Draaistroom, draaistroomtractie

Draaistroommotoren (ook wel asynchrone draaistroommotoren of inductiemotoren) zijn sterk en hebben weinig onderdelen die kunnen slijten. Ze hebben bijvoorbeeld geen koolborstels nodig. Toepassing in de spoorwegwereld was vroeger lastig: er was een dubbele bovenleiding nodig en de snelheid was lastig te regelen. Dankzij moderne vermogenselektronica kunnen draaistroommotoren tegenwoordig ook in 'gewone' treinen worden gebruikt.

Amsterdam, museum EnergeticA, 30 maart 2005. Replica op ware grootte van de eerste draaistroommotor, uitgevonden en vervaardigd in 1889 door AEG-ingenieur Von Dolivo Dobrowolsky (1862-1919). De stator bestaat uit een wikkeling die in 24 delen is opgesplitst, waardoor het proefmotortje (0,1 pk) kon worden aangesloten op tweefasen-, driefasen-, vierfasen- en zesfasenstroom. De rotor bestaat uit een massieve ijzeren cilinder, met daarin opgenomen een ronde koperen kooi van 24 koperen staven met voor en achter een koperen kortsluitring. Dobrowolsky's onderzoekingen met dit motortje brachten hem tot het inzicht, dat een driefasensysteem te verkiezen was boven een tweefasensysteem, maar dat verdere vergroting van het aantal fasen ondoelmatig was. Hij gaf het driefasensysteem de naam "draaistroom" en de motor de naam "draaistroommotor met kortsluitanker". Met noemt dit type motoren ook wel asynchrone draaistroommotoren of inductiemotoren. Deze motoren onderscheiden zich door eenvoud van constructie en bedrijfszekerheid. Zo hebben ze geen koolborstels die kunnen slijten.

Luzern, Verkehrshaus der Schweiz, 11 juli 2007. Model 1:10 van Zwitserse draaistroomlocomotief Fb 3/5 nr. 365 uit 1906. Let op de dubbele stroomafnemers. De wielen werden via een stangenstelsel aangedreven. De elektrificatie van de in die tijd gebouwde Simplontunnel was een initiatief van Brown Boveri & Cie (BBC). Voor eigen risico van BBC werd deze spoorlijn geëlektrificeerd met draaistroom. Het systeem beviel goed op dit korte traject, maar werd daarna in Zwitserland niet meer toegepast. Voor latere elektrificaties gebruikte men het ook in Duitsland en Oostenrijk toegepaste wisselstroomsysteem van 15.000 volt 16,7 Hz.

Luzern, Verkehrshaus der Schweiz, 11 juli 2007. Opengewerkte draaistroommotor van een Zwitserse locomotief (Fb 4/4 nr. 366) uit 1907. Het draaistroomsysteem is het doelmatigste systeem voor grootschalige opwekking en distributie van elektrische energie. Toepassing in de spoorwegwereld was vroeger echter lastig. In Noord-Italië en Zwitserland (Simplontunnel) is draaistroom wel toegepast, waarbij een gecompliceerde dubbele bovenleiding nodig was: twee draden voor twee fasen, de derde fase via de rails. Een ander groot bezwaar van dit systeem was dat het toerental, en dus de snelheid van de locomotief, lastig te regelen was: dat hangt namelijk af van de frequentie van de draaistroom.

Draaistroomloc type E-432 van de Italiaanse spoorwegen (archieffoto). In 1902 werd de eerste Italiaanse spoorlijn met draaistroom geëlektrificeerd. De locs leverden verbluffende prestaties, vergeleken met stoom­locomotieven. De serie op deze foto kwam in 1928 in dienst en heeft het tot in de jaren 70 volgehouden. Daarna werden ook de laatste Italiaanse draaistroomlijnen omgebouwd op 3000 volt gelijkspanning. Let op de dubbele stroomafnemers, nodig om twee fasen te kunnen opnemen. De derde fase liep via de rails.

Draaistroommotoren zijn zeer sterk en hebben weinig onderdelen die kunnen slijten. Een eigenaardigheid is dat de draaisnelheid afhangt van de frequentie van de wissel­spanning. Ongeacht het gewicht van de trein of de helling waar de trein tegenop of vanaf rijdt, zal de locomotief altijd met een vaste snelheid rijden. Wordt de belasting te hoog, dan zal de motor plotseling stoppen.

Door de vier motoren op een bepaalde manier te schakelen waren bij deze locomotieven vier dienst­snelheden mogelijk: 37½, 50, 75 of 100 km/uur. Tussenliggende snelheden waren alleen mogelijk door remweerstanden in te schakelen, waarbij veel energie verloren ging. Voor het koelen van de weerstanden was veel water nodig. De locs waren voorzien van stoomketels voor de treinverwarming, zodat de elektrische energie volledig voor tractie kon woren benut.

Ligurischer Drehstromsommer 1963. Als die Elloks noch dampften. Joachim von Rohr. Eisenbahn Kurier, 2014. ISBN 978388255469X.

Reportage over de laatste jaren van de draaistroomtractie in Ligurië, in het noord­westen van Italië. Grote delen van het net waren toen al omgebouwd op 3000 volt gelijkspanning. Alleen in de driehoek Turijn, Genua en Ventimiglia hing nog de dubbele bovenleiding. De draaistroomlocomotieven gebruikten veel water om de elektrische weerstanden te koelen. Daarbij kwamen stoomwolken vrij, vandaar de ondertitel van het boek.

Luzern, Verkehrshaus der Schweiz, 1978/79. Italiaanse draaistroomloc E431.037 tijdens een tentoonstelling over krokodillen. Collectie Nico Spilt.

Aqui Terme, september 1975. Loc E 432.008, een van de laatste Italiaanse draaistroomlocomotieven. Let op de dubbele bovenleiding. Foto Jan van Barneveld, collectie Rob van der Rest.

ALE 840, een voor de Italiaanse spoorwegen gebouwd treinstel dat geschikt is voor twee bovenleidingsystemen. Het motorrijtuig zit in het midden en heeft stroomafnemers voor 3000 volt gelijkspanning. Wanneer de trein rijdt onder 3600 volt draaistroom (zoals op deze foto), dan wordt de stroom afgenomen via een van de stuurstandrijtuigen. Hierin bevindt zich apparatuur om de draaistroom om te zetten naar gelijkstroom. Deze treinstellen zijn rond 1950 gebouwd door Fiat.

Tegenwoordig is het gebruik van draaistroommotoren in treinen zeer gebruikelijk. Via elektronica aan boord van de trein wordt de stroom uit de bovenleiding omgezet in draaistroom, waarmee de motoren worden aangedreven. De elektronica regelt ook de frequentie, en daarmee de snelheid van de trein. Deze treinen zijn vaak goed te herkennen aan de doedelzakachtige tonen die ze produceren bij het optrekken.

Voordat men draaistroommotoren ging toepassen, werd er bij NS al geëxperimenteerd met vermogens-elektronica. De treinen hadden gelijkstroommotoren, die via een thyristorinstallatie werden aangestuurd.

Den Haag HS, 27 juli 1968. Thyristorproefrijtuig (mP 9204, 30849782812, Jules). Ook de treinstellen Plan V 472 en 473 hebben jarenlang rondgereden met een thyristor-installatie. Zij droegen eveneens het symbool van een thyristor. Dit is een soort voor hoge vermogens geschikte transistor.

Hilversum, 13 juni 1987. Treinstel 279 was ingericht als proeftrein voor draaistroomtractie. Deze tractievorm zou later worden toegepast in onder andere de Railhoppers. Foto Dick van Aggelen.

Haarlem GE, 16 oktober 1979. Proefloc 1600P die enige tijd in Nederland heeft gereden. De loc is in 1971 gebouwd door Henschel/BBC en heeft eerst een tijd in Duitsland gereden, om ervaring op te doen met draaistroomtractie. Deze proef heeft uiteindelijk geleid tot de ontwikkeling van Baureihe 120. Ook de NS had belangstelling voor de draai­stroom­techniek. De loc werd aangepast aan het Nederlandse bovenleidingsysteem. Ze beschikte over slechts één motor, van 1400 kW. De loc, geel geschilderd en voorzien van NS-vignetten, is uitgebreid getest. Uiteindelijk werd echter voor de nieuw te bouwen serie 1600 gekozen voor een loc van de firma Alsthom. Foto Wijnand Vols.

Köln Hbf, 1 maart 2004. Draaistroomloc 120 133 met een trein naar Luxemburg.

Berlijn, 25 augustus 2009. Draaistroomdiesellocomotief 202 003 in het Deutsches Technikmuseum. Dit is een van de drie proeflocomotieven (type P2500) die Henschel-BBC in 1971-1973 heeft gebouwd om ervaring op te doen met draaistroomtractie. Met locomotief 202 003 zijn ook snelheidsproeven gedaan; deze loc kreeg toen aan één zijde een aerodynamische kop met ramen van de E03. De letters UmAn op de neus geven aan dat de draaistellen een "umkoppelbarer Antriebsmasse" hebben. Loc 202 002 is omgebouwd op 1500 volt gelijkspanning en heeft onder nummer 1600P proefgereden in Nederland. Loc 202 002 staat nu voor de fabriek van Bombardier in Kassel, loc 202 004 staat in het Technomuseum in Mannheim. Loc 202 001 was de voorganger van deze serie (P2000 uit 1962); deze is in 1978 gesloopt.

Draaistroomtractie in Nederland. Ontwikkelingen in Duitsland en de gevolgen voor Nederland 1970-1995. Jos Burgemeester. Uquilair, 2012. ISBN 9789071513770.

Vanaf de jaren 90 is de draaistroomtractie gemeengoed geworden. Nederlandse voorbeelden zijn SM'90, (V)IRM en de loc-serie 6400. Dit boek beschrijft de ontwikkelingen die hier toe hebben geleid, inclusief de proeven die voor die tijd met buitenlandse locomotieven zijn gedaan.

vorige       start       omhoog