Rautatiekiskon lämmittäminen induktioperiaatteella

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheena on rautatiekiskon lämmittäminen induktioperiaatteella. Työn tavoitteena oli kehittää toimiva vaihtoehtoinen lämmitysmenetelmä rautatiekiskolle nykyisten lämmitysmenetelmien rinnalle sekä tehdä soveltava laskentamalli, jota voidaan käyttää hyödyksi suurempien kiskokokonaisuuksien laskentaa varten. Lisäksi työhön kuului oman lämmittimen rakentaminen ja testaus.

Työn alussa keskityttiin laskentamalliin, jossa tarkasteltiin magneetti- ja virtapiirejä. Magneettipiirissä keskityttiin magneettivastuksiin, magneettikentän suuruuteen ja magneettivuohon. Magneettipiirin jälkeen vuorossa oli virtapiiri. Piirin laskennan kannalta keskeisiä oli impedanssi, virta ja jännite. Työn alussa jännitteen suuruudeksi oli kaavailtu vaihejännitettä, mutta työn edetessä jouduttiin toteamaan tämän olevan mahdottomuus.

Oman lämmittimen rakentaminen osoittautui haasteelliseksi rautatiekiskon terävien kulmien ja käämilangan ohuuden takia. Lämmitin saatiinkin vasta kolmannella yrittämällä ehjänä valmiiksi. Laskentamallissa ongelmia tuotti se, etteivät kaikki kiskon ominaisuudet olleet tiedossa. Testaus ei tapahtunut suunnitelluissa olosuhteissa, joten lumensulatuskyky jäi tässä opinnäytetyössä testaamatta. Kiskon lämmittäminen induktioperiaatteella on toimiva lämmitysmenetelmä, mutta massatuotantoon asti pääseminen vaatii paljon kehitystyötä. Kehitysideana voisi olla esimerkiksi valmiiksi käämityt kappaleet, jotka vain liitettäisiin kiskoon.

The subject of this thesis is the heating of the railway track with the induction principle. The object of the thesis was to create alternative method of heating the railway track alongside the existing heating methods as well as make applying calculation model that can be utilized for the calculation of larger rail entities. In addition, the work included the construction and testing of the heater.

Calculation model was the focus at the beginning of the thesis in which the magnetic and electric circuit were examined. Magnetic resistors, the magnitude of magnetic field and magnetic flux were the focus in the magnetic circuit. After the magnetic circuit, it was the electric circuit was examined. Impedance, current and voltage were in the spotlight of the calculation of the electric circuit. At the beginning of the thesis the phase voltage was planned to be used but as the thesis proceeded this was found to be impossible.

The building of the heater proved to be challenging because of the sharp corners of a railway track and the thinness of the winding wire. The heater was completed intact only after the third try. Not all the properties of a rail were known and this caused problems in the calculation model. Testing did not occur under the planned conditions so the snow melting capacity remained untested in this thesis. Heating of the railway track with induction principle is a working heating method but it requires a great deal of development work before it reaches mass production. For example, one development idea could be pre-coiled parts that could be attached to the rail.