Ze względu na ich różnorodne zalety w porównaniu z lokomotywami spalinowymi i parowymi, lokomotywy elektryczne stały się najpopularniejszymi i szeroko stosowanymi systemami trakcyjnymi.

Wraz z pojawieniem się urządzeń energoelektronicznych stosowane są nowoczesne systemy trakcji elektrycznej falowniki wielopoziomowe dla lepszych osiągów trakcyjnych, takich jak wysoka dokładność, szybka reakcja i wyższa niezawodność.

Systemy lokomotyw elektrycznych

“jak działa niebieski ząb? ”

Ocena konstrukcji silników elektrycznych i technologii elektryfikacji doprowadziła nie tylko do zaprojektowania szybkich lokomotyw (metra i kolei podmiejskiej), ale także podniosła ogólną efektywność energetyczną.

Co to jest trakcja elektryczna lub lokomotywa?

Siła napędowa, która powoduje napęd pojazdu, nazywana jest układem trakcyjnym. Istnieją dwa różne typy systemów trakcyjnych: nieelektryczny system trakcyjny i elektryczny układ trakcyjny.

Nieelektryczny układ jezdny

System trakcyjny, który nie zużywa energii elektrycznej na żadnym etapie ruchu pojazdu, nazywany jest nieelektrycznym układem trakcyjnym. Taki układ trakcyjny stosowany jest w lokomotywach parowych, silnikach spalinowych oraz w pociągi maglev (pociągi dużych prędkości).

Elektryczny system trakcji

System trakcji, który wykorzystuje energię elektryczną na wszystkich etapach lub na niektórych etapach ruchu pojazdu, nazywany jest układem trakcji elektrycznej.

Elektryczna i nieelektryczna trakcja

W elektrycznym układzie trakcyjnym siła napędowa pociągu jest generowana przez silniki trakcyjne. System trakcji elektrycznej można zasadniczo podzielić na dwie grupy: jedną z własnym napędem, a drugą trzecią.

Systemy z własnym zasilaniem obejmują napędy spalinowo-elektryczne i napędy akumulatorowe, które mogą wytwarzać własną moc do ciągnięcia pociągu, podczas gdy systemy trzeciej szyny lub napowietrznych wykorzystują moc z zewnętrznej sieci dystrybucyjnej lub sieci, a przykłady obejmują tramwaje , trolejbusy i lokomotywy napędzane z napowietrznych linii elektrycznych.

Rodzaje systemów elektryfikacji torów

Elektryfikacja torów odnosi się do rodzaju systemu zasilania źródłowego stosowanego podczas zasilania układów lokomotyw elektrycznych. Może to być zasilanie AC lub DC lub kompozytowe.

Wybór rodzaju elektryfikacji zależy od kilku czynników, takich jak dostępność dostaw, rodzaj obszaru zastosowania lub usługi, takie jak usługi miejskie, podmiejskie i główne itp.

Istnieją trzy główne typy systemów trakcji elektrycznej:

System elektryfikacji prądu stałego (DC)
System elektryfikacji prądu przemiennego (AC)
System kompozytowy.

System elektryfikacji prądu stałego (DC)

Wybór systemu elektryfikacji prądu stałego niesie ze sobą wiele zalet, takich jak kwestia miejsca i masy, szybkie przyspieszanie i hamowanie silników elektrycznych prądu stałego, mniejszy koszt w porównaniu z systemami prądu przemiennego, mniejsze zużycie energii i tak dalej.

W tego typu systemie trójfazowa moc pobierana z sieci elektroenergetycznej jest deeskalowana do niskiego napięcia i zamieniana na prąd stały przez prostowniki i przetworniki energoelektroniczne .

System trzeciej szyny

Ten rodzaj zasilania prądem stałym jest dostarczany do pojazdu dwoma różnymi drogami: pierwszy to trzeci system szynowy (boczny i pod działający zelektryfikowany tor oraz zapewniający powrót przez szyny jezdne), a drugi to linia napowietrzna. System DC. Ten prąd stały jest podawany do silnika trakcyjnego, takiego jak silniki szeregowe lub złożone, w celu napędzania lokomotywy, jak pokazano na powyższym rysunku.

Systemy zasilania elektryfikacji prądu stałego obejmują zasilanie 300-500 V dla specjalnych systemów, takich jak systemy akumulatorów (600-1200 V) dla kolei miejskich, takich jak tramwaje i lekkie metro, oraz 1500-3000 V dla usług podmiejskich i głównych, takich jak lekkie metro i ciężkie pociągi metra . Trzecia (szynoprzewód) i czwarta szyna pracują przy niskich napięciach (600-1200V) i dużych prądach, podczas gdy systemy napowietrzne wykorzystują wysokie napięcia (1500-3000V) i niskie prądy.

“dlaczego krzem jest używany jako półprzewodnik ”

System elektryfikacji DC

Ze względu na wysoki moment rozruchowy i umiarkowane sterowanie prędkością, silniki serii DC są szeroko stosowane w systemach trakcyjnych prądu stałego. Zapewniają wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach i niski moment przy dużych prędkościach.

Na regulator prędkości silnika elektrycznego jest używany poprzez zmianę przyłożonego do niego napięcia. Specjalne układy napędowe używane do sterowania tymi silnikami elektrycznymi obejmują przełącznik zaczepów, sterowanie tyrystorowe, sterowanie przerywaczem oraz napędy sterujące mikroprocesorem.

Wady tego systemu obejmują trudność w przerywaniu prądów przy wysokich napięciach, gdy stan zwarcia jest podwyższony, oraz konieczność lokalizowania podstacji prądu stałego między krótkimi odległościami.

System elektryfikacji prądu przemiennego (AC)

System trakcji prądu przemiennego stał się obecnie bardzo popularny i jest częściej stosowany w większości systemów trakcyjnych ze względu na kilka zalet, takich jak szybka dostępność i generowanie prądu przemiennego, które można łatwo zwiększyć lub zmniejszyć, łatwe sterowanie silnikami prądu przemiennego, mniejsza liczba wymagań podstacji i obecność lekkich sieci trakcyjnych, które przenoszą niskie prądy przy wysokich napięciach i tak dalej.

Systemy zasilania elektryfikacji AC obejmują systemy jedno-, trójfazowe i kompozytowe. Systemy jednofazowe składają się z zasilania od 11 do 15 KV przy 16,7 Hz i 25 Hz w celu ułatwienia zmiennej prędkości silników komutacyjnych prądu przemiennego.
To używa obniżający transformator oraz przetwornice częstotliwości do konwersji z wysokich napięć i stałej częstotliwości przemysłowej.

“3-bitowy dodatek do przenoszenia tętnienia ”

Jednofazowe 25KV przy 50Hz jest najczęściej stosowaną konfiguracją do elektryfikacji prądu przemiennego. Jest używany w systemach transportu ciężkiego i głównych usługach liniowych, ponieważ nie wymaga konwersji częstotliwości. Jest to jeden z powszechnie stosowanych typów systemów kompozytowych, w których zasilanie jest konwertowane na prąd stały do napędzania silników trakcyjnych prądu stałego.

System elektryfikacji AC

System trójfazowy wykorzystuje trójfazowy silnik indukcyjny do napędzania lokomotywy i jest oceniany na 3,3 KV, 16,7 Hz. System dystrybucji wysokiego napięcia przy zasilaniu 50 Hz jest przetwarzany na taką moc silnika elektrycznego przez transformatory i przetwornice częstotliwości. System ten wykorzystuje dwie linie napowietrzne, a szyna torowa tworzy kolejną fazę, ale stwarza to wiele problemów na skrzyżowaniach i skrzyżowaniach.

Powyższy rysunek przedstawia działanie lokomotywy elektrycznej prądu przemiennego, w której sieć trakcyjna otrzymuje energię jednofazową z sieci napowietrznej. Zasilanie jest zwiększane przez transformator, a następnie konwertowane na prąd stały przez prostownik. Dławik wygładzający lub obwód prądu stałego filtruje i wygładza prąd stały w celu zmniejszenia tętnień, a następnie prąd stały przekształca się w prąd przemienny przez falownik, który zmienia częstotliwość, aby uzyskać zmienną prędkość silnika trakcyjnego (podobnie jak VFD ).

System kompozytowy

Ten system łączy w sobie zalety systemów DC i AC. Są to głównie dwa typy systemów: jednofazowy do trzech faz lub system Kando, a drugi jednofazowy do systemu DC.

Jednofazowe na trójfazowe lub system Kando

W systemie Kando pojedyncza linia napowietrzna dostarcza jednofazowe zasilanie 16KV, 50Hz. To wysokie napięcie jest obniżane i przetwarzane na zasilanie trójfazowe o tej samej częstotliwości w samej lokomotywie poprzez transformator i konwertery .

To trójfazowe zasilanie jest dalej dostarczane do trójfazowego silnika indukcyjnego, który napędza lokomotywę. Ponieważ system dwóch linii napowietrznych systemu trójfazowego jest zastępowany przez ten system jedną linią napowietrzną, jest on ekonomiczny.

Jak już omówiliśmy w elektryfikacji AC, że system jednofazowy na prąd stały jest bardzo popularny, jest to najbardziej ekonomiczny sposób pojedynczej linii napowietrznej i ma szeroką gamę charakterystyk silników serii DC.
W tym konkretnym systemie jednofazowe zasilanie systemu linii napowietrznej 25KV, 50Hz jest obniżane przez transformator wewnątrz lokomotywy, a następnie przekształcane na prąd stały przez prostowniki. Prąd stały jest podawany do układu napędu prądu stałego, aby napędzać silnik szeregowy i sterować jego prędkością i układami hamulcowymi.

Chodzi o elektryczne systemy lokomotyw. Mamy nadzieję, że dostarczyliśmy obszernych i istotnych informacji na temat różnych systemów zasilania stosowanych w systemach trakcyjnych.

Zachęcamy do pisania sugestii, komentarzy i opinii na temat tego artykułu lub pomysłów projektowych w sekcji komentarzy podanej poniżej, a także oczekujemy, że sugestie dotyczące zmniejszenia wypadków zwarciowych w systemach trakcyjnych.

Kredyty fotograficzne