MÁV V50, a világelső villamosmozdony!

Mielőtt még bárki is elvitatná az elsőséget, megjegyezzük, hogy már a MÁV V50 előtt is léteztek villamos mozdonyok, azonban a Kandó Kálmán-féle mozdony olyan korát megelőző megoldásokat vonultatott fel, ami addig soha nem látott eredményekre vezetett; minden addiginál olcsóbbá vált vonali- és mozdony kialakítás, mivel a megoldás által lehetővé vált a „mezei” ipari áram vasúti felhasználása.
Borítóképen: MÁV V50, 1egy darabot gyártottak belőle 1923-ban
A villamos mozdonyok világa bizony elég bonyolult, hiszen a villamos hajtás megoldására sokféle megoldást találtak ki az idők során. Ennek oka egyrészt bizonyos tudások hiánya volt, de talán a leginkább a teljesítményszabályozás, valamint az alapinfrastruktúrák meglehetősen drága és bonyolult volta okozta.
De kezdjük az elején! Az Egyesült Államokban egyértelműen az egyenáramot preferálták, mint a vasúti vontatásban használt megoldást, de Európa ebben (is) két részre szakadt:
Az úgynevezett német tábor (Svájc, Németország, Ausztria, Svédország, Norvégia) a váltóáramú vontatás mellett döntött, míg a francia tábornak nevezett országcsoport (Franciaország, Spanyolország, Portugália, Olaszország, Belgium, Hollandia, Nagy Britannia) az egyenáramú rendszert támogatta.

Mindkét rendszernek voltak előnyei és hátrányai, utóbbi a váltóáramú hajtás esetében az volt, hogy abban az időben kizárólag az egyenáramú motorok teljesítményszabályozása volt csak megoldható. Márpedig a vasúti vontatásban igen szélsőséges értékeket vesz fel a szükséges teljesítmény…
Erre először Svájcban fejlesztettek ki egy megoldást (amit azóta is használnak a „német tábor” országaiban), nevezetesen, hogy soros gerjesztésű kommutátoros motorokat használtak, amelyben a forgó- és állórészt sorba kapcsolták (univerzális motor), forgó- és állórészén egyszerre változik meg az áram iránya, ez azonban csak alacsony (15–20 Hz körüli) frekvenciánál biztosít elfogadható hatásfokot.
Ez a megoldás azonban speciális táplálóállomást igényel, mivel az ipari áram frekvenciáját harmadára kell csökkenteni (16 2/3 Hz = 50/3 Hz) a megfelelő hatásfok okán.

Kandó Kálmán érdeme, hogy az említett rendszer hátrányait sikeresen kiküszöbölte, miközben előnyeit sikerrel megtartotta!
Miért nem felet meg a svájci megoldás? A rövid válasz annyi, hogy a Svájcban kifejlesztett megoldás túl drága és költséges volt… Egy kicsit jobban belemenve a részletekbe pedig kiderül, hogy erre milyen megoldást talált a villamosvasút atyja!
Az első fontos pont (de nem az egyedüli!), hogy Kandó Kálmán és Verebélÿ László a 16 kV-os 50 Hz-es rendszert választotta, melyben a táplálóállomások csak transzformátorokból álltak, amelyek működéséhez nincs szükség folyamatos emberi jelenlétre, így nemcsak telepítésük és karbantartásuk, hanem üzemeltetésük is olcsóbb.
Verebélÿ László
Diplomáját a királyi József Műegyetemen 1906-ban kitüntetéses gépészmérnöki oklevelet szerzett. Egyetemi évei után rövid nyelvgyakorlási időt töltött Németországban és Angliában, majd pályázat útján sikerült felvételt nyernie Pittsburghben a Westinghouse Electric and Manufacturing Co. gyárába. Itt két évig műhelygyakornokként, további két évig csoportvezetőként dolgozott. Részt vett a gyár által szervezett továbbképzésben. Ennek befejezése után 1909-ben vizsgát tett és villamosmérnöki oklevelet szerzett. Rövid ideig a gyár tervező osztályán dolgozott, majd visszatért Európába, és 1910/1911. tanévben a Karlsruhei Műszaki Egyetemen, Arnold professzor mellett volt tanársegéd.
Kandó Kálmánnal is kapcsolatba került, aki akkor már Olaszországban, a Societa Italiana Westinghouse villamosmozdony-gyárat vezette. Kandó meghívta Olaszországba, és a gyár számítási és tervezési irodájának vezetésével bízta meg. Verebélÿ 1913-ban családjával Vado Liguerba költözött, és részt vett a két legsikeresebb Kandó mozdony a Giovi, vagy „cinquanta”, illetve a gyorsvonati „trenta” tervezésében és gyártásának szervezésében.
A központi hatalmak világháborús veresége után a MÁV elnökének hívására hazatért és a MÁV Vonatvillamosítási Osztály vezetőjeként megkezdte a hazai vasútvillamosítás szervezését. Már 1919-ben felvázolta első tanulmányát, amelyben a vasútvillamosítás kérdését az országos energiagazdálkodás szempontjából vizsgálta.
A keretes cikkben említett tanulmány vezetett el végül a hazai vasúti villamosítás kezdeteihez:
Ott tartottunk tehát, hogy a táplálóállomások telepítése, valamint üzemeltetése a Kandó-féle megoldásesetén sokkal, de sokkal olcsóbb!
De másnak ez miért nem jutott eszébe? Mert bizony ahhoz, hogy a normál ipari áramot (50 Hz-es váltóáram) addig senki nem tudta vasúti vontatásra alkalmazni, ugyanis ehhez speciális, addig nem létező megoldásokra volt szükség! De Kandó zsenije olyan egyszerű megoldásokat talált, ami nem csak megfelelő megoldás volt, hanem sokkal jobb hatásfokú, mint addig bármilyen másik megoldás! Ráadásul a mozdony gyártási költsége is alacsonyabb volt! Nézzük!
A rendszer lényege, hogy az egyfázisú 50 Hz táplálást a mozdonyon belül alakítja át a vontatás igényeinek megfelelő három fázisú változtatható feszültségű táplálássá a motorok részére. Mivel a kerekek hajtására váltóáramú, többfázisú aszinkron motort alkalmazott, így az egyfázisú áramot többfázisúvá kellett alakítani.
A másik probléma a fordulatszám-szabályozás volt, hiszen az aszinkron motorok fordulatszáma elsősorban a frekvenciától függ, és viszonylag állandó.
Kell mondani, hogy ezt is nagyszerűen sikerült megoldani? problémát nagy pólusszámú pólusszám-átkapcsolós motorral oldotta meg, ami méretes vontatómotort eredményezett, így csak egyet tudott elhelyezni belőle oldalanként, ami rudazattal hajtotta a kerekeket. A több fázissal történő áramellátást saját fejlesztésű átalakítóval oldotta meg, amelyet szinkron-fázisváltónak nevezett el. Ez a szerkezet nem más, mint egy szinkronmotorral egybeépített háromfázisú generátor.
Bár hasonló megoldásokkal más országokban is kísérleteztek, de azok Kandóéval szemben nem bizonyultak elég hatékonyak és egyszerűnek.
A 16 kV-os 50 Hz-es rendszerrel először a Budapest – Dunakeszi – Alag vasútvonalat villamosították a próbaüzem céljából. Mivel a próbaüzem sikeres volt így Kandó feladatul kapta a Budapest – Salgótarján – Zólyom – Ruttka vasútvonal villamosítását, ami azonban a trianoni békeszerződés miatt nem valósult meg. Így a nagy méretű villamosításra csak később a Budapest – Hegyeshalom vonalon került sor.
A mozdony felépítése az Olaszországban már bevált háromfázisú E 552 sorozat (az is Kandó-féle mozdony!) felépítését követi. Itt is Kandó-háromszögön keresztül hajtja meg az oldalanként egy darab hajtómotor a kerekeket.
A MÁV V50 egyfajta próbaként épült, és igazából kísérleti darab volt, mielőtt hazai vasúthálózat villamosításába belekezdtek, de a próba sikerült, az elképzelés helyességét igazolta, ugyanis kiderült, hogy;
- Fázisváltós mozdonnyal lehet nehéz vonatokat indítani és továbbítani
- Az országos energiahálózat elbírja a vontatási rendszer által keltett áramlökéseket.
Később tökéletesítették, áttervezték a mozdonyt, és ezek során a próbák alatt jelentkező hiányosságokat is kijavították, valamint bebizonyosodott, hogy a 16 kV 50 Hz vontatási rendszer nem csak hogy életképes, de;
A Magyarországon akkor általános gőzvontatásnál nagyságrendekkel gazdaságosabb is!
A tapasztalatok alapján Kandó elkészítette az azonos villamos alapokra épülő személy- és gyorsvonati (a későbbi V40 sorozat), illetve tehervonati (a későbbi V60 sorozat) mozdony terveit.


Nos, a villamos vontatás igazán innen indult el hazánkban, és ezt a megoldást aztán a világ sok-sok országában átvették, és mind a mai napig azonos elvek mentén működtetik!