Penggerak Listrik Traksi

Definisi

Penggerak yang menggunakan tenaga listrik untuk mendorong maju dikenal sebagai penggerak traksi listrik. Salah satu aplikasi utama dari penggerak listrik adalah transportasi orang dan barang dari satu tempat ke tempat lain. Penggerak traksi sebagian besar dikategorikan menjadi dua jenis: penggerak traksi AC fase tunggal dan penggerak traksi DC.

Layanan Traksi Listrik

Layanan traksi listrik dapat dibagi secara luas sebagai berikut:

• Kereta listrik

• Kereta Utama

• Kereta Komuter

• Bis, trem, dan troli listrik

• Kendaraan bertenaga baterai dan surya

Berikut ini adalah penjelasan rinci tentang layanan traksi listrik tersebut.

Kereta Listrik

Kereta listrik, yang berjalan di rel tetap, lebih lanjut dibagi menjadi kereta utama dan kereta komuter.

Kereta Utama
Pada kereta ini, daya disuplai ke motor dengan salah satu dari dua cara: baik dari jalur overhead pada lokomotif listrik atau melalui set generator diesel pada lokomotif diesel.

Pada lokomotif listrik, motor penggerak ditempatkan di dalam lokomotif itu sendiri. Jalur transmisi overhead dipasang di samping atau di atas jalur kereta. Pengumpul arus, dilengkapi dengan strip konduktor, dipasang pada lokomotif. Strip konduktor ini menggesek sepanjang konduktor suplai, sehingga menjaga kontak listrik antara sumber daya dan lokomotif. Konduktor suplai umumnya disebut kawat kontak. Untuk memastikan koneksi yang andal antara pengumpul arus dan kawat suplai, kabel jaringan dan kabel penurun digunakan.

Pada kereta kecepatan tinggi, pengumpul pantograf digunakan. Berbentuk seperti pentagon, desain unik ini memberi namanya. Pengumpul ini memiliki strip konduktor yang dipres dengan kuat terhadap kawat kontak oleh pegas. Biasanya dibuat dari baja, strip konduktor ini memainkan peran penting dalam mempertahankan tekanan yang konsisten antara dirinya dan kawat kontak. Tekanan konstan ini penting untuk mencegah osilasi vertikal, memastikan koneksi listrik yang stabil dan andal saat kereta kecepatan tinggi berjalan dengan cepat. Koneksi yang stabil ini vital untuk pasokan daya yang tidak terputus ke sistem listrik kereta, memungkinkan operasi yang lancar dan efisien.

Pasokan daya fase tunggal dipasang sepanjang seluruh jalur kereta. Arus listrik masuk ke lokomotif melalui pengumpul. Kemudian, arus melewati koil primer trafo penurun tegangan dan kembali ke tanah sumber daya melalui roda lokomotif. Koil sekunder trafo daya mensuplai daya ke modulator daya, yang kemudian menggerakkan motor traksi. Selain itu, output sekunder trafo mensuplai daya ke perangkat bantu seperti kipas pendingin dan sistem pendingin udara.

Kereta Komuter
Kereta komuter, juga sering disebut kereta lokal, dirancang untuk perjalanan jarak pendek. Kereta-kereta ini sering berhenti di interval yang relatif dekat. Untuk meningkatkan kinerja akselerasi dan dekelerasi, kereta komuter mengintegrasikan gerbong bermotor. Konfigurasi ini meningkatkan proporsi berat kereta yang ditanggung oleh roda penggerak relatif terhadap berat total kereta.

Setiap gerbong bermotor dilengkapi dengan sistem penggerak listrik dan pengumpul pantograf. Umumnya, gerbong bermotor dan non-bermotor digunakan dalam rasio 1:2. Untuk kereta komuter daya tinggi, rasio ini mungkin ditingkatkan menjadi 1:1. Kereta yang terdiri dari gerbong bermotor dan trailer dikenal sebagai kereta Multiple Unit Listrik (EMU). Mekanisme pasokan daya untuk kereta komuter mirip dengan kereta utama, dengan satu pengecualian: kereta komuter bawah tanah.

Kereta bawah tanah menggunakan sistem pasokan daya arus searah (DC). Pilihan ini sebagian besar karena sistem pasokan DC membutuhkan ruang kosong yang lebih sedikit antara konduktor daya dan badan kereta. Selain itu, sistem DC menyederhanakan desain modulator daya, mengurangi kompleksitas dan biayanya. Berbeda dengan kereta di atas tanah, kereta bawah tanah tidak menggunakan jalur transmisi overhead. Sebaliknya, daya disuplai baik melalui rel lari atau dari konduktor yang dipasang di satu sisi terowongan.

Bis, Trem, dan Troli Listrik
Jenis kendaraan listrik ini biasanya memiliki desain gerbong bermotor tunggal. Mereka mendapatkan daya dari jalur overhead DC tegangan rendah yang dipasang di samping jalan. Mengingat persyaratan arus yang relatif rendah, mekanisme pengumpulan arus sering kali terdiri dari batang dengan roda bergerigi di ujungnya, atau dua batang yang dihubungkan oleh busur kontak. Sistem pengumpul dirancang sangat fleksibel, dan mencakup konduktor tambahan untuk memfasilitasi pengembalian arus listrik, memastikan pasokan daya yang stabil dan terus menerus untuk operasi kendaraan.

Trem adalah jenis kendaraan bertenaga listrik yang berjalan di rel dan biasanya terdiri dari satu gerbong bermotor. Dalam beberapa kasus, dua atau lebih gerbong trailer non-bermotor dilekatkan untuk meningkatkan kapasitas penumpang. Sistem pengumpulan arus mereka mirip dengan bis listrik. Perlu dicatat, jalur pengembalian arus listrik dapat dibentuk melalui salah satu rel. Karena trem beroperasi di rel tetap, rute mereka di jalan telah ditentukan, memberikan layanan transportasi yang andal dan konsisten.

Troli listrik terutama digunakan untuk transportasi bahan di tambang dan pabrik. Kendaraan-kendaraan ini sebagian besar berjalan di rel dan memiliki banyak kesamaan dengan trem, dengan perbedaan utama terletak pada bentuk fisiknya.

Fitur Penting Penggerak Traksi Listrik

Karakteristik kunci dari penggerak traksi listrik diuraikan di bawah ini

• Persyaratan Torsi Tinggi: Penggerak traksi perlu menghasilkan torsi yang signifikan selama fase mulai dan akselerasi untuk mendorong massa kendaraan yang berat. Persyaratan torsi tinggi ini memastikan bahwa kereta atau kendaraan traksi lainnya dapat mengatasi inersia dan mencapai kecepatan yang diinginkan secara efisien.

• Pasokan AC Fase Tunggal dalam Traksi AC: Untuk pertimbangan ekonomis, pasokan daya fase tunggal umumnya digunakan dalam sistem traksi arus bolak-balik (AC). Pilihan ini membantu mengurangi biaya terkait infrastruktur, pembangkitan daya, dan distribusi, membuat operasi secara keseluruhan lebih finansial.

• Fluktuasi Tegangan: Pasokan daya dalam sistem traksi listrik mengalami fluktuasi tegangan yang signifikan. Fluktuasi ini terutama terasa ketika lokomotif berpindah dari satu bagian suplai ke bagian lain, sering menghasilkan diskontinuitas sementara. Variasi tegangan ini dapat menimbulkan tantangan bagi operasi stabil peralatan traksi dan memerlukan desain dan strategi kontrol yang cermat untuk mengurangi efeknya.

• Gangguan Harmonik: Baik sistem traksi AC maupun DC menyuntikkan harmonik ke sumber daya. Harmonik-harmonik ini dapat mengganggu saluran telepon dan sistem sinyal di dekatnya, potensial menyebabkan gangguan pada infrastruktur komunikasi dan sinyal. Penyaringan dan langkah mitigasi yang memadai sangat penting untuk meminimalkan gangguan ini dan memastikan fungsi optimal dari layanan kritis ini.

• Sistem Pengereman: Penggerak traksi sebagian besar bergantung pada pengereman dinamis, yang mengubah energi kinetik kendaraan yang bergerak menjadi energi listrik, baik didispersikan sebagai panas atau dialirkan kembali ke jaringan listrik. Selain itu, rem mekanis digunakan ketika kendaraan diam untuk memberikan kemampuan pemberhentian dan pegangan yang andal, memastikan keamanan dalam semua kondisi operasi.

Duty Cycle Penggerak Traksi Listrik

Duty cycle dari penggerak traksi listrik dapat dipahami secara efektif melalui analisis kurva kecepatan-waktu dan diagram daya-torsi-waktu. Pertimbangkan penggerak traksi yang beroperasi antara dua stasiun berturut-turut di jalur datar. Di awal, kereta melakukan akselerasi dengan menggunakan torsi maksimum yang dapat dicapai. Selama fase akselerasi ini, konsumsi daya dari penggerak meningkat linear dengan kecepatan yang naik, mencerminkan energi yang diperlukan untuk mengatasi inersia dan mendorong kendaraan maju.

Pada waktu t1, penggerak traksi mencapai kecepatan dasar, dan secara bersamaan, daya maksimum yang diperbolehkan dicapai. Setelah itu, akselerasi lebih lanjut berlangsung dalam kondisi daya konstan. Ketika kecepatan terus meningkat selama fase ini, torsi dan akselerasi secara bertahap berkurang.

Pada waktu t2, torsi penggerak menjadi sama dengan torsi beban, pada titik ini kecepatan stabil dicapai. Proses akselerasi dari 0 hingga t2 dapat dibagi menjadi dua tahap yang berbeda. Dari 0 hingga t1, akselerasi ditandai dengan torsi konstan, di mana penggerak menerapkan gaya rotasi yang konsisten untuk membangun kecepatan dengan cepat. Kemudian, dari t1 hingga t2, akselerasi terjadi dalam rezim daya konstan. Di sini, seiring kecepatan meningkat, penggerak mengorbankan torsi untuk mempertahankan output daya yang tetap, menghasilkan laju akselerasi yang semakin berkurang hingga keseimbangan dengan torsi beban tercapai pada t2.

Antara waktu t2 dan t3, kereta mempertahankan kecepatan konstan sambil beroperasi dengan daya penggerak yang stabil. Periode ini disebut fase bebas berjalan. Selama tahap ini, kereta meluncur dengan lancar di sepanjang rel, dengan gaya penggerak yang tepat menyeimbangkan gaya resistif, memastikan gerakan yang konsisten dan efisien.

Ketika momen yang tepat tiba pada waktu t4, sistem pengereman diaktifkan. Tindakan ini memulai proses perlambatan terkontrol, secara bertahap mengurangi kecepatan kereta hingga akhirnya berhenti di stasiun berikutnya, siap untuk melayani kelompok penumpang berikutnya atau mengangkut muatannya ke tujuan yang ditentukan.