전기 추력 구동 장치

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정의

전기를 사용하여 전진하는 구동장치를 전기추진구동장치라고 합니다. 전기드라이브의 주요 용도 중 하나는 사람과 물품을 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 것입니다. 추진구동장치는 주로 단상 교류 추진구동장치와 직류 추진구동장치 두 가지 유형으로 분류됩니다.

전기추진서비스

전기추진서비스는 다음과 같이 넓게 분류할 수 있습니다:

전기 기차

주선 기차
지역 기차

전기 버스, 트램, 트롤리
배터리 및 태양광 차량

다음은 이러한 전기추진서비스에 대한 자세한 설명입니다.

전기 기차

고정된 레일 위를 달리는 전기 기차는 주선 기차와 지역 기차로 더 나뉩니다.

주선 기차
이 기차들은 전기 기관차에서는 오버헤드 선에서 또는 디젤 기관차에서는 디젤 발전기 세트를 통해 모터에 전력을 공급합니다.

전기 기관차에서는 주행 모터가 기관차 내부에 위치합니다. 철도 트랙 옆이나 위에 오버헤드 전송선이 설치되어 있습니다. 전력수집기는 도체 스트립이 장착된 컨덕터 스트립이 기관차에 장착되어 있으며, 이 스트립은 공급선을 따라 미끄러져 전력공급과 기관차 사이의 전기 접촉을 유지합니다. 공급선은 일반적으로 접촉선이라고 불립니다. 전력수집기와 공급선 사이의 신뢰성 있는 연결을 위해 캐터너리 케이블과 드로퍼 와이어가 사용됩니다.

고속열차에서는 팬토그래프 수집기가 사용됩니다. 이 특이한 디자인은 오각형 모양에서 이름이 붙여졌습니다. 수집기는 스프링을 통해 접촉선에 단단히 눌러지는 도체 스트립을 특징으로 합니다. 일반적으로 강철로 제작되는 이 도체 스트립은 접촉선과 일정한 압력을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 일정한 압력은 고속열차가 빠른 속도로 여행하면서 수직 진동을 방지하고 안정적이고 신뢰성 있는 전기 연결을 보장하는 데 필수적입니다. 이러한 안정적인 연결은 열차의 전기 시스템에 대한 지속적인 전력 공급을 가능하게 하며, 부드럽고 효율적인 운행을 가능하게 합니다.

철도 전체에 단상 전력 공급이 설치되어 있습니다. 전력은 수집기를 통해 기관차에 들어갑니다. 그런 다음 전력은 스텝다운 변압기의 프라이머리 코일을 통과하고 기관차 바퀴를 통해 전력 공급의 지면으로 돌아갑니다. 변압기의 센드리 코일은 전력 모듈레이터에 전력을 공급하며, 이는 차례로 추력 모터를 구동합니다. 또한, 변압기의 센드리 출력은 냉각 팬 및 에어컨 시스템과 같은 보조 장치에 전력을 공급합니다.

지역 기차
지역 기차는 일반적으로 짧은 거리를 여행하도록 설계되었습니다. 이러한 기차는 비교적 가까운 간격으로 정차합니다. 가속 및 감속 성능을 향상시키기 위해 지역 기차는 동력 차량을 포함하고 있습니다. 이러한 구성은 전체 기차 무게에 대한 구동축의 무게 비율을 증가시킵니다.

각 동력 차량은 전기 구동 시스템과 팬토그래프 수집기가 장착되어 있습니다. 일반적으로 동력 차량과 비동력 차량은 1:2의 비율로 사용됩니다. 고출력 지역 기차의 경우 이 비율은 1:1로 증가할 수 있습니다. 동력 차량과 트레일러 차량으로 구성된 기차는 전기 다중 유닛 (EMU) 기차라고 합니다. 지역 기차의 전력 공급 메커니즘은 주선 기차와 유사하지만, 지하 지역 기차는 예외입니다.

지하철은 직류 (DC) 전력 공급 시스템을 사용합니다. 이 선택은 DC 공급 시스템이 전력 도체와 기차 본체 사이에 필요한 여유 공간이 적기 때문입니다. 또한, DC 시스템은 전력 모듈레이터의 설계를 단순화하여 복잡성과 비용을 줄입니다. 지상 기차와 달리 지하철은 오버헤드 전송선을 사용하지 않습니다. 대신, 전력은 주행 레일을 통해 또는 터널의 한쪽에 설치된 도체를 통해 공급됩니다.

전기 버스, 트램 및 트롤리
이러한 종류의 전기 차량은 일반적으로 단일 모터 구동 차량 설계를 특징으로 합니다. 도로 옆에 설치된 저전압 DC 오버헤드 선에서 전력을 공급받습니다. 상대적으로 낮은 전류 요구 사항으로 인해, 전력 수집 메커니즘은 종종 그루브가 있는 휠이 장착된 막대 또는 접촉 활로 연결된 두 개의 막대로 구성됩니다. 수집 시스템은 매우 유연하게 설계되며, 전기 전류의 회귀를 위한 추가 도체가 포함되어 있어 차량의 운영을 위한 안정적이고 지속적인 전력 공급을 보장합니다.

트램은 레일 위를 달리는 전기 차량으로, 일반적으로 단일 모터 차량으로 구성됩니다. 일부 경우에는 승객 수용 능력을 높이기 위해 두 개 이상의 비동력 트레일러 차량이 연결될 수 있습니다. 그들의 전력 수집 시스템은 전기 버스와 유사합니다. 특히, 전기 전류의 회귀 경로는 레일 중 하나를 통해 설정될 수 있습니다. 트램은 고정된 레일 위에서 운행되기 때문에, 도로를 따라 예정된 경로를 따르며, 신뢰성 있고 일관된 교통 서비스를 제공합니다.

전기 트롤리는 주로 광산과 공장에서 재료 운송에 사용됩니다. 이러한 차량은 주로 레일 위에서 운행되며, 트램과 많은 유사점을 공유하지만, 주요 차이점은 물리적 형태에 있습니다.

전기추진구동장치의 주요 특징

전기추진구동장치의 주요 특징은 다음과 같습니다:

높은 토크 요구 사항: 추진구동장치는 차량의 무거운 질량을 움직이기 위해 출발 및 가속 단계에서 상당한 토크를 생성해야 합니다. 이 높은 토크 요구 사항은 기차나 기타 추진 차량이 관성력을 극복하고 원하는 속도를 효율적으로 달성할 수 있도록 합니다.
교류 추진에서 단상 AC 공급: 경제적 고려사항으로, 교류 (AC) 추진 시스템에서는 일반적으로 단상 전력 공급이 사용됩니다. 이 선택은 인프라, 전력 생산 및 배포 관련 비용을 줄여 전체 운영을 더 경제적으로 만듭니다.
전압 변동: 전기 추진 시스템의 전력 공급은 상당한 전압 변동을 경험합니다. 이러한 변동은 특히 기관차가 한 공급 구역에서 다른 구역으로 이동할 때 순간적인 중단을 초래하는 경우가 많습니다. 이러한 전압 변동은 추진 장비의 안정적인 작동에 도전을 제기하며, 이를 완화하기 위해 신중한 설계 및 제어 전략이 필요합니다.
조화파 간섭: AC와 DC 추진 시스템 모두 전력원에 조화파를 주입합니다. 이러한 조화파는 근처의 전화선과 신호 시스템에 간섭하여 통신 및 신호 인프라에 문제를 일으킬 수 있습니다. 적절한 필터링 및 완화 조치가 이러한 간섭을 최소화하고 이러한 중요한 서비스의 정상적인 작동을 보장하는 데 필수적입니다.
제동 시스템: 추진구동장치는 주로 동적 제동을 사용하여 이동 중인 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 이를 열로 소모하거나 전력 그리드로 되돌려보내기도 합니다. 또한, 차량이 정지할 때 안전한 정지 및 유지 기능을 제공하기 위해 기계식 제동장치가 사용됩니다.

전기추진구동장치의 작업 주기

전기추진구동장치의 작업 주기는 속도-시간 곡선과 전력-토크-시간 다이어그램을 통해 효과적으로 이해할 수 있습니다. 평평한 트랙에서 두 연속된 역 사이에서 작동하는 추진구동장치를 고려해보겠습니다. 시작 시, 기차는 가능한 최대 토크를 사용하여 가속합니다. 이 가속 단계에서, 구동장치의 전력 소비는 속도가 상승함에 따라 선형적으로 증가하여 관성력을 극복하고 차량을 전진시키는데 필요한 에너지를 반영합니다.

t1 시간에, 추진구동장치는 기본 속도에 도달하며 동시에 최대 허용 전력이 달성됩니다. 그 후, 일정한 전력 상태 하에서 추가 가속이 진행됩니다. 이 단계에서 속도가 계속 증가함에 따라 토크와 가속도는 점차 감소합니다.

t2 시간에, 구동 토크가 부하 토크와 같아지면서 일정한 속도가 달성됩니다. 0부터 t2까지의 가속 과정은 두 개의 서로 다른 단계로 나눌 수 있습니다. 0부터 t1까지는 일정한 토크로 가속되며, 구동장치는 일정한 회전력을 적용하여 속도를 빠르게 높입니다. t1부터 t2까지는 일정한 전력 상태 하에서 가속이 이루어집니다. 여기서 속도가 증가함에 따라 구동장치는 일정한 전력 출력을 유지하기 위해 토크를 희생하며, 가속률이 점차 감소하여 t2에서 부하 토크와 균형을 이루게 됩니다.