Elektrotraktīvās gredzenes

Definīcija

Elektrotraktions pārnesums ir mehānisms, kas izmanto elektroenerģiju, lai virzītu priekšā. Viens no galvenajiem elektropārnesuma lietojumiem ir cilvēku un preču transportēšana no vietas uz citu. Traktions pārnesumi biežāk tiek sadalīti divos veidos: vienfazējie AC traktions pārnesumi un DC traktions pārnesumi.

Elektrotraktions pakalpojumi

Elektrotraktions pakalpojumus var šādi klasificēt:

• Elektrovilcienu

• Galvenās līnijas vilcienu

• Pilsētas vilcienu

• Elektroautobusu, tramvaju un trolejbusu

• Akumu un saules enerģijas palaistās transportlīdzekļu

Šeit seko detalizēta izskaidrojuma par minētajiem elektrotraktions pakalpojumiem.

Elektrovilcienu

Elektrovilcienu, kas brauc pa fiksētajām dzelzceļa līnijām, var sadalīt galveno līniju vilcienos un pilsētas vilcienos.

Galvenās līnijas vilcienu
Šajos vilcienos varietors tiek piegādāts motoram divos veidos: vai nu no elektrolokomotīvas virsves lejaslinijas vai arī no dieselelektrolokomotīvas dīzeļģeneratora komplekta.

Elektrolokomotīvā varietora dzinējs atrodas pašā lokomotīvā. Virsves lejaslinija tiek ieviesta blakus vai virs dzelzceļa. Lokomotīvā ir montēts strāvas samākslītājs ar vedņu, kas slīd pa piegādes vadi, nodrošinot elektrisku kontaktu starp enerģijas avotu un lokomotīvu. Piegādes vadu parasti sauc par kontaktvadu. Lai nodrošinātu uzticamu savienojumu starp strāvas samākslītāju un piegādes vadi, tiek izmantoti katenāra kābeli un gultnieki.

Augstākas ātrumu vilcienos tiek izmantots pantogrāfa tipa strāvas samākslītājs. Šis unikālais dizains, kas atgādina pentagonu, dod tam nosaukumu. Samākslītājam ir vednis, kas spēcīgi tiek nospiedēts pret kontaktvadi ar maziņu palīdzību. Parasti šis vednis tiek izgatavots no čuguna, un tas spēlē svarīgu lomu, nodrošinot konstanto spiedienu starp sevi un kontaktvadi. Šis konstantais spiediens ir būtisks, lai novērstu vertikālos svārstījumus, nodrošinot stabila un uzticama elektriskā savienojuma, kad augstākas ātrumu vilciens brauc ar ātriem ātrumiem. Šis stabils savienojums ir vitāli svarīgs, lai nodrošinātu nepārtrauktu enerģijas piegādi vilciena elektriskajiem sistēmām, ļaujot viegli un efektīvi darboties.

Virsves lejaslinija ir instalēta visā dzelzceļa maršrutā. Elektriskā strāva nonāk lokomotīvā caur samākslītāju. Tā pārvietojas cauri step-down transformatora primārajai spēlnai un atgriežas pie enerģijas avota zemes, caur lokomotīvas riteņiem. Transformatora sekundārā spēlne nodrošina enerģiju jaudas modulatoram, kas savukārt pārveido to, lai palaistu traktions dzinēju. Papildus tam, transformatora sekundārā izvade nodrošina enerģiju palīgierīcēm, piemēram, dzesēšanas ventilām un kondicionieru sistēmām.

Pilsētas vilcienu
Pilsētas vilcienu, ko bieži sauc arī par vietējiem vilcieniem, ir izstrādāti īsām attālumām. Šie vilciens bieži apturējas tuvās intervālās. Lai uzlabotu paātrināšanu un aizveršanu, pilsētas vilcieni ietver motorizētus vagonus. Šāda konfigurācija palielina proporciju, kāda daļa no vilciena svara tiek nodrošināta ar dzinēja riteņiem salīdzinājumā ar kopējo vilciena svaru.

Katrā motorizētajā vagone ir instalēta elektrotraktions sistēma un pantogrāfs. Parasti motorizētie un nemotorizētie vagoni tiek izmantoti attiecībā 1:2. Augstspējīgākiem pilsētas vilcieniem šī attiecība var tikt palielināta līdz 1:1. Vilcieni, kas sastāv no motorizētiem un nemotorizētiem vagoniem, tiek saukti par Elektromotorizētajiem vairākvagoniem (EMU). Pilsētas vilcieniem enerģijas piegādes mehānisms ir līdzīgs galvenajiem līniju vilcieniem, ar vienu nozīmīgu izņēmumu: apakšzemē esošiem pilsētas vilcieniem.

Apakšzemē esošie vilcienu izmanto tiešā strāvas (DC) enerģijas piegādes sistēmu. Šis izvēles kritērijs galvenokārt ir saistīts ar to, ka DC piegādes sistēmas prasa mazāku atstarpi starp enerģijas vadi un vilciena korpusu. Turklāt DC sistēmas vienkāršo enerģijas modulatora dizainu, samazinot tā sarežģītību un izmaksas. Atšķirībā no virsuzemē esošajiem vilcieniem, apakšzemē esošie vilciens neizmanto virsves lejaslinijas. Gan energija tiek piegādāta caur braukšanas riteņiem vai no vadiem, kas ir instalēti vienā tunelī.

Elektroautobusi, tramvaji un trolejbusi
Šādi elektrotransportlīdzekļi parasti izmanto vienvagonu dizainu ar vienu dzinēju. Tie gūst enerģiju no zemas sprieguma DC virsves lejaslinijas, kas ir instalēta blakus ceļa. Ņemot vērā relatīvi zemo strāvas patrebi, strāvas samākslīšanas mehānisms bieži sastāv no stābra ar režģa ratiņu galā vai diviem stābriem, kas savienoti ar kontaktloku. Strāvas samākslīšanas sistēma ir izstrādāta, lai būtu ļoti elastīga, un tā ietver papildu vadi, lai nodrošinātu strāvas atgriešanos, garantējot stabilu un nepārtrauktu enerģijas piegādi transportlīdzeklim.

Tramvaji ir elektrospējotas transportlīdzekļi, kas brauc pa dzelzceļiem un parasti sastāv no viena dzinēja vagona. Dažreiz tiek pievienoti divi vai vairāki nemotorizēti vagoni, lai palielinātu pasažieru kapacitāti. To strāvas samākslīšanas sistēma ir līdzīga elektroautobusu. Notikumā, strāvas atgriešanās ceļš var tikt izveidots caur vienu no dzelzceļa riteņiem. Kā tramvaji brauc pa fiksētajām dzelzceļa līnijām, tos ceļi pa ceļiem ir noteikti, nodrošinot uzticamu un pastāvīgu transporta servisu.

Elektrotrolejbusi bieži tiek izmantoti materiālu transportēšanai rūpnīcās un rūpniecības objektos. Šie transportlīdzekļi bieži brauc pa dzelzceļiem un ir līdzīgi tramvajiem, ar galveno atšķirību to fiziskajā formā.

Elektrotraktions pārnesumu svarīgākie iezīmes

Elektrotraktions pārnesumu galvenās īpašības ir aprakstītas zemāk

• Augsts momenta prasība: Traktions pārnesumiem jāveido liels moments, lai palaistu un paātrinātu smagās masas transportlīdzekļus. Šis augstais momenta prasība nodrošina, ka vilciens vai cits traktions transportlīdzeklis var efektīvi pārvarēt inertiju un sasniegt vēlamo ātrumu.

• Vienfase AC piegāde AC traktos: Ekonomisku apsvērumu dēļ, vienfase enerģijas piegāde ir bieži izmantota maiņstrāvas (AC) traktos. Šis izvēles kritērijs palīdz samazināt infrastruktūras, enerģijas ražošanas un izplatīšanas izmaksas, padarot visu operāciju finansiāli rentablu.

• Sprieguma svārstības: Elektrotraktos enerģijas piegāde pieredz lielas sprieguma svārstības. Šīs svārstības ir īpaši izteiktas, kad lokomotīve pārvietojas no vienas piegādes daļas uz otru, bieži radot momentānas pārtraukumus. Šādas sprieguma mainības var radīt izaicinājumus traktions aprīkojuma stabilitātei un prasa uzmanīgu dizainu un kontrolēšanas stratēģijas, lai mazinātu to ietekmi.

• Harmoniskās interferences: Gan AC, gan DC traktos tiek iegremdētas harmoniskas enerģijas avotā. Šīs harmoniskas var interferēt ar tuvākajām tālrunisaites līnijām un signālsistēmām, potenciāli rada komunikācijas un signāla infrastruktūras traucējumus. Pietiekamas filtrēšanas un mazināšanas pasākumi ir būtiski, lai minimizētu šo interferenci un nodrošinātu šo kritisko pakalpojumu pareizo darbību.

• Brīdināšanas sistēmas: Traktions pārnesumi galvenokārt balstās uz dinamisku brīdināšanu, kas pārvērš transportlīdzekļa kinētisko enerģiju elektriskajā enerģijā, vai to izskarto kā siltumu, vai atgriež to enerģijas tīklā. Papildus tam, mehāniskās spraugas tiek izmantotas, kad transportlīdzeklis ir stacionārs, lai nodrošinātu uzticamu stāvēšanu un turēšanu, nodrošinot drošību visās darbības apstākļos.

Elektrotraktions pārnesumu darbības cikls

Elektrotraktions pārnesumu darbības cikls var efektīvi tikt saprasts, analizējot ātruma-laika krivās un jauda-momenta-laika diagrammas. Apcerēsim traktions pārnesumu, kas darbojas starp diviem secīgiem stacijām uz vienlīdzīgu dzelzceļu. Sākotnēji vilciens paātrina, izmantojot maksimāli sasniedzamo momentu. Paātrināšanas posmā pārnesuma enerģijas patrebe lineāri pieaug ar pieaugošo ātrumu, atspoguļojot enerģiju, kas nepieciešama, lai pārvarētu inertiju un palaistu transportlīdzekli.

Laikā t1 traktions pārnesums sasniedz pamata ātrumu, un tajā pašā laikā tiek sasniegta maksimālā atļautā jauda. Pēc tam, turpmāka paātrināšana notiek konstantas jaudas apstākļos. Ar pieaugošo ātrumu šajā posmā, gan moments, gan paātrinājums, lēnām samazinās.

Laikā t2 pārnesuma moments kļūst vienāds ar slodzes momentu, un tiek sasniegts stabils ātrums. Paātrināšanas process no 0 līdz t2 var tikt sadalīts divos atsevišķos posmos. No 0 līdz t1, paātrinājums raksturojas ar konstantu momentu, kur pārnesums pielieto konsekvent rotācijas spēku, lai ātri paaugstinātu ātrumu. Pēc tam, no t1 līdz t2, paātrinājums notiek konstantas jaudas apstākļos. Šajā posmā, kā ātrums palielinās, pārnesums samazina momentu, lai saglabātu fiksēto jaudas iznākumu, rezultējot samazinātā paātrinājuma tempā, līdz līdzsvars ar slodzes momentu tiek panākts laikā t2.

Laikā t2 un t3 vilciens uztur konstantu ātrumu, strādājot ar konstantu pārnesuma jaudu. Šis periods tiek saukts par brīvo braukšanas posmu. Šajā posmā vilciens gludīgi brauc pa dzelzceļu, ar braukšanas spēku precīzi līdzsvarojot pretspēkus, nodrošinot konsekventu un efektīvu kustību.

Kad pienāk laiks t4, tiek ieņemta brīdināšanas sistēma. Šis darbības uzsākums inicē kontroliertu aizveršanu, lēnām samazinot vilciena ātrumu, līdz tas beidzot apturējas nākamajā stacijā, gatavs apkalpot nākamo pakaļvienus vai transportēt savu kravu uz paredzēto galamērķi.