logo

Electrische Museumtramlijn Amsterdam

lijn 30
home > collectie > Tramtechniek

Tramtechniek

De krachtbron van een tram

motor tram

De trams op de museumtramlijn rijden op 600V gelijkspanning, die via de elektromotoren zorgt voor de voortbeweging van de tram.

Werking van de motoren

Voor het goede begrip van de werking van een gelijkstroommotor voor tractiegebruik is inzicht in twee natuurkundige wetten noodzakelijk. Je hoeft onderstaande links niet te bekijken, maar ze geven wel een idee wat [de oorzaak van] de werking van een motor in een tram is. Er staan mooie plaatjes bij die het principe van een gelijkstroommotor verklaren.

  • een stroom voerende geleider ondervindt in een magnetisch veld een kracht, de zogenaamde Lorentzkracht
  • in een geleider die zich in een magnetisch veld beweegt wordt een spanning (EMK) opgewekt inductiewet van Faraday

De gelijkstroommotor verving het paard als tractiemiddel (aandrijving) sinds de begintijd van de elektrische tram (1881 in Lichterfelde - Duitsland, door Siemens).
De motor bestaat uit twee hoofddelen, een roterend deel (ook wel anker of rotor genoemd) en een vast deel, de stator met de magnetische velden ofwel het motorhuis.
Het motorhuis zit vast aan het chassis van de tram en steunt bij oudere trams middels glijlagers ook op de as. Het anker (het ronddraaiende deel) is voorzien is van een tandwiel dat aangrijpt op een groter tandwiel om de as van de tram. Het anker zit in het motorhuis (het veld) gemonteerd door middel van kogel- en rollagers. Sinds de jaren 60 is de motor dwars op de as geplaatst en verbonden via een tandwielkast, net als bij een vrachtauto.

Het vaste veld (de stator) bestaat uit spoelen van koperdraad die binnenin het motorhuis zijn bevestigd. Deze spoelen produceren het magnetische veld waarin het anker draait. Het anker (de rotor) is ook een reeks spoelen (wikkelingen) rondom een as. Het wordt elektrisch verbonden met het veld en de schakelkast door koolborstels die met veren tegen het contactoppervlak van een uitstekende deel van het anker worden gedrukt, dat de collector (of commutator) wordt genoemd.
De collector (het woord zegt het al) verzamelt of geeft de stroom bij de uiteinden van de ankerwikkelingen. De motor werkt, eenvoudig gezegd, omdat wanneer binnen in het door de stator ontwikkelde magnetische veld een stroom in een rotorwikkeling loopt, er een kracht ontstaat op die rotorwikkeling en zorgt dat de rotor gaat draaien (lorentzkracht). Die zelfde motor kan ook als generator werken omdat een draaiende rotorwikkeling in het magnetische veld ook spanning opwekt (wet van Faraday).

Bij een tractiemotor, zoals die bij een tram gebruikt worden, zijn de statorspoelen (veld) en de rotorwikkelingen (anker) met elkaar in serie geschakeld. Er loopt dus altijd de zelfde stroom door anker en veld. Bij het inschakelen van de stilstaande motor levert dit een groot koppel (roterende kracht) op, omdat dit koppel afhankelijk is van de ankerstroom en afhankelijk is van de magnetische veldsterkte die op zijn beurt ook weer evenredig is met de door veld en anker lopende stroom.
De stroom wordt beperkt door de weerstanden op het dak, omdat anders de aanloopstroom veel te hoog wordt en de tram vooruit zou springen. Het koppel is dus extra groot maar als de motor eenmaal gaat draaien ontstaat er ook een spanning in het anker die de spanning van de bovenleiding tegenwerkt (wet van Faraday). Hierdoor nemen de stroom en dus ook het koppel af.
De bestuurder schakelt met de schakelkast weerstand af, zodat de motor weer meer stroom krijgt en de tram blijft versnellen.
Op het moment dat de opgewekte tegenspanning zo hoog is dat de tram niet meer wil versnellen schakelt de bestuurder de stroom af en blijft de tram doorrollen en wordt alleen nog een beetje afgeremd door wrijving en wind.

schakelkast 401

En hoe remt ie dan?

Als de tram eenmaal op snelheid is en hij weer moet remmen, dan is de bovenleiding niet meer nodig. Ook als de stroom afgeschakeld is blijft er altijd nog een beetje magnetisch veld over in de stator. Denk maar aan een schroevendraaier die je bij een magneet hebt gehouden. Dit magneetveld is genoeg om in het anker spanning op te wekken.
De bestuurder schakelt nu de weerstanden op het dak als belasting aan de motor die nu als generator werkt. Er gaat meer stroom lopen door het veld en het anker en door de juiste weerstand te kiezen kan de bestuurder de mate van remmen bepalen. Omdat het toerental van de motor zakt, worden ook de spanning en de stroom minder en moet de bestuurder weerstanden afschakelen om in de juiste mate te blijven remmen. (tekening 3)

De tram helemaal stilzetten kan niet met te langzaam draaiende motoren waardoor de trambestuurder genoodzaakt is om de handrem (parkeerrem) te gebruiken om de wagen helemaal tot stilstand te brengen.

De bediening

De trambestuurder schakelt dus eerst zoveel mogelijk weerstand(en) in om de stroom te reduceren en naarmate de tram vaart begint te krijgen, schakelt hij steeds meer weerstanden uit.

Dat doet hij met een zogenaamde schakelkast of rijcontroller. In eerste instantie staan de motoren in serie geschakeld (net als bij kerstboomlampjes), zodat elke motor maximaal de helft van de bovenleidingspanning krijgt (tekening 1). Is de tram op snelheid, dan kan de bestuurder de motoren parallel schakelen, zodat iedere motor de gehele bovenleidingspanning krijgt (tekening 2). Ook nu weer moet hij met ingeschakelde weerstanden de stroom iets beperken en weerstanden afschakelen om steeds harder te rijden.

schakelkast 602

De schakelkast

Er zijn twee hoofdsoorten schakelkasten (rijcontrollers) bij de museumtramlijn in gebruik: de sleepringkast en de nokkenschakelkast.
Bij de sleepringkast sleept een wals met metalen ringen langs contacten.
Bij de modernere nokkenkast worden contacthamers door de schakelwals open of dicht gedrukt. Hierbij is de kans op inbranden van contacten bij in- en uitschakelen kleiner dan bij de sleepringkast.

Energie

Traditioneel werden rijweerstanden als regelsysteem gebruikt om de stroom te beperken en te doseren.
Bij sommige van onze antieke trams zijn er ook weerstanden onder de stoelen gebouwd, die ’s winters worden gebruikt om de tram verwarmen.
De techniek met rijweerstanden heeft het nadeel dat stroom voor een deel in warmte wordt omgezet. In wezen energieverspilling.
Daarom zijn er tegenwoordig andere typen motoren en regelsystemen in gebruik zoals de chopper die de stroom in mootjes hakt en de huidige draaistroomtechniek waarbij de gelijkstroom van de bovenleiding eerst in draaistroom wordt omgezet.
Draaistroomtechniek heeft een hoog rendement (weinig overtollige warmteontwikkeling) en de motoren hebben zeer weinig onderhoud nodig.

terug naar collectie