fékezésének elsődleges módszerét képezi-e, avagy sem: a régebbi kivitelű gépeken (pl. a MÁV 630-as [V63] sorozatán is) az e-fék – karbantartási színvonaltól függően – a mozdonynak csak sebességtartó, vagy kismértékű, sebességcsökkentő fékezésére alkalmas. Ezzel szemben a korszerű vontatójárműveken a villamosfék minden esetben elsőrendű fékberendezésként üzemel, természetesen azzal a megkötéssel, hogy a villamosfék kiesése esetén a levegős rendszernek azonnal reagálnia kell;
  • a visszatápláló e-fékezés értelemszerűen mindig felsővezetéki hálózathoz kötött annyiban, hogy a főmegszakító kiesése vagy kikapcsolása esetén a villamos fékhatás megszűnik; emellett viszont az ellenállásokon alapuló változatnál ismeretes olyan megoldás is, mely sem felsővezetéki feszültséget, sem bekapcsolt főmegszakítót nem igényel a működéshez (pl. ŽSSK 350 sorozat);
  • az elektromos fék nem átmenő fék, nem várható tőle olyan mértékű lassító hatás, mint az átmenő féktől, de nem is erre találták ki: energia-hatékonysága mellett a másik komoly érv használata mellett az, hogy a nagy tömegű és nagy (hő)terhelésnek kitett fékrendszerű vontatójárművek kerékpárjait (abroncsait), valamint mechanikus fékalkatrészeit kímélje, emellett a kisebb mértékű, illetőleg sebességtartó fékezést fokozatosabbá és kényelmesebbé tegye;

Természetesen vannak bizonyos alapkövetelmények is az ilyen fékekkel szemben:
  • jó, ha a villamosfék az átmenő illetve kiegészítő levegős féktől külön is működtethető, ennek evidens módja a külön fékkar, de ismeretes olyan – nem feltétlenül szerencsés – megoldás is, ahol külön fékkar hiányában a villamosfék automatikusan kivezérlésre kerül átmenő fékezés esetén (BDVmot). A korszerű motorvonatokon a villamos fék már olyan kivitelű, hogy elsődleges fékberendezésként működtethető, villamos kapcsolások segítségével „átmenővé” is tehető és szinte megállításig fékez, a levegős átmenő féknek pedig van ugyan külön karja, de az nem üzemi fékként funkcionál;


Panorámakép az 5341 sor. motorvonat vezetőállásáról, melyen látható a menetállásban lévő levegős fékkar (bal oldalon a rádió mellett), valamint a menet-fékkar (jobb oldalon) is. Az üzemi fékezésre ez utóbbi szolgál, a levegős fék csak megálláskor lép be, és kb. 0,8 bar fékhengernyomással rögzít

  • korszerű vontatójárművekkel kapcsolatban alapvető igény, hogy az önműködő, átmenő fékkel történő fékezés esetén legyen lehetőség arra, hogy a vontatójármű automatikusan kivezérelje az e-fék alapjelét is, s a jármű fékezésére – legalábbis bizonyos sebességhatár fölött – kizárólag a villamosfék használatával legyen lehetőség;
  • alapkövetelmény továbbá, hogy ha a villamosfék bármi miatt „kiesne”, a sűrített levegős rendszer azonnal reagáljon és lépjen működésbe (kompenzáló fékezés).

A MÁV által régebb óta használt, villamos fékezésre is alkalmas fékezőszelepek a Knorr D5 és D15 jelű fékezőszelepei. Ezekkel befékezve – a sebességtől, a vonatnemváltó állásától, valamint a fékezési nemtől függően – vagy csak pneumatikus, vagy csak elektrodinamikus, vagy pneumatikus és elektrodinamikus fékhatás is kialakulhat. A konstrukció – noha még mindig igen elterjedt és nem csak Magyarországon – messze túlhaladottnak számít.

D15-ös fékezőszelep 630 sor. mozdonyon
(fotó: Halász Péter)

A D(1)5-ös típus jellegzetessége a hajtóműfék működtetésére szolgáló kontroller. Az átmenő fékezőszelep karjának valamilyen fékezőállásba történő mozdítása a kontrollerre egy fogaskerék-rendszer segítségével átadódik, így az a hajtóműféken azonos arányú fékezőerőt állít be. A hajtóműfék, valamint az átmenő fék működtetésének szétválasztására ideiglenesen (a kontroller billenőkarjának lenyomásával), vagy véglegesen (reteszelőcsavar használatával) is lehetőség van. Előbbi esetben a vonat kismértékű, korrigáló, vagy sebességtartó fékezéssel közlekedhet (csak a vontatójármű fékez), utóbbi eset pedig pl. a meghibásodott villamosfék kiiktatására szolgálhat.

Fékkarok a DB 185 sor. mozdonyán (TRAXX)

A villamosfék működését a Siemens ES64U2 típusú univerzális villanymozdonyán (pl. MÁV 470, ÖBB 1116, DB 182 sorozat) szemléltetjük. A többi, hasonló és korszerű konstrukció – néhány, kevésbé fontos jellegzetességtől eltekintve – ugyanezen az elven működik.

A fékberendezések egyszerűsített áttekintése az 1116 sor. mozdony műszaki leírása alapján

Mint ahogy már korábban említettük, az e-fék a mozdony elsőrendű fékberendezéseként üzemel, s működtethető önállóan, vagy az átmenő fékkel együtt is. A fékezőszelep Knorr HSM típusú, mikroprocesszoros vezérlésű (erre utal az „M” a típusjelben), két karos, a villanyfék leválasztására („szétakasztására”) a kar tetején található gomb lenyomásával van lehetőség.

Fékkarok az 1116 sor. mozdonyon

A fékezőszelep karjával beállított fékfokozat az ún. kommunikációs buszon keresztül a fékvezérlő berendezésbe kerül. Onnan az alapjel a központi járművezérlő számítógépbe (ZSG) jut, ahol az alapjel kiértékelésre kerül és a hajtásvezérlő (ASG) berendezés az áramirányítókat kivezérli. A villamos fék visszavezérlése lassabb fokozatokban történik akkor, ha mellette levegős fékezés is történt a vonatban, s az oldás a villamos és levegős fékekkel egyszerre történik. A villamosfék önállóan, AFB (automatikus menet- és fékvezérlés) használata esetén, valamint a fővezeték nyomásváltozásától függően is kivezérelhető (nem vezérlő mozdony esetén; a villamosfék távvezérelt és előfogati közlekedéskor is hatásos).

Fékkarok a DB egyik 189 sor. mozdonyán (ES64F4)
(A máshogyan nem jelölt felvételeket a szerző készítette)

Természetesen érvényesül a kompenzációs fékhatás is: ha a fékezés során a (mozdonyvezető által kezdeményezett) villamos fék kiesik, úgy 50 km/h sebesség alatt a kiegészítő fék 3,8 bar nyomással befékez. A fékhatás a kiegészítő fék karjával oldható, s a befékezés tényét 90 másodpercen belül nyugtázni kell, ellenkező esetben kényszerfékezésre kerül sor. A főmegszakító kikapcsolása esetén az erre szolgáló TR-gomb megnyomása a villamosféket önműködően visszavezérli, s a főmegszakítót csak ezt követően ejti ki. A BSG (fékvezérlő számítógép) az AFB használatánál mindig – AFB nélkül pedig ha az utánfékezés ki van kapcsolva – kompenzálja az így kieső fékhatást, mégpedig a fővezeték nyomásának csökkentésével. Célszerű tehát a főmegszakító kikapcsolása előtt a villamos fékhatást megszüntetni, a nem kívánt átmenő fékezés elkerülése miatt. Érdekesség, hogy az ÖBB ingavonati üzemében a villamosfék 150 kN fékezőerejének megemelésére is lehetőség van (240 kN-ig). A villamos fékerő a mozdonyon 40 km/h sebesség alatt – minden üzemmódban – szoftveresen 100 kN-ra korlátozódik.

Nánási Zoltán

Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.

5 megjegyzés:

  1. Köszi, ezt már vártam :)
    Azt lehet tudni, hogy a Magyarországon állományban levő járművek (beleértve metró, villamos) közül melyik tud visszatáplálni?

    VálaszTörlés
    Válaszok
    1. Mindegyik közlekedési ágazatra (városi vasút, nagyvasút, föld alatt és fölött), hogy gyakorlatilag csak a legújabb beszerzésű járművek tudnak ilyet (Flirt, Taurus, Traxx, Talent, Alstom metrók). A villamosokkal a sorozat XXIX. és XXX. része foglalkozik részletesebben (bal oldalt, felül a tartalom alatt elérhető az összes rész, egy helyre gyűjtve).

      Törlés
  2. > Az így keletkezett energia vagy ellenállásokon alakul át hővé
    > (gyakorlatilag a mozdony „elfűti” azt), vagy a felsővezetéken
    > keresztül távozik a hálózatba (ez az ún. rekuperációs, azaz
    > visszatápláló megoldás). A régebbi kivitelű mozdonyokon az
    > előbbi, az új, korszerű vontatójárműveken gyakorlatilag csak
    > az utóbbi megoldást alkalmazzák.

    A jövő inkább az, hogy a mozdonynak csak saját magát kell és szabad "hízlalnia" a visszatáplálással, például fedélzeti szuperkondenzátor tömböt töltve, vagy vákuumban pörgő, nehézfém KERS rotort felpörgetve. Az ellenállás létrán elfűtés ugyanis pazarlás, míg a felsővezetékbe történő visszatáplálás durva áramellátási zavarokat okoz.

    Például a magyar V43-asok ma már ~3000 helyett csak ~2000 lőerősek, mert a vezérek nem merik 1000-1100 A felett járatni őket - így a névleges 25kV-nál lényegesen alacsonyabb feszültségű vonalszakaszokon, amiből a hazai gyakorlatban sok van, energiahiányosak a mozdonyok és csigaként gyorsulnak. (Ha ugyanis 10-12 km-en belül van Flirt vagy Traxx és az épp visszatáplálva fékez, akkor a nagy árammal járatott Szilinél a felsővezetékből érkező lökéstől leéghet az egyenirányító. Amíg nem volt visszatápláló fékezés, addig 1500, sőt 1600A is napi gyakorlat volt a Sziliken.)

    Éppen ezért jobb, ha az elektrodinamikus fékezés nyeresége házon belül marad a mozdonyon - illetve ha vissza is kell táplálni a felsővezetékbe, az sem a fékezés alatt, valós időben, hanem pl. szuperkondi tömb közvetítésével, időben elnyújtva és szabályozottan történjen.

    VálaszTörlés
    Válaszok
    1. Ez eléggé elméleti és kisarkított példa, de igaz, tényleg visszarúghat a villanyfék, innetől kezdve a diódavédelem sebességén múlik minden. Az áram nem csak azért kisebb manapság. Ebben szerepet játszik az is hogy manapság sokkal rövidebbek és könnyebbek a vonatok mint régen voltak.

      Törlés
    2. Sőt továbbmegyek, ha valami nem oké a mozdonyon és csak egy kicsit nincs fázisban a fék által termelt áram a felsővezetékben lévő árammal (mert ugyebár váltakozó feszültségről van szó, aminél frekvenciában és fázisban is szinkronban kell lenni a két feszültségnek. ), azonnal lenyomja az alállomást (jobb esetben), de elméletileg akár drasztikus meghibásodások lehetnek a trafóban. Többek közt ezért is volt nem egy bdv ben egész egyszerűen a villanyfék kiiktatva. Olyat rúgott vissza néha, hogy attól koldul!

      Törlés

Figyelem!

Oldalunkon bizonyos esetben, elsősorban régebbi írások esetén vagy időszakosan valamennyi írás esetén előzetesen moderáljuk a hozzászólásokat vagy a hozzászólások lehetőségének időszakos vagy tartós felfüggesztését. Amennyiben erre nem kerül sor, úgy fenntartjuk az utólagos moderáció jogát. Moderációs alapelveinkről részletesebben az Impresszumban olvashatnak.