MÁV V50 sorozat

MÁV V50 sorozat
MÁV V50 sorozat
Általános adatok
Gyártó	Ganz, Budapest + MÁVAG, Budapest
Gyártásban	1922
Gyári típusjel	VM5
Műszaki adatok
Tengelyelrendezés	E
Nyomtávolság	1 435 mm
Hajtókerék-átmérő	1 070 mm
Teljesítmény
Névleges	2x590 kW
Engedélyezett legnagyobb sebesség	67 km/h
Ütközők közötti hossz	9 640 mm
Magasság	4 650 mm
Szélesség	2 934 mm
Szolgálati tömeg	92,5 t
Villamos vontatás
Áramnem	16 kV, 50 Hz AC
Áramellátás	felsővezeték

A MÁV V50 sorozat egy, a MÁV részére szállított kísérleti villamosmozdony volt.

1 darabot gyártottak belőle 1923-ban. A MÁV 1922-ben rendelte meg, a villamosított pályák, illetve a Kandóféle 16 kV 50 Hz vontatási rendszer tesztelésére.

Története

Amerikával ellentétben, ahol szinte egységesen az egyenáramot preferálták a vasúti vontatásban a 20. század elején, Európa két táborra szakadt:

• Német tábor: Svájc, Németország, Ausztria, Svédország, Norvégia – a váltóáramú vontatás mellett döntöttek
• Francia tábor: Franciaország, Spanyolország, Portugália, Olaszország, Belgium, Hollandia, Nagy Britannia – az egyenáramú rendszert támogatták

A váltóáramú vontatást – bár előnyeivel már tisztában voltak (kevesebb táplálóállomás egy adott szakaszon) ebben az időben nehéz volt megoldani. Mivel ekkoriban kizárólag az egyenáramú motorok teljesítményszabályozása volt csak megoldható.

Ilyen alapon fejlesztették ki Svájcban azt a megoldást, amely mind a mai napig használatban van a fent említett 5 országban. A rendszer 15 kV-os, de 16 2/3 Hz-en működik. Ez speciális táplálóállomást igényel, ahol az ipari áram frekvenciáját csökkentik (16 2/3 Hz=50 Hz/3). A 20. század elején ugyanis még nem ismerték a nagy teljesítményíű egyenirányítókat. A rendszer lényege az volt, hogy soros gerjesztésű kommutátoros motorokat használtak, melyben a forgó és állórészt sorba kapcsolták (univerzális motor), forgó és állórészén egyszerre változik meg az áram iránya, ez azonban csak alacsony (15–20 Hz körüli) frekvenciánál forgatja hatékonyan a motort. A vontatómotor így közvetlenül a mozdony főtranszformátorára van rákötve, és annak fokozatait (primer vagy szekunder) átkapcsolva, veszteségmentesen szabályozható. A rendszer hátránya a táplálóállomások drága, bonyolult szerkezete.

Kandó Kálmán érdeme, hogy az említett rendszer háttányait sikeresen kiküszöbölte, előnyeit megtartva (korát megelőzve) , ennek a fejlesztésnek az eredménye a V50-es sorozatszámú mozdony, valamint az, hogy az 50 Hz-es vontatás legelőször Magyarországon valósult meg.

Kandó Kálmán és Verebélÿ László a 16 kV-os 50 Hz-es rendszert választotta, melyben a táplálóállomások csak transzformátorokból álltak, amelyek működéséhez nincs szükség folyamatos emberi jelenlétre, így nemcsak telepítésük és karbantartásuk, hanem üzemeltetésük is olcsóbb. A rendszer lényege, hogy az egyfázisú 50 Hz táplálást a mozdonyon belül alakítja át a vontatás igényeinek megfelelő három fázisú változtatható feszültségű táplálássá a motorok részére. Mivel a kerekek hajtására váltóáramú, többfázisú aszinkron motort alkalmazott így az egyfázisú áramot többfázisúvá kellett alakítani. A másik probléma a fordulatszám szabályozás volt, hiszen az aszinkron motorok fordulatszáma elsősorban a frekvenciától függ és viszonylag állandó.

Az utóbbi problémát nagy pólusszámú pólusszám árkapcsolós motorral oldotta meg, amely méretes vontatómotort eredményezett, így csak egyet tudott elhelyezni belőle oldalanként, mely rudazattal hajtotta a kerekeket. A több fázissal történő áramellátást saját fejlesztésű átalakítóval oldotta meg, amelyet szinkron-fázisváltónak nevezett el. Ez a szerkezet nem más mint egy szinkronmotorral egybeépített háromfázisú generátor. Bár hasonló megoldásokkal más országokban is kísérleteztek, de azok Kandóéval szemben nem bizonyultak elég hatékonyak és egyszerűnek. A 16 kV-os 50 Hz-es rendszerrel először a Budapest – Dunakeszi – Alag vasútvonalat villamosították a próbaüzem céljából. Mivel a próbaüzem sikeres volt így Kandó feladatul kapta a Budapest – Salgótarján – Zólyom – Ruttka vasútvonal villamosítását, amely azonban a trianoni békeszerződés miatt nem valósult meg. Így a nagy méretű villamosításra csak később a Budapest – Hegyeshalom vonalon került sor.

Az 50 Hz-es rendszer kifejlesztésével bebizonyosodott, hogy az egyfázisú, váltóáramú, ipari frekvenciájú vontatásé a jövő.

Néhány évtizednek kellett eltelnie, valamint fel kellett találni az egyenirányítókat is, mire más országok is (meglepő, hogy elsőként az egyenáramú rendszer mellett kardoskodó Franciaország) felismerték ennek a rendszernek az előnyeit. A franciák a második világháború után kezdték meg a kísérleteket ezzel a rendszerrel, és a hatékonyság növelése érdekében 25 kV-ra emelték a feszültséget.

Felépítése

A mozdony felépítése az Olaszországban már bevált háromfázisú E 552 sorozat felépítését követi. Itt is Kandó-háromszögön keresztül hajtja meg az oldalanként egy darab hajtómotor a kerekeket.

Az egy vezetőfülkés kialakítást az egyszerűbb vezérlés indokolta, hiszen a kezelőszerveket nem kellett a másik vezetőfülkében megismételni.

A mozdony elsődleges célja a 16 kV 50 Hz fázisváltós vontatási rendszer kipróbálása, életképességének demonstrálása.

A rendszer fő eleme a fázisváltó, amely egy egyfázisú szinkronmotort és egy háromfázisú szinkrongenerátort egyesít egy villamos gépben. A kísérleti mozdony első verzióján a fázisváltó kétpólusú kivitelben, az állórészen olajhűtéssel a forgórészen léghűtéssel került kialakításra. A forgórész gerjesztésének szabályozásával a fázisváltó 417 és 750 V között szabályozható feszültséget biztosított a hajtómotoroknak.

A gépet a gerjesztőgép akkumulátorról táplálva gyorsította fel a szinkronizáláshoz szükséges 3000 1/min fordulatszám közelébe.

A hajtómotorok indítására, illetve a gazdaságos fordulatszámok közötti átmenet biztosítására egy a motorok forgórészkörébe kötött vízellenállásokat szabályozó automatika szolgált, olymódon, hogy a gyorsítások során a gépek teljesítményfelvétele állandó legyen.

Az új mozdony 1923. október 31-én futott végig először az erre a célra létrehozott Budapest-Alag 15,3 km hosszú próbapályán. Az üzemi mérések csak 1925 elején indulhattak, mivel a kísérleti mozdonyon az első próbafutások alkalmával jelentkező problémákat javítani kellett. A tapasztalatok azt mutatták, hogy a fázisváltó forgórészének szigetelése nem megfelelő, a próbák során többször megsérült, ezért 1926-ban a mozdonyt leállították és a fázisváltó forgórészét vízhűtésessé alakították át.

A próbák az elképzelés helyességét igazolták:

• Fázisváltós mozdonnyal lehet nehéz vonatokat indítani és továbbítani
• Az országos energiahálózat elbírja a vontatási rendszer által keltett áramlökéseket.

Az áttervezett mozdony

Az eredeti próbamozdony mechanikai részeinek megtartásával teljesen új elektromos rendszerrel épült meg az új konstrukció.

A próbák alapján az áttervezett fázisváltó négypólusú és a forgórészén vízhűtéses lett, amelynek a műhelyrajzai 1925-re már készen voltak, a legyártása azonban csak 1926-ban kezdődött meg. A négypólusú üzemből adódó alacsonyabb fordulatszám (1500 1/min) a forgórész kisebb mechanikai igénybevételét eredményezte.

Az új fázisváltó állórésze több fontos változtatáson ment keresztül. Megváltoztak a horonykialakítások, készültek kivezetések a 2, 3 és 4 fázisú üzemhez az új Bláthy-Kandó-féle pólusátkapcsolós hajtómotoroknak. A szinkronizáláshoz az átalakított gépcsoportban egy aszinkron motor gyorsította fel a fázisváltó forgórészét.

A két oldalon elhelyezett 18 (4 fázisú táplálással), 24 (3 fázisú táplálással), 36 (két fázisú táplálással) pólusszámra átkapcsolható hajtómotor forgórészének mind a 48 kivezetése közvetlenül a vízindító 48 elektródájának egyikéhez csatlakozott, a forgó mágneses tér a rotor megfelelő tekercseléseiben automatikusan hozta létre az áramot, külön kapcsolóberendezésre nem volt szükség.

Tanulságok

A 16 kV 50 Hz vontatási rendszer életképesnek, a (Magyarországon akkor általános) gőzvontatásnál nagyságrendekkel gazdaságosabbnak bizonyult.

Egy darab hajtómotor használatával a teljesítménytényező és a hatásfok javítható, lehetőség van egy nagyobb pólusszámú negyedik tekercselés elhelyezésére, ami az indítási viszonyokat javítja, illetve motorcsere esetén a kért motor pontos szögbeállítása elmarad.

A tapasztalatok alapján Kandó elkészítette az azonos villamos alapokra épülő személy és gyorsvonati (A későbbi V40 sorozat), illetve tehervonati (A későbbi V60 sorozat) mozdony terveit.

A fázisváltó állórészének tekercselését úgy módosították, hogy a segédüzemi transzformátor feladatait is ellása.

Források

• Mezei István. Mozdonyok, 1986, Budapest: Műszaki Könyvkiadó. ISBN 963-10-6770-X (a könyvön hibásan X nélkül szerepel) (1986. május 3.) 
• Egy életmű megkoronázása