थ्री-फेज़ तकनीक में बदलाव से पहले, भारतीय रेलवे के AC विद्युत लोकोमोटिव बेड़े (WAM4, WAG5, WAG7, WAP1-4) टैप-चेंजर के माध्यम से नियंत्रित DC सीरीज़ ट्रैक्शन मोटर पर चलते थे — इस विषय में पहले शामिल पारंपरिक ईएमयू तकनीक के समान अवधारणात्मक रूप से, परंतु मेनलाइन ढुलाई हेतु बड़े पैमाने पर।
WAG7 — प्रतिनिधि पारंपरिक वर्ग
WAG7 को 1990 के दशक की शुरुआत में कम-शक्ति वाले WAG5 के उत्तराधिकारी के रूप में 5000 HP पर विकसित किया गया था। दो प्रतिस्पर्धी प्रोटोटाइप बनाए गए — CLW का उन्नत WAG5 डिज़ाइन (WAG7 नामित) तथा BHEL का थाइरिस्टर-नियंत्रित डिज़ाइन (WAG8 नामित) — WAG7 उत्पादन मानक बन गया।
- ट्रैक्शन मोटर: Hitachi HS15250A (WAG7) / HS15250G (WAG7H)।
- शक्ति: अधिकतम 5350 HP, निरंतर 5000 HP। अधिकतम गति: 105 kmph।
- ब्रेक: वायु, हैंड, तथा रिओस्टेटिक (घर्षण) — रिओस्टेटिक/डायनामिक ब्रेकिंग विकल्प पर ध्यान दें, थ्री-फेज़ लोको पर प्रयुक्त शुद्ध पुनर्योजी ब्रेकिंग से अलग।
- सुरक्षा प्रणाली: स्लिप नियंत्रण, मुख्य ओवरलोड रिले, ओवर वोल्टेज रिले, नो वोल्ट रिले, अर्थ फॉल्ट रिले, निम्न दाब गवर्नर, वैक्यूम नियंत्रण गवर्नर, ट्रेन पार्टिंग अलार्म, ब्रेक सिलेंडर कटऑफ वाल्व — वास्तव में स्वतंत्र सुरक्षात्मक युक्तियों की एक बड़ी सूची, क्योंकि यह आधुनिक TCMS की तरह सॉफ्टवेयर-एकीकृत नहीं था।
टैप-चेंजर नियंत्रण
जैसा कि इस विषय में पहले पारंपरिक ईएमयू हेतु शामिल किया गया, पारंपरिक लोको असतत ट्रांसफार्मर टैप स्थितियों के माध्यम से चरणबद्ध होकर ट्रैक्शन मोटर वोल्टेज/गति को नियंत्रित करते हैं — एक भौतिक, यांत्रिक रूप से स्विच की गई प्रक्रिया, थ्री-फेज़ लोको पर निरंतर IGBT-आधारित नियंत्रण के विपरीत। यही कारण है कि पारंपरिक लोको को काफी अधिक वायरिंग, रिले, तथा भौतिक स्विचगियर की आवश्यकता होती है।
मुख्य ट्रांसफार्मर HETT 3900 — वास्तविक नेमप्लेट डेटा
प्रकार HETT 3900 एक एकल-फेज़, तेल-निमज्जित, वायु-शीतित ट्रांसफार्मर है जिसमें बलपूर्वक तेल परिसंचरण है (आपूर्तिकर्ता: NGEF, Crompton Greaves, BHEL)। इसके लैमिनेटेड लौह कोर में इंटरलीव्ड निर्माण के तीन पैर हैं: लेग I (704 cm² क्रॉस-सेक्शन) रेगुलेटिंग-ट्रांसफार्मर वाइंडिंग (टैप चेंजर से टैप की गई) एवं L.V. सहायक-परिपथ वाइंडिंग वहन करता है; लेग II एवं III (क्रमशः 1295 cm² एवं 704 cm²) रेक्टिफायर ट्रैक्शन-मोटर परिपथों को फीड करने वाली प्राइमरी/सेकंडरी वाइंडिंग वहन करते हैं।
| वाइंडिंग विवरण | मान |
|---|---|
| Series winding (A32...A33) | 80 turns, 27.45 mm² cross-section |
| Main winding (A0...A32) | 960 turns, 27.45 mm² cross-section |
| Regulating transformer total (N1) | 1040 turns (80+960) |
| Tap changer positions | 0, 1, 2, 3, 4 ... 28, 29, 30, 31, 32 |
| Active turns vary as | NR = 0, 30, 60, 90, 120 ... 840, 870, 900, 930, 960 |
| Auxiliary winding (a0...a1) on Leg I | 18 turns, 248 mm² cross-section |
| Primary winding per leg (Np, Legs II & III) | 288 turns, connected in series |
| Secondary winding per branch (Ns) | 12 turns (two sections in series per branch, both Legs II & III) |
| Auto-winding conductor cross-section | 4×7 = 28 mm² |
| Primary/secondary winding conductor cross-section | 3.8×5.5 mm² |
| पैरामीटर | HETT 3900 |
|---|---|
| Primary voltage — max/nominal/min | 27.5 kV / 25.0 kV / 22.5 kV |
| Secondary voltage — max/min (each winding) | 1058 V / 865 V |
| Primary output (regulating winding) | 4170 kVA |
| Secondary output | 3900 kVA |
| Auxiliary circuit output | 270 kVA |
| Rated secondary current (each winding) | 2250 A |
| Total continuous rated DC (WAG7/WAP4 variant) | 5400 A |
| Apparent traction power of secondary | 5400 kVA |
| Impedance voltage | 10% ± IEC 310 (referred to 865V secondary / 22.5kV primary) |
| Insulation class | Class A, with mineral oil |
| Emergency operation (cooling-system failure) | Must still deliver 50% traction current for 30 min, after working at 90% full load before failure |
| सहायक वाइंडिंग प्रकार | नो-लोड वोल्टेज (22.5kV कैटेनरी पर) | निरंतर रेटेड पावर | इंपेडेंस ड्रॉप | रेटेड प्राइमरी पावर |
|---|---|---|---|---|
| ARNO | 415 V | 270 kVA | 3–5% | 5670 kVA |
| Static Converter | 830 V | 270 kVA | 3–5% | 5670 kVA |
| WAG7/WAP4 ट्रैक्शन ट्रांसफार्मर | मान |
|---|---|
| Rated voltage — normal/max/min | 25.0 kV / 27.0 kV / 19.0 kV |
| Short-time min/max | 17.5 kV / 30 kV (short duration) |
| Min. voltage for guaranteed traction performance | 22.5 kV |
| Min. voltage for functioning auxiliaries | 17.5 kV |
| Frequency | 50 Hz ± 3 Hz |
| No. of traction windings | Two — one per rectifier bridge |
| Rated traction-motor-terminal voltage (at 22.5kV tap) | 750 V DC |
| Rated no-load secondary voltage (highest tap, 22.5kV catenary) | Approx. 1000 V AC |
तेल उपचार: तीन सुखाने की विधियां निर्धारित हैं — शॉर्ट-सर्किटिंग विधि (प्राइमरी को बाहरी स्रोत से ~2400V फीड किया जाता है, सेकंडरी वाइंडिंग शॉर्ट-सर्किटेड; टैप चेंजर स्थिति 32 पर, A0-A33 टैपिंग के बीच फीडिंग से अधिकतम रेटेड प्राइमरी धारा 172.3A मिलती है; a3-a4 एवं a5-a6 के बीच शॉर्ट-सर्किटेड मोटर-फीड वाइंडिंग लगभग 2250A खींचती है), तेल हीटर/कोल्ड-स्प्रे से वैक्यूम के अंतर्गत सुखाना (सबसे कुशल, वायुरोधी पात्र आवश्यक), तथा वैक्यूम चैंबर में सुखाना। तेल तापमान सर्वाधिक गर्म शीर्ष बिंदु पर निरंतर मापा जाना चाहिए तथा परिवेश से 55°C से अधिक कभी नहीं होना चाहिए।
टैप चेंजर प्रकार NO32 — कार्य सिद्धांत
टैप चेंजर सीधे ट्रांसफार्मर पर बनाया जाता है। ट्रांसफार्मर टैपिंग को बाहर लाकर एक इंसुलेटेड कॉन्टैक्ट प्लेट पर वृत्ताकार रूप में व्यवस्थित किया जाता है, कॉन्टैक्ट सेगमेंट की दो पंक्तियों में (बाहरी एवं भीतरी वृत्त)। एक केंद्र शाफ्ट द्वारा संचालित सेलेक्टर आर्म में दो रोलर होते हैं जो क्रमशः बाहरी/भीतरी रिंग से संपर्क बनाते हैं। केंद्र शाफ्ट एक एयर सर्वो मोटर द्वारा संचालित होता है जिसे SMGR कहा जाता है — इस प्रकार डिज़ाइन किया गया कि एक बार सेलेक्टर आर्म गति शुरू करे, तो वह केवल एक वैध टैप पर ही रुक सकता है (दो टैप के बीच कभी नहीं)। भीतरी/बाहरी रिंग एवं ट्रांसफार्मर के बीच संबंध CGR कॉन्टैक्टर द्वारा स्थापित किया जाता है।
| पैरामीटर | मान |
|---|---|
| RGR — transition/diverter resistance | 1.61 Ω |
| RPGR — bypass resistance | 100kΩ ± 10kΩ |
| Rated voltage | 25 kV |
| Max. service voltage | 30 kV |
| Rated current | 400 A |
| Rated frequency | 50 Hz |
| Max. voltage variation per tap | 2 kV |
| Max. voltage variation per two taps | < 3.5 kV |
| Approx. cost of tap changer | Rs 21 lakh |
| Drive method (air servo motor) | MG2 (SMGR) |
| MG2 operating pressure | 3 +/- 0.5 kg/cm² |
| Oil filtration pneumatic pump rated pressure | 3 kg/cm² |
| Oil discharge rate at 40 strokes/min | 45 litres/hour |
- सम नॉच: CGR I बंद, CGR II बंद, CGR III खुला।
- बीच के नॉच: CGR I बंद, CGR II बंद, CGR III खुला (स्रोत तालिका के अनुसार III को छोड़कर सभी बंद — संक्रमणकालीन स्थिति)।
- विषम नॉच: CGR I बंद, CGR II खुला, CGR III खुला।
- चलित कॉन्टैक्ट रोलर के ज़ीरो-टैप सेगमेंट से हटने से पहले, यह पहले-टैप सेगमेंट को छूता है; CGR I बंद होता है, टैप की गई वाइंडिंग के बीच डाइवर्टर प्रतिरोध RGR डालते हुए, RGR के माध्यम से टैप 0 एवं टैप 1 के बीच वाइंडिंग खंड को शॉर्ट करते हुए — यह सेलेक्टर आर्म के टैप 1 पर पूर्णतः जाने पर शॉर्ट-सर्किट धारा को सीमित करता है। भीतरी कॉन्टैक्ट रोलर तब ज़ीरो टैप से संपर्क तोड़ता है, CGR II खुलता है एवं RGR को परिपथ से बाहर करता है। यह मेक-बिफोर-ब्रेक क्रम, टैप-दर-टैप दोहराया जाता है, जो नॉच परिवर्तन के दौरान परिपथ को कभी पूर्णतः बाधित किए बिना ट्रैक्शन मोटरों तक धारा प्रवाह जारी रखने देता है।
- RPGR (उच्च बायपास प्रतिरोधक) समान विभव के बिंदुओं को जोड़ता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि बाधित परिपथ शाखाएं समान विभव पर टूटें — कॉन्टैक्ट ब्रेक बिंदु पर आर्किंग/क्षति को रोकते हुए।
सिलिकॉन रेक्टिफायर (WAM4/WAG5) — वास्तविक डेटा एवं आपातकालीन संचालन
पारंपरिक AC लोको पर, सिलिकॉन रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर के स्टेप-डाउन AC को सीरीज़-वाउंड DC ट्रैक्शन मोटरों हेतु DC में परिवर्तित करता है, ग्रेट्ज़ ब्रिज के रूप में जुड़ा हुआ। मुख्य रेक्टिफायर में दो समान क्यूबिकल होते हैं (प्रत्येक 1030×1700×620 मिमी), प्रत्येक में डायोड, पंखा, सिग्नल/मुख्य फ्यूज़, एवं DC डैम्पिंग नेटवर्क; प्रत्येक सेल 4 बोल्ट एवं एक फिक्सिंग प्लेट के माध्यम से एक व्यक्तिगत हीट-सिंक पर लगाया जाता है, शीतलन नलिकाएं ऊर्ध्वाधर रूप से व्यवस्थित एवं क्यूबिकल के निचले भाग में प्रति रेक्टिफायर ब्रिज एक अक्षीय-प्रवाह पंखा। सेवा में तीन निर्माता वेरिएंट थे — AEG/NGEF, Ruttonsha, एवं Hind Rectifier — डायोड पार्ट नंबर एवं सीरीज़/समानांतर सेल व्यवस्था में भिन्न (AEG/NGEF/Ruttonsha हेतु 4 सेल समानांतर × 3 सीरीज़; HIRECT प्रकार हेतु 4 समानांतर × 4 सीरीज़) परंतु समान ग्रेट्ज़-ब्रिज टोपोलॉजी साझा करते हुए।
| पैरामीटर | मान |
|---|---|
| Continuous current rating | 1000 A |
| Rated voltage | 1500 V |
| Maximum starting current | 1650 A |
| Maximum no-load voltage | 2115 V |
| Peak short-circuit current (with smoothing reactor in circuit) | 27000 A |
| Connection | Graetz bridge |
| Main fuse | 64 nos./loco, Type NG3, 500A/800V |
सुरक्षात्मक उपकरण: प्रत्येक सेल में समानांतर एक RC असेंबली (कैपेसिटर + प्रतिरोधक) होल-स्टोरेज प्रभाव से बचाती है — कम्यूटेशन कटऑफ पर सेल में खतरनाक अति-वोल्टेज को रोकते हुए, साथ ही ट्रांसफार्मर के माध्यम से कैटेनरी से प्रसारित अति-वोल्टेज उछाल को भी डैंप करते हुए।
स्वचालित भार स्थानांतरण (ZQWC)
लोड के तहत शुरू करने पर, अग्रणी एवं पिछली बोगी के बीच भार असंतुलन के कारण व्हील स्लिप हो सकता है। पारंपरिक लोको पर, चालक मैन्युअल रूप से ZQWC (भार स्थानांतरण नियंत्रण) बंद करता है, जो अग्रणी बोगी की ट्रैक्शन मोटरों को फील्ड-कमज़ोर करके ट्रैक्टिव प्रयास कम करता है — एक मैन्युअल हस्तक्षेप, थ्री-फेज़ लोको पर पाए जाने वाले स्वचालित संवेदन-एवं-सुधार के विपरीत।
ट्रैक्शन मोटर HS15250A — वास्तविक डेटा
| पैरामीटर | मान |
|---|---|
| Continuous output | 630 kW |
| Voltage | 750 V |
| Starting current | 1350 A |
| Continuous current | 900 A |
| Speed (continuous) | 895 rev/min |
| Max. service speed | 2150 rev/min |
| Number per locomotive | 6 |
| Field | Series field with commutating poles |
| Insulation class | C (200) |
| No. of poles | Main 6, Commutating 6 |
| Ventilation | 90 m³/minute |
ये मोटर एक्सल-हंग, नोज़-सस्पेंडेड प्रकार हैं, आर्मेचर एवं सस्पेंशन दोनों हेतु ग्रीस-लुब्रिकेटेड टेपर्ड रोलर बेयरिंग से सुसज्जित। एक विशेष डिज़ाइन प्रावधान लोकोमोटिव को रेल स्तर से अधिकतम 20 सेमी ऊपर तक बाढ़ग्रस्त ट्रैक पर संतोषजनक रूप से संचालित होने देता है।
रिवर्सर, EP कॉन्टैक्टर एवं फील्ड वीकनिंग — वास्तविक डेटा
| उपकरण | पैरामीटर | मान |
|---|---|---|
| Reverser (J1-J2) | Rated voltage | 1270 V DC |
| Reverser (J1-J2) | Rated current | 1000 A DC |
| Reverser (J1-J2) | Rated air pressure | 10 ± 10% kg/cm² |
| Reverser (J1-J2) | Type of magnet valve | NC-4 (Modified) |
| EP Contactors (L1-6) | Rated voltage | 1270 V DC |
| EP Contactors (L1-6) | Control circuit voltage | 110 V DC |
| EP Contactors (L1-6) | Rated current | 1300 A DC |
| EP Contactors (L1-6) | Rated air pressure | 10 ± 10% kg/cm² |
रिवर्सर एक कैम-प्रकार चेंज-ओवर स्विच है, जो एक इलेक्ट्रो-वाल्व द्वारा इलेक्ट्रो-न्यूमेटिक रूप से संचालित होता है: मास्टर कंट्रोलर के रिवर्सर हैंडल को फॉरवर्ड (F) या रिवर्स (R) पर घुमाने से संबंधित वाल्व एनर्जाइज़ होता है। लाइन कॉन्टैक्टर L1–L6 ट्रैक्शन मोटरों को परिपथ में जोड़ते हैं तथा लोड पर खुलने हेतु डिज़ाइन किए गए हैं, विभिन्न उपकरणों के स्विचिंग संचालन को सही क्रम में रखने हेतु जहां आवश्यक हो सहायक इंटरलॉक प्रदान किए गए।
फील्ड वीकनिंग प्रतिरोध (RS1-6 एवं RPS1-6): संतुलन गति बढ़ाने हेतु, लोको सं.22294 से आगे पूर्व तीन-चरण योजना के स्थान पर चार-चरण फील्ड-वीकनिंग योजना लागू की गई।
| चरण (4-चरण, वर्तमान डिज़ाइन) | फील्ड धारा (Amps) | कार्य तापमान पर प्रतिरोध (Ω) | निरंतर रेटिंग (Amps) | वीकनिंग % |
|---|---|---|---|---|
| RPS | 864 | 0.285 | 216 | 96.0 |
| RS-I | 701 | 0.0464 | 208 | 77.5 |
| RS-II | 564 | 0.0321 | 226 | 62.5 |
| RS-III | 456 | 0.0224 | 240 | 50.4 |
| RS-IV | 364 | 0.0112 | 314 | 40.4 |
(सभी प्रतिरोध मानों पर सहनशीलता: ±5%।) रेलवे बोर्ड के निर्देशानुसार, तुलनात्मक प्रदर्शन के मूल्यांकन हेतु पूर्व पारंपरिक एज-वाउंड प्रकार के साथ तब से पंच्ड-ग्रिड प्रकार के प्रतिरोधक तत्व पेश किए गए हैं — दोनों प्रकार उपयोग में हैं।
आर्नो कन्वर्टर — कार्य सिद्धांत
आर्नो कन्वर्टर वाइंडिंग के एक संयुक्त सेट वाला एक रोटरी कन्वर्टर है, जो लोको ट्रांसफार्मर की तृतीयक वाइंडिंग (TFWA) से एकल-फेज़ आपूर्ति को लोको की सहायक मशीनों हेतु उपयुक्त थ्री-फेज़ AC में परिवर्तित करता है। यह अनिवार्यतः जनरेटिंग फेज़ (W) हेतु एक अतिरिक्त स्टेटर वाइंडिंग वाली एक स्प्लिट-फेज़ इंडक्शन मोटर है। एक इंडक्शन मोटर में, स्टेटर का घूर्णन क्षेत्र रोटर स्क्विरल केज में संगत क्षेत्र प्रेरित करता है, जिससे रोटर स्टेटर क्षेत्र की गति से थोड़ी कम स्लिप गति पर घूमता है; आर्नो अतिरिक्त रूप से इस घूर्णन रोटर क्षेत्र का उपयोग वाइंडिंग W में शक्ति उत्पन्न करने हेतु करता है, जो कन्वर्टर का थ्री-फेज़ आउटपुट उत्पन्न करता है। स्टेटर वाइंडिंग U एवं V में, मोटरिंग फेज़ लोड धारा एवं आर्नो की अपनी आपूर्ति धाराओं दोनों को विपरीत दिशाओं में वहन करते हैं, इन वाइंडिंग में वहन की गई वास्तविक धारा में शुद्ध कमी करते हुए — जबकि जनरेटिंग फेज़ W केवल लोड धारा वहन करता है, जिससे वहां वोल्टेज ड्रॉप होता है जिसे जनरेटिंग-फेज़ वाइंडिंग में 20% तक अधिक घुमाव लपेटकर प्रतिकार किया जाता है।
| पैरामीटर | एकल फेज़ इनपुट | थ्री फेज़ आउटपुट |
|---|---|---|
| Rating | 150 kVA | 120 kVA |
| Voltage | 380 V | 380 ± 22.5% V |
| Current | 395 A | 190 A |
| Connection | Star | Star |
| Speed | 1495 rev/min | 1495 rev/min |