Conxellos eléctricos de tracción

Definición

Un propulsor que utiliza energía eléctrica para avanzar se conoce como un propulsor de tracción eléctrica. Una de las aplicaciones principales de un propulsor eléctrico es el transporte de personas y mercancías de un lugar a otro. Los propulsores de tracción se clasifican principalmente en dos tipos: el propulsor de tracción monofásico AC y el propulsor de tracción DC.

Servizos de tracción eléctrica

Os servizos de tracción eléctrica poden clasificarse ampliamente de la seguinte forma:

• Trens eléctricos

• Trens de Línea Principal

• Trens Suburbanos

• Autobuses eléctricos, tranvías e trolebuses

• Veículos alimentados por batería e enerxía solar

A continuación, ofrece unha explicación detallada destes servizos de tracción eléctrica.

Trens Eléctricos

Os trens eléctricos, que circulan por raias fijas, divídense ademais en trens de liña principal e trens suburbanos.

Trens de Línea Principal
En estes trens, a enerxía se suministra ao motor de dúas formas: ou ben desde unha liña aérea nunha locomotora eléctrica ou mediante un conxunto xerador diésel nunha locomotora diésel.

Na locomotora eléctrica, o motor de propulsión está aloxado dentro da propia locomotora. Instálase unha liña de transmisión aérea ao lado ou sobre a vía ferroviaria. Un colector de corrente, equipado cunha banda conductora, montase na locomotora. Esta banda conductora desliza pola conductora de alimentación, mantendo así o contacto eléctrico entre o suministro de enerxía e a locomotora. A conductora de alimentación é comúnmente coñecida como o cable de contacto. Para garantir unha conexión confiable entre o colector de corrente e o cable de alimentación, empreganse cables catenarios e cables pendentes.

Nos trens de alta velocidade, utilízase un colector pantógrafo. Este deseña pentagonal dálle o seu nome. O colector presenta unha banda conductora que se presiona firmemente contra o cable de contacto mediante muelles. Xeralmente fabricada en acero, esta banda conductora xoga un papel crucial na manutención dunha presión constante entre ela mesma e o cable de contacto. Esta presión constante é esencial para evitar oscilacións verticais, asegurando unha conexión eléctrica estable e confiable mentres o tren de alta velocidade viaxa a gran velocidade. Esta conexión estable é vital para o suministro ininterrumpido de enerxía eléctrica aos sistemas eléctricos do tren, permitindo un funcionamento suave e eficiente.

Instálase un suministro de enerxía monofásico ao longo de toda a vía ferroviaria. A corrente eléctrica entra na locomotora a través do colector. Através do devanado primario dun transformador reductor e retorna ao terra do suministro de enerxía a través das rodas da locomotora. O devanado secundario do transformador de potencia suministra enerxía ao modulador de potencia, que a súa vez impulsa o motor de tracción. Ademais, a saída secundaria do transformador alimenta dispositivos auxiliares como ventiladores de refrigeración e sistemas de aire acondicionado.

Trens Suburbanos
Os trens suburbanos, tamén coñecidos como trens locais, están deseñados para viaxes de curta distancia. Estes trens realizan paradas frecuentes a intervalos relativamente próximos. Para mellorar o rendemento de aceleración e desaceleración, os trens suburbanos incorporan coches motorizados. Esta configuración aumenta a proporción do peso do tren soportado polas rodas motrices respecto ao peso total do tren.

Cada coche motorizado está equipado cun sistema de propulsión eléctrica e un colector pantógrafo. Xeralmente, os coches motorizados e non motorizados úsanse nunha relación de 1:2. Para trens suburbanos de alta potencia, esta relación pode aumentarse a 1:1. Os trens compuestos de coches motorizados e remolcados coñécense como trens de Unidade Múltiple Eléctrica (UME). O mecanismo de suministro de enerxía para trens suburbanos é similar ao de trens de liña principal, con unha excepción notable: os trens subterraneos.

Os trens subterraneos utilizan un sistema de suministro de enerxía de corrente continua (CC). Esta elección debe principalmente ao feito de que os sistemas de suministro CC requiren menos clearance entre o conductor de enerxía e o corpo do tren. Ademais, os sistemas CC simplifican o deseño do modulador de potencia, reducindo tanto a súa complexidade como o seu custo. Ao contrario que os trens superficiais, os trens subterraneos non empregan liñas de transmisión aéreas. En cambio, a enerxía se suministra a través das vías de rodadura ou desde conductores instalados nun lado do túnel.

Autobuses, Tranvías e Trolebuses Eléctricos
Estes tipos de vehículos eléctricos xeralmente presentan un deseño de coche impulsado por un único motor. Obtém a enerxía de liñas aéreas de corriente continua de baixa tensión instaladas ao lado da estrada. Dado o baixo requerimento de corrente, o mecanismo de recolección de corrente adoita consistir nun varón cunha roda ranurada no seu extremo, ou dous varóns conectados por un arco de contacto. O sistema de recolección está deseñado para ser altamente flexible, e inclúe un conductor adicional para facilitar o retorno da corrente eléctrica, asegurando un suministro de enerxía estable e continuo para o funcionamento do vehículo.

Os tranvías son un tipo de vehículo eléctrico que circula por raias e xeralmente consiste en un coche impulsado por un único motor. En algúns casos, engádanse dous ou máis coches remolcados sen motor para aumentar a capacidade de pasaxeiros. O seu sistema de recolección de corrente é comparable ao dos autobuses eléctricos. Notablemente, a ruta de retorno da corrente eléctrica pódese establecer a través de unha das vías. Como os tranvías circulan por raias fijas, as súas rutas ao longo da estrada están predeterminadas, proporcionando un servizo de transporte confiable e consistente.

Os trolebuses eléctricos empreganse principalmente para o transporte de materiais dentro de minas e fábricas. Estes vehículos xeralmente circulan por raias e comparten moitas similitudes con os tranvías, sendo a principal diferenza a súa forma física.

Características Importantes dos Propulsores de Tracción Eléctrica

As características clave dos propulsores de tracción eléctrica elaboraranse a continuación

• Requisito de Alto Par: Os propulsores de tracción deben xerar un par substancial durante as fases de arranque e aceleración para propulsar a masa pesada do vehículo. Esta demanda de alto par asegura que o tren ou outro vehículo de tracción poida superar a inercia e alcanzar a velocidade deseada de maneira eficiente.

• Suministro Monofásico AC en Tracción AC: Por razones económicas, un suministro de enerxía monofásico adoita utilizarse en sistemas de tracción de corriente alterna (AC). Esta elección axuda a reducir os custos relacionados coa infraestrutura, xeración e distribución de enerxía, facendo que a operación global sexa máis económicamente viable.

• Fluctuacións de Voltaxe: O suministro de enerxía nos sistemas de tracción eléctrica experimenta fluctuacións significativas de voltaxe. Estas fluctuacións son particularmente pronunciadas cando a locomotora se move de unha sección de suministro a outra, resultando a miúdo en discontinuidades momentáneas. Tales variacións de voltaxe poden supor retos para a operación estable do equipo de tracción e requiren diseños e estratexias de control cuidadosos para mitigar os seus efectos.

• Interferencia Armónica: Tanto os sistemas de tracción AC como DC inxectan armónicos na fonte de enerxía. Estes armónicos poden interferir con liñas telefónicas e sistemas de señalización próximos, posiblemente causando interrupcións na infraestrutura de comunicación e señalización. Medidas adecuadas de filtrado e mitigación son esenciais para minimizar esta interferencia e asegurar o funcionamento correcto destes servizos críticos.

• Sistemas de Frenado: Os propulsores de tracción dependen principalmente do frenado dinámico, que converte a enerxía cinética do vehículo en movimento en enerxía eléctrica, disipándola como calor ou alimentándola de volta á rede de enerxía. Ademais, utilizanse freos mecánicos cando o vehículo está estacionado para proporcionar capacidades de parada e sostén confiables, asegurando a seguridade en todas as condicións de operación.

Ciclo de Servicio dos Propulsores de Tracción Eléctrica

O ciclo de servizo dun propulsor de tracción eléctrica pode entenderse eficazmente a través do análise de curvas de velocidade-tempo e diagramas de potencia-par-tempo. Considérese un propulsor de tracción que opera entre dúas estacións consecutivas nunha vía nivelada. No inicio, o tren acelera utilizando o par máximo lograble. Durante esta fase de aceleración, o consumo de potencia do propulsor aumenta linearmente coa velocidade crecente, refletindo a enerxía necesaria para superar a inercia e propulsar o vehículo cara adiante.

Ao tempo t1, o propulsor de tracción alcanza a súa velocidade base, e simultaneamente, obtense a potencia máxima permitida. Seguido a isto, a aceleración adicional procede baixo unha condición de potencia constante. Á medida que a velocidade continúa aumentando nesta fase, tanto o par como a aceleración diminúen gradualmente.

Ao tempo t2, o par do propulsor igualase ao par de carga, no que punto se alcanza unha velocidade constante. O proceso de aceleración de 0 a t2 pode dividirse en dúas etapas distintas. De 0 a t1, a aceleración caracterízase por un par constante, onde o propulsor aplica unha forza rotacional constante para construír rapidamente a velocidade. Entón, de t1 a t2, a aceleración ocorre baixo un régimen de potencia constante. Aquí, a medida que a velocidade aumenta, o propulsor sacrifica par para manter a potencia de saída fixa, resultando en unha taxa de aceleración decrecente ata que se establece o equilibrio co par de carga en t2.

Entre o tempo t2 e t3, o tren manteña unha velocidade constante mentres opera a unha potencia de propulsión constante. Este período denomínase a fase de marcha libre. Durante esta etapa, o tren desliza suavemente pola vía, coa forza motriz precisamente equilibrando as forzas resistentes, asegurando un movemento constante e eficiente.

Cando chega o momento apropiado ao tempo t4, actívase o sistema de frenado. Esta acción inicia un proceso de desaceleración controlada, reducindo gradualmente a velocidade do tren ata que finalmente se detén na próxima estación, listo para atender ao próximo lote de pasaxeiros ou transportar a súa carga ao destino previsto.