विद्युत ट्रैक्सन ड्राइव्स

परिभाषा

विद्युत शक्ति का उपयोग करके आगे बढ़ने वाला ड्राइव विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव के रूप में जाना जाता है। विद्युत ड्राइव का प्रमुख अनुप्रयोग लोगों और सामान को एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुंचाना है। ट्रैक्शन ड्राइव मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं: एक-फेज AC ट्रैक्शन ड्राइव और DC ट्रैक्शन ड्राइव।

विद्युत ट्रैक्शन सेवाएं

विद्युत ट्रैक्शन सेवाओं को व्यापक रूप से निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

• विद्युत ट्रेनें

• मुख्य-रेखा ट्रेनें

• उपनगरीय ट्रेनें

• विद्युत बस, ट्राम, और ट्रोली

• बैटरी और सौर-शक्ति से चलने वाले वाहन

निम्नलिखित इन विद्युत ट्रैक्शन सेवाओं का विस्तृत विवरण है।

विद्युत ट्रेनें

स्थिर रेलों पर चलने वाली विद्युत ट्रेनें फिर से मुख्य-रेखा ट्रेनों और उपनगरीय ट्रेनों में विभाजित होती हैं।

मुख्य-रेखा ट्रेनें
इन ट्रेनों में, ऊर्जा दो तरीकों से मोटर तक पहुंचाई जाती है: या तो विद्युत लोकोमोटिव में एक ओवरहेड लाइन से या डीजल लोकोमोटिव में डीजल जनरेटर सेट से।

विद्युत लोकोमोटिव में, ड्राइविंग मोटर लोकोमोटिव के अंदर स्थित होता है। रेलवे ट्रैक के बगल में या ऊपर एक ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइन लगाई जाती है। एक विद्युत संग्राहक, जिसमें एक चालक पट्टी लगी होती है, लोकोमोटिव पर लगाया जाता है। यह चालक पट्टी आपूर्ति चालक के साथ घिसती रहती है, जिससे विद्युत संपर्क बना रहता है। आपूर्ति चालक को आमतौर पर संपर्क तार के रूप में जाना जाता है। संग्राहक और आपूर्ति तार के बीच एक विश्वसनीय संपर्क सुनिश्चित करने के लिए कैटेनरी केबल और ड्रोपर वायरों का उपयोग किया जाता है।

उच्च-गति वाली ट्रेनों में, पैंटोग्राफ संग्राहक का उपयोग किया जाता है। यह पंचकोण के आकार का होता है, जिससे इसका नाम पड़ा है। इस संग्राहक में एक चालक पट्टी होती है, जो स्प्रिंगों के माध्यम से आपूर्ति तार के साथ दबाया जाता है। आमतौर पर स्टील से बना, यह चालक पट्टी आपूर्ति तार के बीच स्थिर दबाव बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह स्थिर दबाव ऊर्ध्वाधर दोलनों से बचने, उच्च-गति वाली ट्रेन के तेज गति से यात्रा के दौरान एक स्थिर और विश्वसनीय विद्युत संपर्क सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। यह स्थिर संपर्क ट्रेन के विद्युत प्रणालियों के लिए निरंतर ऊर्जा आपूर्ति के लिए आवश्यक है, जिससे चालन और कार्यक्षमता सुचारु रहती है।

पूरे रेलवे ट्रैक के साथ एक-फेज विद्युत आपूर्ति स्थापित की जाती है। विद्युत संग्राहक के माध्यम से विद्युत धारा लोकोमोटिव में प्रवेश करती है। फिर यह एक ट्रांसफार्मर के प्राथमिक कुंडली से गुजरती है और लोकोमोटिव के पहियों के माध्यम से विद्युत आपूर्ति के ग्राउंड पर वापस जाती है। ट्रांसफार्मर के द्वितीयक कुंडली विद्युत मोड्यूलेटर को ऊर्जा देती है, जो ट्रैक्शन मोटर को चलाता है। इसके अलावा, ट्रांसफार्मर का द्वितीयक आउटपुट शीतलन पंख और वायु-संशोधन प्रणालियों जैसे सहायक उपकरणों को ऊर्जा देता है।

उपनगरीय ट्रेनें
उपनगरीय ट्रेनें, जिन्हें आमतौर पर स्थानीय ट्रेनें के रूप में जाना जाता है, छोटी दूरी की यात्रा के लिए डिजाइन की गई हैं। ये ट्रेनें निकटवर्ती अंतराल पर अक्सर रुकती हैं। त्वरण और धीमी गति के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, उपनगरीय ट्रेनें मोटराइज्ड कोचों का उपयोग करती हैं। यह व्यवस्था ट्रेन के वजन के एक बड़े हिस्से को ड्राइविंग पहियों द्वारा वहन करने की संभावना बढ़ाती है।

प्रत्येक मोटराइज्ड कोच में एक विद्युत ड्राइव प्रणाली और एक पैंटोग्राफ संग्राहक लगा होता है। आमतौर पर, मोटराइज्ड और गैर-मोटराइज्ड कोचों का अनुपात 1:2 होता है। उच्च-शक्ति वाली उपनगरीय ट्रेनों के लिए, यह अनुपात 1:1 तक बढ़ाया जा सकता है। मोटराइज्ड और ट्रेलर कोचों से बनी ट्रेनों को इलेक्ट्रिकल मल्टीपल यूनिट (EMU) ट्रेनें कहा जाता है। उपनगरीय ट्रेनों के लिए ऊर्जा आपूर्ति की प्रणाली मुख्य-रेखा ट्रेनों के समान है, लेकिन एक उल्लेखनीय अपवाद है: उपनगरीय ट्रेनें जो भूमिगत होती हैं।

भूमिगत ट्रेनें एक सीधी-धारा (DC) विद्युत आपूर्ति प्रणाली का उपयोग करती हैं। यह चुनाव मुख्य रूप से इसलिए किया जाता है क्योंकि DC आपूर्ति प्रणालियों के लिए विद्युत चालक और ट्रेन शरीर के बीच कम दूरी की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, DC प्रणालियाँ विद्युत मोड्यूलेटर के डिजाइन को सरल बनाती हैं, जिससे इसकी जटिलता और लागत कम हो जाती है। ऊपरी ट्रेनों के विपरीत, भूमिगत ट्रेनें ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों का उपयोग नहीं करती हैं। इसके बजाय, ऊर्जा चल रहे रेलों से या टनल के एक तरफ लगाए गए चालकों से आपूर्ति की जाती है।

विद्युत बस, ट्राम और ट्रोली
इन प्रकार के विद्युत वाहन आमतौर पर एक-मोटर-चालित कोच डिजाइन का उपयोग करते हैं। वे सड़क के बगल में लगाए गए कम-वोल्टेज DC ओवरहेड लाइनों से ऊर्जा लेते हैं। दिए गए निम्न विद्युत धारा की आवश्यकताओं के कारण, विद्युत संग्राहक प्रणाली अक्सर एक रॉड और इसके अंत में एक ग्राफिट चक्र से बनी होती है, या दो रॉड जो एक संपर्क धनुष से जुड़े होते हैं। संग्राहक प्रणाली का डिजाइन बहुत लचीला होता है, और इसमें विद्युत धारा के वापसी के लिए एक अतिरिक्त चालक शामिल होता है, जिससे वाहन के संचालन के लिए स्थिर और निरंतर ऊर्जा आपूर्ति सुनिश्चित होती है।

ट्राम विद्युत-संचालित वाहन हैं जो रेलों पर चलते हैं और आमतौर पर एक-मोटर-चालित कोच से बने होते हैं। कुछ मामलों में, यात्री क्षमता बढ़ाने के लिए दो या अधिक अन-पावर्ड ट्रेलर कोचों को जोड़ा जाता है। उनकी विद्युत संग्राहक प्रणाली विद्युत बसों के समान होती है। ध्यान देने योग्य बात यह है कि विद्युत धारा का वापसी पथ रेलों में से एक के माध्यम से स्थापित किया जा सकता है। ट्राम निश्चित रेलों पर चलते हैं, इसलिए उनके सड़कों पर रूट पहले से निर्धारित होते हैं, जो एक विश्वसनीय और नियमित परिवहन सेवा प्रदान करते हैं।

विद्युत ट्रोली अक्सर खदानों और कारखानों में सामान के परिवहन के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये वाहन आमतौर पर रेलों पर चलते हैं और ट्रामों के साथ बहुत सामान्यता साझा करते हैं, लेकिन उनका भौतिक आकार अलग होता है।

विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव की महत्वपूर्ण विशेषताएं

विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव की प्रमुख विशेषताएं निम्नलिखित हैं:

• उच्च टोक आवश्यकता: ट्रैक्शन ड्राइव को शुरुआत और त्वरण के चरणों में वाहन के भारी द्रव्यमान को आगे बढ़ाने के लिए उच्च टोक उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। यह उच्च-टोक आवश्यकता सुनिश्चित करती है कि ट्रेन या अन्य ट्रैक्शन वाहन जड़ता को दूर कर सकता है और आवश्यक गति को सुचारु रूप से प्राप्त कर सकता है।

• AC ट्रैक्शन में एक-फेज AC आपूर्ति: आर्थिक विचारों के कारण, एक-फेज विद्युत आपूर्ति आमतौर पर एक्सीलेटिंग करंट (AC) ट्रैक्शन प्रणालियों में उपयोग की जाती है। यह चुनाव बुनियादी ढांचे, ऊर्जा उत्पादन, और वितरण से संबंधित लागतों को कम करने में मदद करता है, जिससे कुल संचालन आर्थिक रूप से अधिक संभव हो जाता है।

• वोल्टेज उतार-चढाव: विद्युत ट्रैक्शन प्रणालियों में विद्युत आपूर्ति में महत्वपूर्ण वोल्टेज उतार-चढाव होता है। ये उतार-चढाव विशेष रूप से तब उत्पन्न होते हैं जब लोकोमोटिव एक आपूर्ति खंड से दूसरे खंड में जाता है, जिससे अक्सर अस्थायी विच्छेद होता है। ऐसे वोल्टेज उतार-चढाव ट्रैक्शन उपकरणों के स्थिर संचालन के लिए चुनौतियां उत्पन्न कर सकते हैं और उनके प्रभाव को कम करने के लिए सावधानी से डिजाइन और नियंत्रण रणनीतियों की आवश्यकता होती है।

• हार्मोनिक व्यवधान: दोनों AC और DC ट्रैक्शन प्रणालियाँ विद्युत स्रोत में हार्मोनिक उत्पन्न करती हैं। ये हार्मोनिक निकटवर्ती टेलीफोन लाइनों और सिग्नल प्रणालियों के साथ व्यवधान कर सकते हैं, जिससे संचार और सिग्नलिंग ढांचे के संचालन में विघटन हो सकता है। यह व्यवधान को कम करने और इन महत्वपूर्ण सेवाओं के सुचारु संचालन को सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त फिल्टरिंग और नियंत्रण उपाय आवश्यक होते हैं।

• ब्रेकिंग प्रणालियाँ: ट्रैक्शन ड्राइव मुख्य रूप से डायनामिक ब्रेकिंग पर निर्भर करते हैं, जो चल रहे वाहन की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, या इसे गर्मी के रूप में खो देता है या इसे विद्युत ग्रिड में वापस भेज देता है। इसके अलावा, जब वाहन स्थिर होता है, तो यांत्रिक ब्रेकों का उपयोग किया जाता है, जो विश्वसनीय रूप से रोकने और धारण करने की क्षमता प्रदान करता है, जिससे सभी संचालन स्थितियों में सुरक्षा सुनिश्चित होती है।

विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव का ड्यूटी साइकल

विद्युत ट्रैक्शन ड्राइव का ड्यूटी साइकल गति-समय वक्रों और शक्ति-टोक-समय आरेखों के विश्लेषण के माध्यम से प्रभावी रूप से समझा जा सकता है। एक समतल ट्रैक पर दो लगातार स्टेशनों के बीच संचालित होने वाले एक ट्रैक्शन ड्राइव के बारे में विचार करें। शुरुआत में, ट्रेन उच्चतम संभव टोक का उपयोग करके त्वरित होती है। इस त्वरण चरण के दौरान, ड्राइव की शक्ति उपभोग गत