Električni pogonski uređaji
Definicija
Gonič koji koristi električnu energiju za napredovanje poznat je kao električni trakcijski gonič. Jedna od glavnih primjena električnog goniča jest prijevoz ljudi i robe s jedne lokacije na drugu. Trakcijski goniči uglavnom se dijele u dvije kategorije: jednofazni AC trakcijski gonič i DC trakcijski gonič.
Električne trakcijske usluge
Električne trakcijske usluge mogu se široko klasificirati sljedećim načinom:
Električni vlakovi
Glavne pruge
Predgrađanski vlakovi
Električni autobusi, tramvaji i trolliji
Vozila s baterijama i solarnom energijom
Sljedeće je detaljno objašnjenje ovih električnih trakcijskih usluga.
Električni vlakovi
Električni vlakovi, koji se kreću po fiksnim prugama, dalje su podijeljeni u glavne pruge i predgrađanske vlakove.
Glavne pruge
U tim vlakovima, snaga se prenosi motoru na jedan od dva načina: ili iznadovremene linije u električnom lokomotivu ili putem dizelskog generatora u dizelskom lokomotivu.
U električnom lokomotivu, pogonski motor smješten je unutar samog lokomotiva. Iznadovremenska prenosna linija instalirana je uz ili iznad željezničke pruge. Struja se prikuplja pomoću strujnog prikupljača opremljenog vodilom. Ovaj vodil prevlači se duž isporučne vodilice, održavajući električni kontakt između izvora struje i lokomotiva. Isporučna vodilica često se naziva kontakt vodilica. Za pouzdanu vezu između strujnog prikupljača i isporučne vodilice koriste se katenarne kabeli i spustnice.
U visokobriznih vlakova koristi se pantografski prikupljač. Oblikovan kao pentagon, ovaj jedinstveni dizajn dao mu je ime. Prikupljač ima vodil koji se čvrsto pritiskom na kontakt vodilicu pomoću opruga. Uobičajeno izrađen od čelika, ovaj vodil igra ključnu ulogu u održavanju konstantnog pritiska između sebe i kontakt vodilice. Taj konstantni pritisak bitan je za sprečavanje vertikalnih oscilacija, osiguravajući stabilnu i pouzdanu električnu vezu dok visokobrizni vlakovi putuju brzinom. Ta stabilna veza vitalna je za neprekidnu isporuku struje elektro sistemima vlakova, omogućujući gladak i učinkovit rad.
Jednofazni izvor struje instaliran je duž cijele željezničke pruge. Električna struja uđe u lokomotiv putem prikupljača. Zatim prolazi kroz primarni zavojnik step-down transformatora i vraća se na masu izvora struje putem točkova lokomotiva. Sekundarni zavojnik moćnog transformatora isporučuje struju na modulator moći, koji na svoju stranu pokreće trakcijski motor. Također, sekundarni izlaz transformatora isporučuje struju pomoćnim uređajima poput hladnjaka i klima uređaja.
Predgrađanski vlakovi
Predgrađanski vlakovi, također poznati kao lokalni vlakovi, dizajnirani su za kratke udaljenosti. Ovi vlakovi često zaustavlja se na relativno blizim intervalima. Da bi se poboljšala performansa ubrzanja i kočenja, predgrađanski vlakovi uključuju motorizirane voze. Ova konfiguracija povećava proporciju težine vlakova nosivih točkova u odnosu na ukupnu težinu vlakova.
Svaki motorizirani voz opremljen je električnim pogonskim sustavom i pantografskim prikupljačem. Uobičajeno, motorizirani i nemotorizirani vozi koriste se u omjeru 1:2. Za visokosnažne predgrađanske vlakove, taj omjer može se povećati na 1:1. Vlakovi sastavljeni od motoriziranih i priključnih vagona poznati su kao Električne Viševozne Jednice (EMU). Sustav isporuke struje za predgrađanske vlakove sličan je onome za glavne pruge, s jednim važnim izuzetkom: podzemni predgrađanski vlakovi.
Podzemni vlakovi koriste sustav isporuke struje jednosmjernog struje (DC). Ova izbora se uglavnom donosi zbog činjenice da sustavi sa DC isporukom struje zahtijevaju manju razmaknuću između vodilice i tijela vlakova. Također, DC sustavi pojednostavljuju dizajn modulatora moći, smanjujući njegovu složenost i trošak. Na suprotno od površinskih vlakova, podzemni vlakovi ne koriste iznadovremene prenosne linije. Umjesto toga, struja se isporučuje putem hodnih pruga ili vodilica instaliranih na jednoj strani tunela.
Električni autobusi, tramvaji i trolliji
Ovi tipovi električnih vozila obično imaju dizajn s jednim motoriziranim vozom. Struja se dobiva iz niskonaponskih DC iznadovremenihih linija instaliranih uz cestu. Zbog relativno niskih potreba za strujom, sustav prikupljanja struje često sastoji se od štapa s ugroženim kotačem na kraju, ili dva štapa spojena kontakt lukom. Sustav prikupljača dizajniran je da bude vrlo fleksibilan, i uključuje dodatnu vodilicu za povratnu struju, osiguravajući stabilnu i kontinuiranu isporuku struje za rad vozila.
Tramvaji su tip električno pogonjenih vozila koja se kreću po prugama i obično sastoje se od jednog motoriziranog vagona. U nekim slučajevima, dva ili više nemotoriziranih priključnih vagona povezuju se kako bi se povećala kapacitet putnika. Njihov sustav prikupljanja struje sličan je onome kod električnih autobusa. Važno je napomenuti da se povratna struja može postići kroz jednu od pruga. Budući da tramvaji kreću se po fiksnim prugama, njihove rute duž ceste su predodređene, pružajući pouzdano i konzistentno uslugu prijevoza.
Električni trolliji uglavnom se koriste za prijevoz materijala unutar rudnika i tvornica. Ova vozila uglavnom se kreću po prugama i dijele mnoge sličnosti s tramvajima, s glavnim razlikama u fizičkom obliku.
Važna značajka električnih trakcijskih goniča
Ključne karakteristike električnih trakcijskih goniča su detaljno opisane ispod
Visoki zahtjev za momentom: Trakcijski goniči trebaju generirati značajan moment tijekom faza pokretanja i ubrzavanja kako bi pokrenuli tešku masu vozila. Ovaj visoki zahtjev za momentom osigurava da vlak ili drugo trakcijsko vozilo može premoći inerciju i dobiti željenu brzinu učinkovito.
Jednofazna AC isporuka u AC trakciji: Iz ekonomskih razloga, u sustavima AC trakcije uglavnom se koristi jednofazni izvor struje. Ova izbora pomaže u smanjenju troškova infrastrukture, proizvodnje i distribucije struje, čime se čini cjelokupni rad finansijski više održivim.
Fluktuacije napona: Isporuka struje u električnim trakcijskim sustavima ispušta značajne fluktuacije napona. Ove fluktuacije posebno su izražene kada lokomotiva prelazi s jedne sekcije isporuke na drugu, čime se stvara privremena prekid. Takve varijacije napona mogu predstavljati izazove za stabilno funkcioniranje trakcijskog opreme i zahtijevaju pažljivo projektiranje i strategije upravljanja kako bi se smanjili njihovi efekti.
Harmonički interferencija: Sustavi AC i DC trakcije ubacuju harmonike u izvor struje. Ove harmonike mogu mešati telefonske linije i signale, potencijalno uzrokujući prekide u komunikacijskoj i signalnoj infrastrukturi. Adekvatna filtriranja i mjere mitigacije su nužne kako bi se smanjila ova interferencija i osiguralo pravilno funkcioniranje ovih ključnih usluga.
Sustavi kočnica: Trakcijski goniči uglavnom se oslanjaju na dinamičko kočenje, koje pretvara kinetičku energiju kretanja vozila u električnu energiju, bukvalno rasipa je kao toplinu ili ju vraća u mrežu. Također, mehaničke kočnice koriste se kada vozilo stoji kako bi se osiguralo pouzdanost zaustavljanja i držanja, osiguravajući sigurnost u svim uvjetima rada.
Ciklus rada električnih trakcijskih goniča
Ciklus rada električnog trakcijskog goniča može se učinkovito razumjeti kroz analizu krivulja brzine-vrijeme i dijagrama snage-momenta-vrijeme. Promotrimo trakcijski gonič koji radi između dvije uzastopne stanice na ravnoj pruzi. Na početku, vlak ubrzava koristeći maksimalno dostupni moment. Tijekom ove faze ubrzavanja, potrošnja snage goniča linearno raste s porastom brzine, odražavajući energiju potrebnu za premoći inerciju i pomicanje vozila naprijed.
U trenutku t1, trakcijski gonič doseže svoju osnovnu brzinu, i istodobno, dostiže se maksimalno dopušteno snaga. Nakon toga, daljnje ubrzavanje nastavlja se pod uvjetom konstantne snage. Dok brzina i dalje raste tijekom ove faze, moment i ubrzanje postepeno opadaju.
Do trenutka t2, moment goniča postaje jednak momentu opterećenja, u tom trenutku postiže se stalna brzina. Proces ubrzavanja od 0 do t2 može se podijeliti u dvije različite faze. Od 0 do t1, ubrzavanje karakterizira se konstantnim momentom, gdje gonič primjenjuje konstantnu rotacijsku silu kako bi brzo izgradio brzinu. Zatim, od t1 do t2, ubrzavanje nastavlja se pod režimom konstantne snage. Ovdje, kako brzina raste, gonič žrtvuje moment kako bi održao fiksnu snagu, što rezultira smanjenim stopom ubrzanja dok se ne postigne ravnoteža s momentom opterećenja u t2.
Između vremena t2 i t3, vlak održava konstantnu brzinu dok operira na stabilnoj snazi goniča. Ovaj period poznat je kao faza slobodnog hodovanja. Tijekom ove faze, vlak gladko se kreće duž pruge, s pogonskom silom precizno ravnoteži silama otpora, osiguravajući konzistentan i učinkovit pokret.
Kada dođe do pravog trenutka u vremenu t4, aktivira se sustav kočnica. Ova akcija započinje kontrolirani proces sporjenja, postepeno smanjuje brzinu vlaka dok ne stane u sljedećoj stanici, spremna da posluži sljedeću partiju putnika ili prijevozi teret na namijenjeno odredište.
