lokomotiv

Et elektrisk lokomotiv består ud over vognkasse, undervogn og bogier mv. af hovedkomponenter som strømaftager, hovedafbryder, transformator, reguleringskreds samt banemotorer. Strømaftageren har en kul- eller metalskinne, som presses mod køretråden. Hovedafbryderen skal bl.a. sikre såvel fødestationer som lokomotiv mod ødelæggelse i tilfælde af kortslutning.

Lokomotiver til vekselstrømsdrift har en transformator, som nedtransformerer højspændingen, så den kan benyttes i banemotorerne. Transformatoren har ofte hjælpeviklinger til elektrisk togvarme og lavspændingsforsyning på lokomotivet.

Mens det på lokomotiver til 16,7 Hz er muligt at regulere banemotorerne ved at koble disse direkte til transformatorens sekundærside i 20-40 trin, må der på lokomotiver til 50 Hz-net benyttes andre principper, fx ensretning til jævnstrøm, anvendelse af roterende omformning eller fasekonvertering. På lokomotiver til jævnstrøm reguleres banemotorerne som regel vha. en kombination af modstande, serie-/parallelkobling og feltsvækkelse.

I de elektriske lokomotivers barndom var det ikke muligt at fremstille kraftige motorer af en størrelse, der tillod, at motorerne kunne placeres i bogierne, som det kendes på moderne lokomotiver. Derfor har ældre elektriske lokomotiver de store langsomtkørende motorer placeret på undervognen, og trækkraften overføres fx via en blindaksel og trækstænger til drivhjulene.

Senere fik banemotorerne en størrelse, så de kunne forbindes med drivakslerne vha. et gear, selvom de stadig var placeret fast i undervognen. Først omkring 1930 blev elektriske bogielokomotiver almindelige. På alle nyere lokomotiver sidder banemotorerne i bogierne, oftest med én motor pr. aksel.

I Frankrig er typer med en større banemotor pr. bogie endnu udbredt. Som følge af de elektriske tab i banemotorerne sker der en kraftig opvarmning af disse, hvorfor det er nødvendigt med en særlig banemotorventilation.

For at kunne opfylde det gamle ønske om at anvende den robuste trefasede kortslutningsmotor (asynkronmotor) som banemotor er det nødvendigt at kunne regulere både spænding og frekvens på banemotoren. Et af de første lokomotiver med sådanne motorer blev bygget i 1953 i Frankrig. Udviklingen tog dog først rigtig fart med udviklingen af tyristorer (styrede halvlederensrettere) og computerteknologien.

I slutningen af 1970'erne kunne lokomotiver med tyristorregulering og asynkronmotorer tages i brug i Tyskland. Reguleringen efter transformatoren består af en ensretter, en jævnspændingsmellemkreds og en vekselretter, som forsyner banemotorerne med trefaset vekselstrøm med variabel spænding og frekvens.

Tyristorerne styres af computere og kan i vekselretteren ved meget hurtige ind- og udkoblinger frembringe den ønskede størrelse af spænding og frekvens (pulsvekselretter). Det gør det også muligt at bremse køretøjet elektrisk med den samme store effekt, som benyttes til trækkraft.

Tyristorregulering har som bivirkning uønskede støjstrømme, som til en vis grad kan undertrykkes vha. filtre indbygget i transformatoren eller reguleringskredsen. Pulsvekselrettere og asynkronmotorer er nu de mest anvendte ved bygning af nye elektriske køretøjer, ikke bare lokomotiver, men også togsæt, motorvogne og sporvogne.

DSB's elektriske køretøjer til 25 kV-nettet (lokomotiv litra EA, 1984, og togsæt litra ER, 1995) er begge af typen med asynkronmotorer og pulsvekselrettere. Det gælder ligeledes de nye tosystemskøretøjer til 25 kV/15 kV, 50 Hz/16,7 Hz (lokomotiv litra EG, 1999, og togsæt litra ET, 1999), som skal benyttes i trafikken til og fra Sverige, og de nye S-tog (litra SA, 1995) til den københavnske S-bane.

har dieselmotoren koblet til en dynamo eller generator, som via reguleringssystemer forsyner banemotorerne med energi. Den elektriske del af transmissionen svarer i princippet til elektriske lokomotiver. Energiforsyningen til opvarmning af vogne kan enten ske vha. hoveddieselmotoren eller fra en særlig hjælpedieselmotor.

Som følge af forskellene mellem karakteristikkerne for dieselmotoren og for generatoren er det nødvendigt at regulere disse i forhold til hinanden. Den mest almindelige metode er at lade dieselmotoren køre med flere forskellige konstante hastigheder og modificere generatorkarakteristikken herefter. Herudover anvendes ofte feltsvækning af banemotorerne, hvorved disses moment kan øges ved højere hastigheder. Parallelt med indførelsen af de trefasede banemotorer på elektriske lokomotiver blev det også muligt at anvende denne motortype på diesellokomotiver.

I Danmark blev det første dieselelektriske lokomotiv til DSB bygget i 1927 (litra MT), og i begyndelsen af 1930'erne byggede Frichs i Århus en række succesfulde store lokomotiver, heriblandt to til DSB (litra MX). Bortset fra en række mindre lokomotiver af samme type til de danske privatbaner blev der ikke før 2. Verdenskrig bygget flere dieselelektriske lokomotiver til danske jernbaneselskaber.

Til gengæld modtog DSB i samme periode og i første halvdel af 1950'erne et større antal motorvogne og lyntog forsynet med samme motor- og transmissionstype. I 1954 blev det første dieselelektriske lokomotiv af en ny generation leveret til DSB (litra MY). Denne type blev grundlaget for de senere litra MX (1961) og MZ (1967).

Alle disse typer er forsynet med en langsomtkørende totaktsdieselmotor (General Motors) og med jævnstrømsbanemotorer. I 1958 byggedes de hidtil eneste dieselelektriske rangerlokomotiver til DSB (litra MT). Som et af de første jernbaneselskaber fik DSB i 1981 leveret et dieselelektrisk lokomotiv med trefasede vekselstrømsbanemotorer (litra ME).

Det elektriske transmissionssystem har visse ulemper dels i form af høj vægt og pris, dels i det umiddelbart ulogiske i at transformere mekanisk energi til elektrisk og derefter tilbage igen med heraf forøgede tab. Derfor har der været arbejdet på at kunne anvende en mekanisk transmission uden de ulemper, den simple version af denne besidder.

Lige efter 1. Verdenskrig udførtes eksperimenter med hydrostatiske transmissioner. Disse havde og har stadig en række svagheder, som nødvendiggør en anden løsning. Den hydrauliske momentforstærker, som blev udviklet i 1920'erne, blev løsningen på problemet. Anbragt mellem motoren og indgangen til en gearkasse fungerer den både som kobling og momentforstærker, og den gør det muligt at udjævne forholdet mellem dieselmotorens og drivhjulenes omdrejningstal i hele motorens omdrejningsområde.

Mellem gearkassen og drivhjulene er der ligesom på den mekaniske transmission anbragt kardanaksler og akselgear. Antallet af momentforstærkere og trin i gearkassen kan være forskelligt afhængigt af lokomotivtype. Såvel motorregulering som gearskift foregår automatisk. Den hydrauliske transmission har en lav vægt, men også et ret stort tab, som dog i dag er blevet mindre.

Det er især i Tyskland på de store lokomotivtyper, at den hydrauliske transmission har slået igennem. I Danmark findes dieselhydrauliske lokomotiver kun som rangerlokomotiver, litra MH (1960) og litra MK (1996), rangertraktorer og som sidebanelokomotiver på privatbanerne. Endvidere findes den dieselhydrauliske transmission på forskellige lette togsæt (litra MR og privatbanernes Y-tog).

Dieselmekanisk transmission svarer til en bils, dvs. i sin simpleste form til en manuelt betjent gearkasse indskudt mellem motor og drivhjul, men suppleret med et særligt vendegear, da det på et jernbanekøretøj skal være muligt at køre med samme hastighed i begge retninger.

Udviklingen har vist, at dieselmekanisk transmission kun er egnet til overførsel af mindre effekter, hvorfor dieselmekaniske lokomotiver er en sjældenhed. Derimod er og har transmissionsprincippet været meget benyttet herhjemme på mindre enheder som fx rangertraktorer, skinnebusser og togsæt.

Et af de seneste eksempel herpå er DSB's IC3-tog, hvor transmissionen sker via en femtrins mekanisk gearkasse med hydrodynamisk starttrin af samme type, som anvendes på busser.