Sähkömoottorijuna

Neljästä Sm2-yksiköstä koostuva sähkömoottorijuna Keravan asemalla.

New Generation Rollingstock -juna Queenslandin kaupunkiradalla, Australiassa.

Deutsche Bahnin ICE 3 -sähkömoottorijuna, jonka huippunopeus on 320 km/h, Rheinland-Pfalzissa, Saksassa

Sähkömoottorijuna (lyhenne Sm) on moottorijuna, joka koostuu vaunuista, joiden käyttövoimana on sähkö. Sähkömoottorijuna ei tarvitse erillistä veturia, koska sähköajomoottorit sijaitsevat yhdessä tai useammassa vaunussa. Sähkömoottorijuna koostuu tavallisesti kahdesta tai useammasta melko pysyvästi yhteen liitetystä vaunusta, mutta myös sähkökäyttöiset yksivaunuiset junayksiköt luokitellaan sähkömoottorijuniksi. Lähes kaikki sähkömoottorijunat ovat henkilöjunia, mutta niistä on tehty muunnelmia myös pakettien ja postin kuljettamiseen.

Sähkömoottorijunat ovat suosittuja lähiliikenteessä ja kaupunkiradoilla ympäri maailmaa, koska ne kiihtyvät nopeasti ja liikennöinti on päästötöntä. Koska sähkömoottorijunat ovat hiljaisempia kuin dieselmoottorijunat (Dm) ja veturivetoiset junat, ne voivat liikennöidä yöllä ja useammin häiritsemättä lähellä asuvia. Sähkömoottorijunien liikennöimät tunnelit voidaan tehdä dieseljunatunneleita yksinkertaisemmiksi, koska pakokaasuja ei tarvitse poistaa tunnelista, mutta toisaalta vanhojen matalien tunneleiden suurentaminen ratajohtoa varten voi olla haastavaa.

Historia

Liverpoolin kohoradan sähkömoottorijunan vaunu Liverpoolin museossa.

South Side Elevated Railroadin vaunu #1 Chicagossa. Tämä on eräs vaunuista, jonka Frank Sprague muunsi sähkömoottorijunaksi.

Moottorijunien ohjauslaitteita käytettiin ensimmäistä kertaa 1890-luvulla.

Liverpoolin kohorata avautui vuonna 1893. Sähkömoottorijunat olivat kaksivaunuisia ja molemmissa päissä olevat ohjaamot välittivät ohjauskäskyt suoraan molempien vaunujen tasavirtakäyttöisille ajomoottoreille.

Frank Sprague kehitti moottorijunien ajomoottoreiden ohjausjärjestelmän ja sitä kokeiltiin ensimmäistä kertaa South Side Elevated Railroadilla (nykyisin osa Chicago 'L':ää) vuonna 1897. Vuonna 1895 Frank Sprague keksi yhtiönsä keksintöjen ja hissien tasavirtaohjausjärjestelmien pohjalta sähköjunien liikennöintiin sopivan moottorijunaohjaimen. Tämä kiihdytti sähkörautateiden ja -raitioteiden rakentamista ympäri maailmaa. Jokaisessa junan vaunissa oli omat ajomoottorinsa ja releet moottoreiden ohjausta varten. Releet saivat virtaa ajolangasta etummaisen vaunun virroittimen avulla ja kaikkia junan ajomoottoreita ohjattiin yhdessä.

Tyypit

Metro-North-rautatien M8-vaunupareja Port Chesterissä, New Yorkissa.

Ensimmäinen ScotRailin 380-sähkömoottorijuna Edinburgin Haymarketissa, Skotlannissa.

Vaunut, joista sähkömoottorijuna koostuu, voidaan jakaa toiminnaltaan neljään tyyppiin: virroitinvaunuihin, ohjausvaunuihin, moottorivaunuihin ja välivaunuihin. Kukin vaunu voi kuulua myös useampaan tyyppiin: on olemassa mm. moottoriohjausvaunuja ja virroitinohjausvaunuja.

• Virroitinvaunuissa on virransyöttöön tarvittavat laitteet: virroittimet, jotka ottavat virran joko virtakiskolta tai ajolangalta sekä muuntajat.
• Moottorivaunuissa on junan ajomoottorit ja yleensä myös virroittimet ja muuntajat, jotta erillisen virroitinvaunun ja moottorivaunun välisiä suurjännitekytkentöjä ei tarvita.
• Ohjausvaunuissa on ohjaamot koko junan ohjaamiseen. Sähkömoottorijunissa on yleensä ohjausvaunut molemmissa päissä.
• Välivaunuissa ei ole ajomoottoreita ja virransyöttöön liittyviä laitteita vain vähän tai ei lainkaan. Välivaunut ovat samankaltaisia kuin veturivetoisten junien matkustajavaunut.

Virtakiskolla virroitettavissa junissa virroittimet eivät usein ole moottorivaunuissa, vaan sähkö siirretään moottorivaunuun vaunujen välisillä kaapeleilla.

Etenkin nykyaikaiset kaksivaunuiset sähkömoottorijunat on yleensä liitetty vaunupareiksi. Vaunuparin molemmissa vaunuissa on yleensä ajomoottorit, mutta muut laitteet (kompressorit ja ilmasäiliöt, akut ja latauslaitteet, virroittimet ja tehonsäätölaitteet) on yleensä jaettu vaunuparin vaunujen kesken. Koska kummallakaan vaunulla ei voida liikennöidä yksinään, vaunuparit on kytketty pysyvästi yhteen ja ne erotetaan ainoastaan suuremmissa huolloissa. Vaunuparien hyötynä ovat pienempi paino ja kustannussäästöt yksittäisvaunuihin verrattuna (koska tarvittavien apulaitteiden määrä periaatteessa puolittuu). Tällöin kaikki vaunut voivat olla moottorivaunuja eikä moottorittomia välivaunuja tarvita. Kummassakin vaunussa on vain yksi ohjaamo, joka sijaitsee vaunun ulommassa päässä. Tämä säästää tilaa verrattuna siihen, että ohjaamot olisivat jokaisen vaunun molemmissa päissä. Haittapuolina ovat liikennöinnin joustavuuden väheneminen, kun junien kuljetuskykyä voidaan muuttaa vain vaunupareittain ja toisen vaunun vaurioituessa molemmat vaunut joudutaan ottamaan pois liikenteestä.

Esimerkkejä

Monet tunnetut sähkömoottorijunat ovat nuolijunia: italialainen Pendolino, Japanin Shinkansen, Kiinan rautateiden suurnopeusjuna sekä Saksan ICE 3. Sittemmin poistettu New Yorkin ja Washingtonin välillä kulkenut Metroliner oli myös suurnopeussähkömoottorijuna. Sitä liikennöi aluksi Pennsylvania Railroad ja myöhemmin Amtrak. Suomen sähkömoottorijunia ovat Sm1, Sm2, Sm3, Sm4, Sm5, Sm6, M100, M200 ja M300.

Polttokennojunien kehitys

Polttokennokäyttöisiä sähkömoottorijunia kehitetään parhaillaan. Jos ne menestyvät, tällöin ei tarvittaisi ajojohdinta eikä virtakiskoa. Esimerkki tällaisesta junasta on Alsomin vetykäyttöinen Coradia iLint. Vetykäyttöisiä sähkömoottorijunia kutsutaan vetyjuniksi.

Sähkömoottorijunien ja sähkövetureiden vertailu

Sähköveturivetoisiin juniin verrattuina sähkömoottorijunien hyötyinä ovat:

• Parempi kiihtyvyys, koska samaa kuormaa kohden on enemmän ajomoottoreita.
• Monien akseleiden yhtäaikainen pyörrevirta- ja reostaattinen jarrutus sekä energian talteenottava jarrutus vähentää merkittävästi jarrupalojen kulumista ja nopeuttaa jarrutusta eli junan jarrutusmatka lyhenee.
• Pienemmät akselipainot, koska raskasta veturia ei tarvita. Tällöin rakenteet, kuten sillat, voivat olla yksinkertaisempia, halvempia, niiden rakentamiseen tarvitaan vähemmän ainetta ja huoltokustannukset ovat pienemmät.
• Maa tärisee vähemmän niinikään pienempien akselipainojen vuoksi.
• Vetoakseleiden tartuntakertoimet ovat pienemmät.
• Ajomoottoreita on suhteessa enemmän, joten yhden moottorin vikaantuminen vaikuttaa vain vähän junan suorituskykyyn.
• Yleensä enemmän istumapaikkoja suhteessa pituuteen, koska veturia ei ole ja kaikissa vaunuissa on istuimia.

Sähköveturivetoisten junien hyötynä sähkömoottorijuniin verrattuna puolestaan ovat:

• Junaa kohden tarvitaan vähemmän sähkölaitteita, jolloin junan huolto- ja valmistuskustannukset ovat pienemmät.
• Matkustajavaunuissa on yleensä vähemmän melua ja tärinää, koska vaunujen teleissä ei ole moottoreita.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Sähkömoottorijuna Wikimedia Commonsissa