Villanyszerelők Lapja

Érdekesség

Mitől Kandó a Kandó mozdony?

2017. június 7. | Dobai Gábor energetikus, szakújságíró |  2838 | |

Mitől Kandó a Kandó mozdony?

Kandó Kálmán neve ismerősen cseng mindannyiunk fülében széles e hazában, sőt a határokon túl is, szerte Európában. A Kandó mozdony pedig egy hungarikum, de hogy mitől olyan különleges, mi az a speciális, csak rá jellemző tulajdonság, amely híressé tette alkotóját, nos, erről lebbentjük most föl a fátylat.

Az elektrotechnika három évtizedes diadalútjának eredményeként a villamosenergia gyakorlati alkalmazásának alapproblémái a XIX–XX. század fordulójára lényegében megoldódtak. Az 1890-es évek végére már csak egyetlen jelentős terület maradt, ahol a villamosenergia gyakorlati felhasználásának módja nem volt még kidolgozva, ez volt a nagyvasúti villamos vontatás szakterülete. Az 1880-as évek közepén folytak már ilyen irányú kísérletek főleg egyenárammal, de ezek eredményei nem voltak kielégítőek. Kandó 1897-ben tanulmányúton járt az Egyesült Államokban, ahol a látottak meggyőzték őt arról, hogy a nagyvasúti vontatásban háromfázisú aszinkron-vontatómotort célszerű alkalmazni. Ez a gondolat igen szokatlannak számított akkor, mert addig csak egyenáramú vagy alacsony frekvenciás soros (kommutátoros) motorral próbálkoztak. A villamos vontatás rendszerének eredményessége három kulcsfontosságú elemtől függ: a táphálózattól, a vontatómotortól és az energiaforrástól. Az elektromosság hőskorában a villamos vontatásban három szisztéma alakult ki, amelyek e három kritikus elem kombinációi.

Táphálózat Vontatómotor Energiaforrás
1,5-3 kV egyenáram egyenáramú soros vasúti erőmű
alacsony periódusú nagyfeszültség vált. áramú soros kommutátoros vasúti erőmű
ipari frekvenciás nagyfeszültség háromfázisú aszinkron országos hálózat

A járművek hajtására kezdetektől főleg egyenáramú soros gerjesztésű (kommutátoros), vagy ún. univerzális motort alkalmaztak alacsony periódusú váltakozóárammal táplálva, amely elvileg egyenárammal is működik. Ez a két motorfajta első közelítésben kitűnően megfelel a vasúti vontatás speciális igényeinek, nevezetesen annak, hogy a vonatok indításakor képes kifejteni a legnagyobb nyomatékot, illetve vonóerőt. Nyomaték-fordulatszám jelleggörbéjük, amely egy hiperbolához hasonlít, illeszkedik legjobban a vasúti vontatás számára szükséges ideális vonóerő–sebesség-jelleggörbéhez. Ezért egy évszázada előszeretettel alkalmazzák mindkettőt a nagyvasúti vontatásban. Ugyanakkor van egy hibájuk ezeknek a motoroknak, amit Kandó igen nagy hibának tartott: a kommutátor egy lelkiismeretes, precíz karbantartást igénylő kényes szerkezet, az egész hajtáslánc leggyengébb láncszeme. Ezt persze minden szakember tudta, de tudomásul vették. Kandó viszont a háromfázisú aszinkron motort részesítette előnyben a nagyvasúti vontatáshoz, amelynek nyomaték-fordulatszám jelleggörbéje erre a célra alapesetben egyáltalán nem ideális. Ha az lenne, akkor mások is aszinkronmotorral próbálkoztak volna. Kandó kezdetben az energiaellátás oldaláról is háromfázisú rendszerben gondolkodott, 1898 és 1902 között ezzel a szisztémával építette ki az olaszországi Valtellina-vasút egész rendszerét, ahol két munkavezetéket alkalmazott a két fázis számára, a harmadik fázis a sín volt.

1912-ben a Porosz-Hesseni, a Bajor, és a Badeni Államvasutak megállapodást kötött a villamos vontatás egységes rendszeréről, amelyben a vontatási feszültség négyzetes középértékét 15 000 Voltban, frekvenciáját 16 ⅔ Hertzben határozták meg. Ez a rendszer előnyös volt a jelentős vízerőkkel rendelkező alpesi, illetve a velük határos országokban, Svájcban, Németországban, Szlovéniában, Franciaország egy részén, valamint Svédországban és Norvégiában. Másutt, mint pl. Franciaország más részein és Oroszországban egyenárammal villamosították a vasúti vontatást.

Kandó viszont más úton járt, szilárdan kitartott a háromfázisú aszinkronmotor mellett. Az első világháború utáni drámai szénhiány következtében a MÁV tervbe vette a Budapest-Hegyeshalom vasútvonal 16 kV, 50 Hz-el történő villamosítását, amelynek két promotere Verebély László és Kandó Kálmán volt. Ehhez azonban megfelelő mozdonyt kellett tervezni. Kandó időközben belátta, hogy a két munkavezetékes háromfázisú táplálás rendszere nem életképes, így a továbbiakban egyfázisú táplálásban gondolkodott. A feladat adva volt: a nagyfeszültségű, egyfázisú, ipari frekvenciás táplálást össze kellett hozni a háromfázisú indukciós motorral. Kandó ezt a feladatot a korszak elektrotechnikájának eszközeivel megoldotta. Így született meg az ún. fázisváltó, mely egy egyfázisú transzformátor, szinkronmotor és egy többfázisú szinkrongenerátor volt egy testben.

A Kandó mozdonyok lelke, a fázisváltó

Ennek a szerkezetnek a megalkotása volt Kandó életének fő műve, így tehát a nagyfeszültségű ipari frekvenciás vasúti vontatás átfogó rendszerének első kidolgozója dr. Kandó Kálmán (1869–1931) volt. A róla elnevezett rendszernek két alapgondolata van:

a) igyekezett mellőzni a kényes és nagy karbantartás igényű kommutátoros motorokat a nagyvasúti vontatásból, melyeket a kezdetektől alkalmaztak,
b) a villamos vontatásnak nem önálló vasúti erőművekből, hanem az 50 Hz frekvenciájú országos alaphálózatból (mely később főelosztó hálózattá lett lefokozva) kell táplálkoznia.

A vasút országos energiahálózatra épített elektrifikálása azonban minden kedvező energetikai tulajdonsága ellenére mozdony-konstrukciós nehézségek miatt sokáig nem tudott elterjedni. A Kandó-rendszer fejlesztése a második világháború miatt megtorpant és mire a háború után az ipar magához tért, eredeti formájában elavult. 1947-ben a Bell Laboratóriumban feltalálták a tranzisztort, ezzel egy új szereplő került reflektorfénybe a történelem színpadán: a félvezető.

1956-ban megjelentek az első teljesítménydiódák, a ’60-as évek elejére pedig elérték azt a fejlettségi szintet, hogy mozdonyokba történő beépítésre is lehetett gondolni. A teljesítménydiódával olyan eszközhöz jutottak a mérnökök, amellyel egy több, mint háromezer alkatrészt tartalmazó, bonyolult forgógép nem kelhetett versenyre. Megszületett a fokozatkapcsolós egyenirányítós mozdony, amelynek magyarországi képviselője a jó öreg V 43-as.

Kandó ars poétikájának az ipari frekvenciás nagyfeszültséggel történő vasút villamosításra vonatkozó része az évtizedek során helytállónak bizonyult. Az egyenáramú soros gerjesztésű motoroknak a vasúti vontatásból történő száműzésére való törekvése viszont a Kandó által tervezett, hungarikumnak tekinthető, egy forgógépbe integrált transzformátor, szinkronmotor- és generátor megalkotásával nem igazán lett sikeres. Bár a célkitűzés helyes volt, Kandónak még nem álltak rendelkezésére a teljesítményelektronika ma ismert eszközei, amelyek főszereplői nem komplikált forgógépek, hanem a bórral vagy foszforral szennyezett szilíciumlapka. Koncepciójának ezt a részét az elektrotechnikának egy sokkal fejlettebb szintjén, a mai frekvenciaváltós hajtásnak nevezett megoldással sikerült megnyugtatóan megvalósítani. A mai tirisztorokkal, IGBT-vel megvalósított frekvenciaváltók voltaképpen Kandó fázisváltójának reinkarnációiként foghatók fel. Legfejlettebbnek ma a többáramnemű, frekvenciaváltós + aszinkronmotoros vontatójárműveket tekintjük. Ily módon akár a hamvaiból feltámadó főnixmadár, feltámadt a korát megelőző koncepció, teljesült Kandó Kálmán álma, hogy a kényes és nagy karbantartás-igényű kommutátoros motor helyett igénytelen aszinkronmotorral hajtott mozdonyok falják a kilométereket, amelyek nem kívánnak mást csak áramot és az elkopott fogaskerekek cseréjét.

Címkép: 1928-ra készült el az átépített kísérleti mozdony.

Villamos gépek