Pemacu Gerakan Elektrik

Definisi

Penggerak yang menggunakan tenaga elektrik untuk mendorong maju dikenali sebagai penggerak traksi elektrik. Salah satu aplikasi utama penggerak elektrik adalah pengangkutan orang dan barang dari satu tempat ke tempat lain. Penggerak traksi terutamanya dikategorikan kepada dua jenis: penggerak traksi AC single-phase dan penggerak traksi DC.

Perkhidmatan Traction Elektrik

Perkhidmatan traksi elektrik boleh dikategorikan secara luas seperti berikut:

• Kereta api elektrik

• Kereta Api Utama

• Kereta Api Subbandar

• Bas elektrik, tram, dan trolley

• Kenderaan bertenaga bateri dan solar

Berikut adalah penjelasan terperinci mengenai perkhidmatan traksi elektrik ini.

Kereta Api Elektrik

Kereta api elektrik, yang berjalan di atas rel tetap, dibahagikan lebih lanjut menjadi kereta api utama dan kereta api subbandar.

Kereta Api Utama
Dalam kereta api ini, tenaga disalurkan ke motor dengan salah satu dari dua cara: entah dari garis overhead dalam lokomotif elektrik atau melalui set generator diesel dalam lokomotif diesel.

Dalam lokomotif elektrik, motor penggerak dipasang di dalam lokomotif itu sendiri. Garis transmisi overhead dipasang di sepanjang atau di atas landasan kereta api. Pengumpul arus, dilengkapi dengan jalur konduktor, dipasang pada lokomotif. Jalur konduktor ini meluncur sepanjang konduktor bekalan, dengan demikian mengekalkan hubungan elektrik antara bekalan tenaga dan lokomotif. Konduktor bekalan biasanya dirujuk sebagai wayar kontak. Untuk memastikan sambungan yang dapat dipercayai antara pengumpul arus dan wayar bekalan, kabel catenary dan wayar penurun digunakan.

Dalam kereta api berkelajuan tinggi, pengumpul pantograf digunakan. Bentuknya seperti pentagon, rancangan unik ini memberikan namanya. Pengumpul ini mempunyai jalur konduktor yang ditekan kuat-kuat ke wayar kontak dengan menggunakan spring. Biasanya dibuat daripada baja, jalur konduktor ini memainkan peranan penting dalam mengekalkan tekanan yang konsisten antara dirinya dan wayar kontak. Tekanan yang konsisten ini penting untuk mencegah getaran menegak, memastikan sambungan elektrik yang stabil dan boleh dipercayai ketika kereta api berkelajuan tinggi bergerak dengan laju. Sambungan yang stabil ini penting untuk bekalan tenaga tanpa gangguan ke sistem elektrik kereta api, membolehkan operasi yang lancar dan efisien.

Bekalan tenaga single-phase dipasang sepanjang keseluruhan landasan kereta api. Arus elektrik masuk ke lokomotif melalui pengumpul. Ia kemudian melalui koil utama transformer step-down dan kembali ke ground bekalan tenaga melalui roda lokomotif. Koil sekunder transformer bekalan tenaga menyediakan tenaga ke modulator kuasa, yang seterusnya menggerakkan motor traksi. Selain itu, output sekunder transformer menyediakan tenaga kepada peranti tambahan seperti kipas pendingin dan sistem penyejukan udara.

Kereta Api Subbandar
Kereta api subbandar, juga biasa dirujuk sebagai kereta api tempatan, direka untuk perjalanan jarak pendek. Kereta api ini membuat henti-henti sering pada selang yang relatif rapat. Untuk meningkatkan prestasi pemerataan dan perlambatan, kereta api subbandar menggabungkan gerbong motor. Konfigurasi ini meningkatkan nisbah berat kereta api yang ditanggung oleh roda penggerak berbanding dengan berat total kereta api.

Setiap gerbong motor dilengkapi dengan sistem penggerak elektrik dan pengumpul pantograf. Biasanya, gerbong motor dan non-motor digunakan dalam nisbah 1:2. Untuk kereta api subbandar berkuasa tinggi, nisbah ini mungkin ditingkatkan menjadi 1:1. Kereta api yang terdiri daripada gerbong motor dan gerbong trailer dikenali sebagai kereta api Unit Pelbagai Elektrik (EMU). Mekanisme bekalan tenaga untuk kereta api subbandar serupa dengan kereta api utama, dengan pengecualian yang mencolok: kereta api bawah tanah.

Kereta api bawah tanah menggunakan sistem bekalan tenaga arus terus (DC). Pilihan ini terutamanya disebabkan sistem bekalan DC memerlukan ruang lebih sedikit antara konduktor tenaga dan badan kereta api. Selain itu, sistem DC memudahkan reka bentuk modulator kuasa, mengurangkan kedua-dua kompleksiti dan kosnya. Berbeza dengan kereta api di atas tanah, kereta api bawah tanah tidak menggunakan garis transmisi overhead. Sebaliknya, tenaga disalurkan entah melalui rel larian atau dari konduktor yang dipasang di salah satu sisi terowong.

Bas Elektrik, Tram, dan Trolley
Jenis-jenis kenderaan elektrik ini biasanya mempunyai reka bentuk gerbong bermotor tunggal. Mereka mendapatkan tenaga dari garis overhead DC voltan rendah yang dipasang di sepanjang jalan. Mengingat keperluan arus yang relatif rendah, mekanisme pengumpulan arus sering terdiri daripada rod dengan roda bergaris di hujungnya, atau dua batang yang disambungkan oleh busur kontak. Sistem pengumpul direka untuk sangat fleksibel, dan ia termasuk konduktor tambahan untuk memudahkan pengembalian arus elektrik, memastikan bekalan tenaga yang stabil dan berterusan untuk operasi kenderaan.

Tram adalah jenis kenderaan bertenaga elektrik yang berjalan di atas rel dan biasanya terdiri daripada gerbong bermotor tunggal. Dalam beberapa kes, dua atau lebih gerbong trailer tidak berkuasa dilampirkan untuk meningkatkan kapasiti penumpang. Sistem pengumpulan arus mereka serupa dengan bas elektrik. Nota bene, laluan pulangan untuk arus elektrik boleh ditetapkan melalui salah satu rel. Karena tram beroperasi di atas rel tetap, laluan mereka di sepanjang jalan telah ditentukan, menyediakan perkhidmatan pengangkutan yang boleh dipercayai dan konsisten.

Trolley elektrik terutamanya digunakan untuk pengangkutan bahan dalam tambang dan kilang. Kenderaan ini kebanyakannya berjalan di atas rel dan mempunyai banyak persamaan dengan tram, dengan perbezaan utama terletak pada bentuk fizikal mereka.

Ciri-ciri Penting Penggerak Traction Elektrik

Ciri-ciri utama penggerak traksi elektrik diterangkan di bawah

• Keperluan Tork Tinggi: Penggerak traksi perlu menghasilkan tork yang besar semasa fasa permulaan dan pemerataan untuk mendorong jisim kenderaan yang berat. Keperluan tork tinggi ini memastikan kereta api atau kenderaan traksi lain dapat mengatasi inersia dan mencapai kelajuan yang diinginkan dengan efisien.

• Bekalan AC Single-Phase dalam Traction AC: Untuk pertimbangan ekonomi, bekalan tenaga single-phase biasanya digunakan dalam sistem traksi arus berselang-seli (AC). Pilihan ini membantu mengurangkan kos berkaitan infrastruktur, penjanaan tenaga, dan pengedaran, menjadikan operasi secara keseluruhan lebih kewangan.

• Fluktuasi Voltan: Bekalan tenaga dalam sistem traksi elektrik mengalami fluktuasi voltan yang signifikan. Fluktuasi ini terutamanya ketara apabila lokomotif bergerak dari satu bahagian bekalan ke bahagian lain, sering menghasilkan ketidakberterusan sementara. Variasi voltan ini boleh menimbulkan cabaran kepada operasi stabil peralatan traksi dan memerlukan strategi reka bentuk dan kawalan yang cermat untuk mengurangkan kesannya.

• Gangguan Harmonik: Baik sistem traksi AC mahupun DC menyuntik harmonik ke dalam sumber tenaga. Harmonik ini boleh mengganggu talian telefon dan sistem isyarat berhampiran, mungkin menyebabkan gangguan kepada infrastruktur komunikasi dan isyarat. Langkah-langkah penyaringan dan mitigasi yang mencukupi adalah penting untuk mengurangkan gangguan ini dan memastikan fungsi yang betul bagi perkhidmatan penting ini.

• Sistem Brek: Penggerak traksi kebanyakannya bergantung pada brek dinamik, yang menukar tenaga kinetik kenderaan bergerak menjadi tenaga elektrik, sama ada disebarkan sebagai haba atau disalurkan semula ke dalam grid tenaga. Tambahan pula, brek mekanikal digunakan apabila kenderaan diam untuk menyediakan kemampuan berhenti dan menahan yang boleh dipercayai, memastikan keselamatan dalam semua keadaan operasi.

Siklus Tugas Penggerak Traction Elektrik

Siklus tugas penggerak traksi elektrik boleh difahami dengan berkesan melalui analisis lengkung kelajuan-waktu dan rajah kuasa-tork-waktu. Pertimbangkan penggerak traksi yang beroperasi antara dua stesen berturut-turut di landasan yang rata. Di awal, kereta api mempercepat dengan menggunakan tork maksimum yang dapat dicapai. Semasa fasa pemerataan ini, penggunaan tenaga penggerak meningkat linear dengan kelajuan yang meningkat, mencerminkan tenaga yang diperlukan untuk mengatasi inersia dan mendorong kenderaan ke depan.

Pada masa t1, penggerak traksi mencapai kelajuan asas, dan serentak, kuasa maksimum yang dibenarkan dicapai. Selepas itu, pemerataan lanjut berlangsung di bawah keadaan kuasa malar. Ketika kelajuan terus meningkat semasa fasa ini, kedua-dua tork dan pemerataan berkurang secara beransur-ansur.

Pada masa t2, tork penggerak menjadi sama dengan tork beban, di mana titik kelajuan malar dicapai. Proses pemerataan dari 0 hingga t2 boleh dibahagikan kepada dua tahap yang berbeza. Dari 0 hingga t1, pemerataan ditandai dengan tork malar, di mana penggerak menerapkan daya putaran yang konsisten untuk membina kelajuan dengan cepat. Kemudian, dari t1 hingga t2, pemerataan berlaku di bawah rejim kuasa malar. Di sini, ketika kelajuan meningkat, penggerak mengorbankan tork untuk mengekalkan output kuasa yang tetap, menghasilkan kadar pemerataan yang berkurang sehingga keseimbangan dengan tork beban dicapai pada t2.

Antara masa t2 dan t3, kereta api mengekalkan kelajuan malar sambil beroperasi dengan kuasa penggerak yang malar. Tempoh ini dirujuk sebagai fasa bebas-lari. Semasa tahap ini, kereta api meluncur dengan lancar di sepanjang landasan, dengan daya pemandu menyeimbangkan dengan tepat daya-daya resistif, memastikan gerakan yang konsisten dan efisien.

Apabila masa yang sesuai tiba pada masa t4, sistem brek diaktifkan. Tindakan ini memulakan proses perlambatan yang dikawal, mengurangkan kelajuan kereta api secara beransur-ansur sehingga akhirnya berhenti di stesen seterusnya, siap untuk melayani sejumlah penumpang seterusnya atau mengangkut muatannya ke destinasi yang dimaksudkan.