Elektrilised vedurijõud

Määratlus

Elektriline vedur, mis kasutab elektrit edasipüüdmiseks, on tuntud kui elektriline vedur. Üks põhiline elektrilise veduri rakendus on inimeste ja kaupade transport ühest kohast teise. Vedurid jagunevad peamiselt kaheks tüübiks: ühefaasis AC vedur ja DC vedur.

Elektrilised vedutööd

Elektrilisi vedutööd saab laialdaselt kategooriseerida järgmiselt:

• Elektrirongid

• Põhiliinirongid

• Linnapiirkonna rongid

• Elektribussid, tramid ja trollid

• Akulaaditud ja päikeseenergiaga töötavad sõidukid

Järgneb nende elektriliste vedutööde detailne selgitus.

Elektrirongid

Elektrirongid, mis sõidavad fikseeritud relval, jagunevad edasi põhiliinirongideks ja linnapiirkonna rongideks.

Põhiliinirongid
Nendes rongides on motorile energiakaasa toodud ühe kahe võimaliku viisiga: kas ülekaalult veetava joone kaudu elektrirongis või diisliga geneeritavalt diisiringis.

Elektrirongis asub juhtmotor ise rongis. Relvajooni kõrval või üleval on paigaldatud ülekaalutav joon. Rongile on monteeritud kontaktila, millel on juhtmeriba. See juhtmeriba liigub tarnijooni kallal, hoides elektriühendust tarnijooni ja rongi vahel. Tarnijooni nimetatakse tavaliselt kontaktjooneks. Kontaktila ja tarnijooni vahelise usaldusväärse ühenduse tagamiseks kasutatakse katenaarkabeleid ja kandjahte.

Kõrgekiiruseliste rongide puhul kasutatakse pantograafkontaktorit. Selle ainulaadse kujundusega objekti nimetatakse pentagoni kujunduse tõttu. Kontaktori juhtmeriba on veeretega, mis vastuvõtmekontakti jõuga vastu kohtlevad. Tavaliselt valmistatakse see terasest ja see mängib olulist rolli, hoides pidevat survepinget enda ja tarnijooni vahel. See pidev surve on oluline, et vältida vertikaalseid oskilleerumisi ja tagada stabiilne ja usaldusväärne elektriühendus, kui kõrgekiiruseline rong sõidab kiiresti. See stabiilne ühendus on oluline rongi elektriliste süsteemide pideva energiajagamiseks, mis võimaldab sujuvat ja efektiivset tööd.

Täisrelvajooni kõrval on paigaldatud ühefaasis energiatarnijoon. Elektrivoog siseneb rongi kontaktila kaudu. See läbib siis allikaspoolset transformaatori esimese keele ja tagastub energiaallika maapunktile rongi rattade kaudu. Transformaatori teine keel tarnib energiat jõudumooduleerija, mis omakorda käivitab vedurimootori. Lisaks tarnib transformaatori teine väljund abilised seadmed, nagu jahutusventilaatorid ja külmaitse süsteemid.

Linnapiirkonna rongid
Linnapiirkonna rongid, mida tavaliselt nimetatakse lokaalringideks, on mõeldud lühikesed matkad. Need rongid peatuvad sagedasti suhteliselt lähedal asuvates punktides. Linnapiirkonna rongide kiirendus- ja aeglustusomaduste parandamiseks kasutatakse mootoriga varustatud vaunu. See konfiguratsioon suurendab rongi massi, mida vedurirattad kannavad, suhte rongi kogumassiga.

Iga mootoriga varustatud vaun on varustatud elektrilise vedurisüsteemiga ja pantograafkontaktoriga. Tavaliselt kasutatakse mootoriga ja mootoriga varustamatute vaunude suhet 1:2. Kõrgejõulisel linnapiirkonna rongidel võib see suhe olla 1:1. Mootoriga ja vaunuga koosnevat rongi nimetatakse elektrilise mitmeliikmelise ühikuna (EMU). Linnapiirkonna rongide energiaallikamehhanism on sarnane põhiliinirongidega, välja arvatud maapinnast alla asuvate linnapiirkonna rongidega.

Maapinnast alla asuvad rongid kasutavad otspinget (DC) energiaallikasüsteemi. See valik põhineb peamiselt sellel, et DC energiaallikasüsteemid nõuavad vähem ruumi energiajuhendite ja rongi keha vahel. Lisaks lihtsustavad DC süsteemid jõudumooduleerija disaini, vähendades selle keerukust ja kulua. Erinevalt maapindarongidest ei kasuta maapinnast alla asuvad rongid ülekaalutavaid jooni. Asemel tarnitakse energia kas relvete kaudu või tunneli ühe poolt paigaldatud juhtmete kaudu.

Elektribussid, tramid ja trollid
Nende tüüpi elektrilised sõidukid tavaliselt kasutavad ühe mootoriga varustatud vaunu disaini. Nad saavad energiat madala pingega DC ülekaalutavatest joontest, mis on paigaldatud tee kõrval. Väljakutsest tingitud madala vooga nõuetega korral koosneb energiakogumehhanism tavaliselt tiibist, millel on otsas reep, või kahest tiibist, mida ühendab kontaktiroht. Kogumissüsteem on väga paindlik ja sisaldab lisajuhtme, mis aitab tagada elektri pideva tagasivoolu, tagades sõiduki tööks stabiilse ja pideva energiaallika.

Tramid on railedel sõitvad elektrilised sõidukid, mis tavaliselt koosnevad ühest mootoriga varustatud vaunust. Mõnikord on neile lisatud kahe või enama mootoriga varustamata vaunu, et suurendada sõidujõudu. Nende energia kogumissüsteem on sarnane elektribussidega. Märgatavasti saab elektri tagasivoolu luua ühe relvi kaudu. Kuna tramid sõitvad fikseeritud raedel, on nende marsruudid teedel eelnevalt määratud, pakkudes usaldusväärset ja regulaarse transporditeenust.

Elektritrollid kasutatakse peamiselt materjalide transportimiseks kaevandites ja tehastes. Need sõidukid sõitvad tavaliselt raedel ja jagavad palju sarnasusi tramidega, erinevus seisneb nende füüsilises kuju.

Elektriliste vedurite olulised omadused

Elektriliste vedurite olulisemad omadused on järgmised:

• Suur momentnõue: Vedurid peavad genereerima suurt momenti alguses ja kiirenduses, et tuua sõiduki raske mass liikuma. See suur momentnõue tagab, et rong või muu vedur saaks ületada inertsi ja saavutada soovitud kiirust efektiivselt.

• Ühefaasis AC tarnitus AC vedurite puhul: Majanduslike kaalutluste tõttu kasutatakse AC vedurites tavaliselt ühefaasis energiatarnijooni. See valik aitab vähendada infrastruktuuri, energiatootmise ja -jaotamise kulud, muutes üldise toimimise majanduslikumaks.

• Pingelõiked: Elektrilistes vedurites koguneb energiatarnijooni pingelõiked. Need lõiked on eriti nähtavad, kui rong liigub ühest tarnisektsioonist teise, tõmbates ajutisi katkestusi. Sellised pinguvaheldused võivad olla väljakutseks vedurite stabiilselle tööle ja nõuavad tähelepanu pannud disaini ja juhtimisstrateegiaid, et nende mõju vähendada.

• Harmonilised segamine: Nii AC kui ka DC vedurid segavad harmonilisi signale energiatarnisse. Need harmonilised segamine võivad segada lähedal asuvaid telefoni- ja signaalide süsteeme, võimaldades kommunikatsiooni- ja signaalsüsteemide häireid. Adekvaatne filtrimine ja vähendamismeetmed on olulised, et vähendada seda segamist ja tagada need kriitiliste teenuste õige funktsioneerimise.

• Brakeeringssüsteemid: Vedurid sõltuvad peamiselt dünaamilisest brakeeringust, mis teisendab sõiduki liikumise kinetilise energiakütuse elektrikütuseks, kas dissipeerides selle soojusena või tagastades selle energiasüsteemi. Lisaks kasutatakse mehaanilisi breiki, kui sõiduk on paigus, et tagada usaldusväärne peatumine ja hooldamine, tagades ohutuse kõikides töötingimustes.

Elektriliste vedurite töötsükkel

Elektrilise veduri töötsükli saab tõhusalt mõista kiirus-aeg-graafikute ja võimsus-moment-aeg-diagrammide analüüsi kaudu. Vaadelda elektrilist vedurit, mis töötab kahe järjestikuse jaama vahel tasandusel. Alguses kiirendab rong maksimaalselt saavutatava momentiga. Selle kiirendusperioodi jooksul suureneb veduri energiatarbimine lineaarselt tõusva kiirusega, näitades energiat, mida vaja on inertsi ületamiseks ja sõiduki edasiliikumiseks.

Ajal t1 saavutab vedur oma aluskiirust ja samal ajal maksimaalset lubatud võimsust. Seejärel jätkub kiirendus konstantse võimsusega. Kui kiirus jätkab tõusvat, vähenevad nii moment kui ka kiirendus.

Ajal t2 saavutab veduri moment laadimomenti, kusjuures saavutatakse püsiv kiirus. Kiirendusprotsess 0-st t2-ni saab jagada kaheks erinevaks perioodiks. 0-st t1-ni on kiirendus konstantse momentiga, kus vedur rakendab püsivat pöörlemisjõudu, et kiiresti tõsta kiirust. Siis t1-st t2-ni toimub kiirendus konstantse võimsusega. Siin, kui kiirus tõuseb, ohverdab vedur momenti, et säilitada fikseeritud võimsuse väljund, mis tulemuseks on aeglustuv kiirenduskiirus, kuni tasakaal laadimomentiga on saavutatud t2-l.

Ajal t2-st t3-ni säilitab rong püsiva kiiruse ja töötab stabiilse veduri võimsusega. See periood on tuntud kui vaba sõitmisperiood. Sel perioodil liigub rong sujuvalt railedel, kus vedurjõud täpselt tasakaalustab vastandjõud, tagades püsiva ja efektiivse liikumise.

Ajal t4 panustatakse brakeeringusüsteemi. See tegevus käivitab kontrollitud aeglustamisprotsessi, mille tulemuseks on rongi kiiruse aeglane vähendamine, kuni see lõpuks peatab järgmise jaama, et teenida järgmist passaazierihulka või transportida oma kauba mõeldud sihtkohta.