Електрични тракција приводи

Дефиниција

Погон што користи електрична енергија за напредување е познат како електричен тракционен погон. Една од основните примените на електричниот погон е превозот на луѓе и роба од едно место до друго. Тракционите погони се главно класифицирани во две типови: једнофазен АЦ тракционен погон и ДЦ тракционен погон.

Електрични тракциони услуги

Електричните тракциони услуги можат да се општо класифицират како следи:

• Електрички возови

• Главни возови

• Градски возови

• Електрички автобуси, трамваи и тролеи

• Возила со батерија и солнечна енергија

Следи детално објаснување на овие електрични тракциони услуги.

Електрички возови

Електричките возови, кои се движеат по фиксирани релси, се поделени на главни возови и градски возови.

Главни возови
На овие возови, енергијата до моторот се доставува на два начини: или преку надворешна линија во електрични локомотиви, или преку дизелен генератор во дизелни локомотиви.

Во електричната локомотива, моторот за привлачување е сместен во самата локомотива. Надворешна преносна линија е инсталирана паралелно или изнад железничката пруга. Систем за собирање на струја, осначен со проводник, е монтиран на локомотивата. Овој проводник се плизга врз преносната жица, така што се одржува електрична врска помеѓу изворот на енергија и локомотивата. Преносната жица е често наречена контактна жица. За осигурување на надежна врска помеѓу системот за собирање на струја и изворната жица, се користат котези и спуштачки жици.

Во високобрзинските возови, се користи систем за собирање на струја со пантограф. Со форма на петагон, овој уникатен дизајн му дава името. Системот за собирање на струја има проводник кој е притиснат кон контактната жица со помош на пружини. Обично направен од челик, овој проводник игра важна улога во одржувањето на константен притисок помеѓу себе и контактната жица. Овој константен притисок е есенцијален за спречување на вертикални осцилации, осигурувајќи стабилна и надежна електрична врска додека високобрзинскиот воз се движи со брзина. Оваа стабилна врска е важна за непрекинато доставување на енергија до електричните системи на возот, што овозможува гладко и ефикасно функционирање.

Једнофазен извор на енергија е инсталиран на целата железничка пруга. Електричната струја влиза во локомотивата преку системот за собирање на струја. Потоа минува низ первичната бобина на трансформаторот за намалување на напонот и се враќа на земјата на изворот на енергија преку колесата на локомотивата. Секундарната бобина на трансформаторот за енергија доставува енергија до модулаторот на енергија, кој потоа привлакува тракциониот мотор. Дополнително, секундарниот излез на трансформаторот доставува енергија до помошни уреди како што се хладење и климатизација.

Градски возови
Градските возови, често наречени и локални возови, се дизајнирани за кратки превози. Овие возови прават чести спирки на релативно блиски интервали. За подобрување на перформансите при убрзување и забрзување, градските возови вклучуваат вагони со мотори. Оваа конфигурација зголемува процентот на тежина на возот што се носи од страна на привлачувањето споредно со вкупната тежина на возот.

Секој вагон со мотор е опремен со електричен систем за привлачување и систем за собирање на струја со пантограф. Обично, вагоните со мотор и без мотор се користат во сооднос 1:2. За високомоќни градски возови, овој сооднос може да се зголеми до 1:1. Возовите составени од вагони со мотор и вагони-плесачи се нарекуваат Electrical Multiple Unit (EMU) возови. Механизмот за доставување на енергија за градските возови е сличен на онај за главните возови, со едно значајно исключение: подземните градски возови.

Подземните возови користат систем со директна струја (DC). Оваа избор е главно поради тоа што системите со DC струја бараат помала раздалечена од изворот на енергија до телото на возот. Повеќе, системите со DC струја попростуваат дизајнот на модулаторот на енергија, намалувајќи и сложеноста и цената. Збогато на површинските возови, подземните возови не користат надворешни преносни линии. Вместо тоа, енергијата се доставува или преку пругите на кои се движеат или преку проводници инсталирани на една страна на тунелот.

Електрички автобуси, трамваи и тролеи
Овие видови на електрични возила обично имаат дизајн со еден моторски вагон. Те се запажаат со енергија од нисконапонски DC надворешни линии инсталирани паралелно со патот. Збогато на релативно ниски потреби за струја, системот за собирање на струја често се состои од цилиндр со зарезано колесо на крајот, или два цилиндри поврзани со контактна лука. Системот за собирање на струја е инженерисан да биде многу флексибилен, и вклучува дополнителен проводник за овозможување на враќањето на електричната струја, што осигурува стабилно и непрекинато доставување на енергија за функционирањето на возилото.

Трамваите се вид на електрично возило што се движи по релси и обично се состои од еден моторски вагон. Во некои случаи, два или повеќе вагони-плесачи се придружуваат за зголемување на капацитетот за возачи. Нивниот систем за собирање на струја е сличен на онај на електричките автобуси. Забележано, патот за враќање на електричната струја може да се установи преку една од релсите. Бидејќи трамваите се движеат по фиксирани релси, нивните патеки по патот се предопределени, што им овозможува да доставуваат надежна и консистентна услуга за превоз.

Електричните тролеи се главно користени за превоз на материјали во мини и фабрики. Овие возила обично се движеат по релси и делат многу сличности со трамваите, со главната разлика што се наоѓа во нивниот физички облик.

Важни карактеристики на електричните тракциони погони

Клучните карактеристики на електричните тракциони погони се детаљно објаснети подолу

• Потреба за голем момент: Тракционите погони треба да генерираат голем момент во фазата на стартирање и убрзување за да привлечат тежок масив на возилото. Оваа висока потреба за момент осигурува дека возот или другото тракционно возило може да надмине инерцијата и да постигне желаната брзина ефикасно.

• Једнофазен AC извор во AC тракциони системи: Због економски размислувања, често се користи једнофазен извор на енергија во системите со алтернативна струја (AC). Овој избор помогнува во намалување на трошоците поврзани со инфраструктурата, производството и дистрибуцијата на енергија, што прави целосната операција финансиски повисокористна.

• Флуктуации на напонот: Изворот на енергија во електричните тракциони системи испитува значајни флуктуации на напонот. Овие флуктуации се особено изразени кога локомотивата се движуваше од една секција на изворот на енергија до друга, често резултирајќи во момнентни прекини. Таквите варијации на напонот можат да предизвикаат предизвици за стабилната работа на тракционата опрема и бараат внимателен дизајн и контролни стратегии за намалување на нивните ефекти.

• Хармонична интерференција: И системите со AC и DC тракциони инжектираат хармонии во изворот на енергија. Овие хармонии можат да интерферираат со близките телефонски линии и системи за сигнал, потенцијално предизвикувајќи прекини во комуникацијата и сигналингската инфраструктура. Адекватни филтрирачки и митигациони мерки се есенцијални за намалување на оваа интерференција и осигурување на правилното функционирање на овие критични услуги.

• Системи за замуркување: Тракционите погони главно се полагаат на динамичко замуркување, кој конвертира кинетичката енергија на движещото се возило во електрична енергија, или ја дисипира како топлина или ја враќа обратно во мрежата на енергија. Дополнително, механички замуркувања се користат кога возилото е стаснато за да се осигура надежно спирање и задржување, осигурувајќи безопасност во сите услови на работа.

Циклус на работа на електричните тракциони погони

Циклусот на работа на електричните тракциони погони може да се ефективно разбере преку анализа на криви на брзина-време и дијаграми на моќ-момент-време. Размислете за тракцион погон кој работи меѓу две последователни станица на равен пут. На почетокот, возот се убрзува со максимално постижлив момент. Во оваа фаза на убрзување, потрошуванјето на моќ од погонот линеарно се зголемува со зголемувањето на брзината, што одразува енергијата потребна за надминување на инерцијата и привлачување на возилото напред.

Во времето t1, тракциониот погон достигнува својата базна брзина, и истовремено, се достигнува максимално дозволена моќ. Последователно, убрзувањето продолжува под услови на константна моќ. Како што брзината продолжува да се зголемува во оваа фаза, и моментот и убрзувањето постепено се намалуваат.

Во времето t2, моментот на погонот станува еднаков на моментот на оптерење, кога се постигува стабилна брзина. Процесот на убрзување од 0 до t2 може да се подели на две различни фази. Од 0 до t1, убрзувањето е карактеризирано со константен момент, кога погонот применува константна ротационна сила за брзо зголемување на брзината. Потоа, од t1 до t2, убрзувањето се случува под услови на константна моќ. Тука, како брзината се зголемува, погонот жертвува момент за да се одржи фиксната моќ, што резултира со намалување на убрзувањето до моментот кога се постигнува равновесие со моментот на оптерење во t2.

Меѓу времето t2 и t3, возот одржува константна брзина додека работи со стабилна моќ на погонот. Овој период е наречен фаза на слободно движење. Во оваа фаза, возот гладко се движи по пругата, со силата на привлачување точно балансирајќи силите на противодействување, што осигурува консистентно и ефикасно движење.

Кога дојде до одговарајкиот момент во времето t4, системот за замуркување се активира. Оваа акција иницира контролиран процес на замуркување, постепено намалувајќи брзината на возот додека тој се спира на следната станица, готов да служи на следната група возачи или да превезе својата роба до целната дестинација.