Dizel Elektrikli Lokomotifler

Dizel Elektrikli Lokomotifler

Halil Deveci -Elektrik Mühendisi-

Dizel Elektrikli Lokomotifler

Güç elektroniğinin yıllar içerisindeki gelişimi birçok endüstriyel uygulama ile birlikte demiryolu sektörüne de yansımıştır. Demiryolunda yolcu ve yük taşımacılığının temel taşlarından biri olan lokomotifler de bu dönüşümden nasibini almıştır. Ancak ne yazık ki bu yeniliklerin lokomotiflerde kullanılması gerek bu kadar yüksek güçlerde ve karmaşık sistemlerde güç aktarımının zorluğu, gerekse bu tip uygulamaların yüksek güvenlik gerektirmesi nedeniyle diğer endüstriyel uygulamalara nazaran uzun zaman almıştır.

TCDD’de kullanılan dizel lokomotif motoru

Dizel elektrikli lokomotiflerde enerjinin kaynağı dizel motordur. Dizel motordan alınan mekanik enerji ana alternatörde üç fazlı alternatif akım elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu elektrik enerjisi lokomotifin ve kontrol sisteminin yapısına göre farklı şekillerde kontrol edilerek akslarda bulunan ve doğrudan lokomotifin tekerleklerini tahrik eden cer motorlarını sürmekte kullanılır. Modern kontrol sistemlerinde enerjinin kontrolünde gelişmiş yarıiletken teknolojilerinin kullanılabilmesi eski sistemlere göre yüksek verimli, düşük ağırlıklı, düşük hacimli, düşük tepki süreli, yüksek güçlü ve patinaj performansı arttırılmış lokomotiflerin tasarlanıp üretilmesine olanak tanımıştır.

Lokomotiflerde güç ve enerji kontrolü

TCDD’nin kullandığı lokomotiflerdeki sistemlerde “dizel motor” tarafından sağlanan mekanik enerji, alternatörde[1] üç fazlı alternatifakım elektrik enerjisine çevrildikten sonra tam dalga doğrultucular yardımı ile doğrultulur. Elde edilen doğru akım elektrik enerjisi bojilerde bulunan doğru akım cer motorlarında yeniden mekanik enerjiye çevrilerek pinyon-cer dişli sistemi aracılığı ile tekerleklere aktarılır. Doğrultma işlemi sistemin kontrol mekanizmasına göre kontrollü veya kontrolsüz doğrultma olabilir. Güç elektroniği uygulamalarının nispeten daha az yaygın olduğu yıllarda geliştirilen lokomotiflerde ağırlıklı olarak kontrolsüz doğrultucu kullanıldığı gözlenmektedir. Bu tip uygulamalarda cer motorlarının (lokomotifin) hız kontrolü, doğrudan alternatör uç geriliminin artırılıp azaltılması ile yapılmaktadır (Şekil 1’deki blok şemada TÜLOMSAŞ üretimi, TCDD Taşımacılık A.Ş. tarafından ticari işletmede kullanılan Co-Co tipi bir lokomotif olan DE 24000’e ait güç aktarımı gösterilmektedir).

Lokomotifin hız ayarları

Anlattığımız kontrol sistemi sayesinde cer motorlarına uygulanan gerilim kontrol edilerek lokomotifin hızlanması ve yavaşlaması sağlanmaktadır. Enversör[2] adı verilen mekanik yapı sayesinde ise cer motorları ikili gruplar halinde (her aksta bulunan) devreye alınıp devreden çıkarılabilmektedir. Lokomotifteki cer motorları seri uyartımlı cer motoru olduklarından gerilimin artması hem endüvi[3] hem de uyartım devresinin akımının artmasına yol açacak ve bu sayede (manyetik lineerlik varsayımı ile) Denklem 1’de verildiği gibi üretilen moment artacaktır.

Cer motoru[4] çekiş sistemi

Çekiş sistemlerinde kullanılan asenkron motorların kontrolü hakkında lokomotifin çekiş eğrisine göre cer motorunun devir-moment eğrilerinin yer aldığı aşağıdaki şekil fikir verebilir.

Maksimum momentin istendiği nominal çalışma noktasından sonra motor alan zayıflatma bölgesinde çalışarak daha düşük yüklerde daha yüksek hızlara çıkabilecektir. Gri  eğri ile lokomotifin hız-kuvvet eğrisi gösterilmektedir. Toplam kuvvet ile moment [5]arasında tekerlek çapı, dişli çevirme oranı ve lokomotifteki toplam cer motoru sayısı ile geçiş yapılabileceği unutulmamalıdır. Motorda üretilen momente göre devir değişimi ise yine Denklem 3’te verilen hareket denklemine göre bulunabilir. Bu noktada yük momentinin belirlenmesi dişlilerdeki aktarma, dizinin toplam ağırlığı, yol koşulları, tekerlek yol arasındaki aderans, rüzgar direnci gibi bir çok parametreye göre değişeceğinden teorik olarak belirlenmesi zor olmakla birlikte hesaplanması için bir takım ampirik formüllerden faydalanılabilir Demiryolu araç dinamiğinin daha ileri çalışmalarda lokomotiflerin çekiş ve yük eğrileri ile birlikte çekiş performanslarının detaylı incelenmesi için çalışılması düşünülmektedir. Bu sayede lokomotif çekiş sistemlerinin matematiksel modelleri oluşturularak simülasyonlarının yapılması hedeflenmektedir.


[1]Alternatörler aracın motoru çalışıyorken Aküyü şarj eder ve diğer tüm elektrik sistemlerine enerji sağlar.

[2]-Kelime Fransızcada “İnverseur” İngilizcede “inverter” den gelmekte olup türkçe karşlığı “çevirici” dir.

[3]En basit olarak endüvi’de oluşan manyetik alanın kutup alanına gösterdiği tepki olarak tanımlayabiliriz. Endüvi sargılarında akım yok iken kutupların oluşturduğu manyetik akı düzgün bir dağılım gerçekleştirir

[4]Cer motoru çalışma ilkeleri: Dizel motora alternatör ile bağlıdır. Alternatör alternatif akım üretir. Alternatif akım redresörle doğrusal akıma çevrilir. Enerji kumanda ve kumanda masasına gider. Kumandadan gelen enerji cer motoruna aktarılır. Tekerlere bağlı olan cer motoru lokomotifi hareket ettirir.

[5]Fizik’te moment, fizikî niceliğin mesafe ile bileşimidir. Momentler, genellikle sabit bir referans noktasına ya da eksene göre tanımlanırlar, ilgili referans noktasından ya da ekseninden belirli bir mesafede ölçülen fizikî kemiyetleri ele alırlar.

Bilimsel gelişmeleri içeren aylık dergi