Električni vlečni pogoni

Definicija

Vozilo, ki uporablja električno energijo za napredek, se imenuje električni vlečni pogon. Eden od glavnih namenov električnega pogona je prevoz ljudi in blaga iz ene lokacije v drugo. Vlečne pogone se predvsem delijo na dva tipa: enofazni AC vlečni pogon in DC vlečni pogon.

Električni vlečni sistemi

Električni vlečni sistemi se lahko široko razdelijo na naslednje kategorije:

• Električne vlake

• Glavne linije

• Predmestne vlake

• Električni avtobusi, tramvaji in trolejbusi

• Vozila s baterijskim in sončnim pogonom

Naslednji je podroben opis teh električnih vlečnih sistemov.

Električne vlake

Električne vlake, ki tečejo po fiksiranih reljah, so dodatno razdeljeni na glavne linije in predmestne vlake.

Glavne linije
V teh vlakih se energija motornemu pogonu zagotavlja na eno od dveh načinov: buš čez nadglavni vodnik v električnem lokomotivu ali preko dizelske generatorne skupine v dizelskem lokomotivu.

V električnem lokomotivu je pogonski motor znotraj samega lokomotiva. Nadglavna prenosna linija je nameščena ob ali nad železniškim trakom. Strmočep, opremljen s vodilom, je montiran na lokomotivu. Ta vodilna plošča klizi po prenosnem vodniku, tako ohranja elektro stik med oskrbovalno mrežo in lokomotivom. Prenosni vodnik se običajno imenuje kontakt vodnik. Za zagotovitev zanesljivega stika med strmočepom in prenosnim vodnikom se uporabljajo katenarne kabelske vrvi in padalne vrvi.

V hitrih vlakih se uporablja pantografski strmočep. Zaradi svoje petokotne oblike ima to edinstveno obliko svoje ime. Strmočep ima vodilno ploščo, ki je pritisnjena proti kontakt vodniku z uporabo spiralnih vijakov. Običajno izdelana iz jekla, ta vodilna plošča igra ključno vlogo pri vzdrževanju konstantnega tlaka med sabo in kontakt vodnikom. Ta konstanten tlak je ključen za preprečevanje vertikalnih nihanj, kar omogoča stabilno in zanesljivo električno povezavo, ko hitri vlaki tečejo z visokimi hitrostmi. Ta stabilna povezava je ključna za neprekinjeno oskrbo z energijo električnih sistemov vlaka, kar omogoča gladko in učinkovito delovanje.

Enofazni oskrbnik z energijo je nameščen ob celotnem železniškem traku. Električni tok vstopi v lokomotiv preko strmočepa. Nato preide skozi primarni navoj sniževalnega transformatorja in se vrne nazaj v talo oskrbnika z energijo preko koles lokomotiva. Sekundarni navoj močnega transformatorja oskrbuje z energijo modulator moči, ki vendar pogoni vlečni motor. Dodatno pa sekundarni izhod transformatorja oskrbuje pomožne naprave, kot so hlajeni ventilatori in klimatski sistemi.

Predmestni vlaki
Predmestni vlaki, tudi običajno znani kot lokalni vlaki, so zasnovani za kratke razdalje. Ti vlaki često ustavljajo na relativno bližnjih intervalih. Za izboljšanje zmogljivosti pospeševanja in usporjanja predmestni vlaki vključujejo motorizirane voze. Ta konfiguracija poveča delež teže vlaka, ki jo nosijo pogonska kola, glede na skupno težo vlaka.

Vsak motoriziran vagon je opremljen z električnim pogonskim sistemom in pantografskim strmočepom. Običajno se uporabljata motorizirani in nemotorizirani vagoni v razmerju 1:2. Za visoko močne predmestne vlake se to razmerje lahko poveča na 1:1. Vlaki, sestavljeni iz motoriziranih in vlečnih vagonov, so znani kot električni večenotski vlaki (EMU). Sistem oskrbe z energijo za predmestne vlake je podoben temu za glavne linije, z eno izjemo: podzemni predmestni vlaki.

Podzemni vlaki uporabljajo sistem oskrbe z enosmerne tokom (DC). Ta izbira je predvsem zaradi dejstva, da sistemi z enosmernim tokom zahtevajo manj presledka med vodilom in telesom vlaka. Poleg tega enosmerni sistemi poenostavljajo zasnovo modulatorja moči, kar zmanjša njegovo zapletenost in stroške. Nasprotno zgorajteče vlaki, podzemni vlaki ne uporabljajo nadglavnih prenosnih linij. Namesto tega se energija zagotavlja buš preko tečečih relskih ali preko vodilov, nameščenih na eni strani tunele.

Električni avtobusi, tramvaji in trolejbusi
Ti vrste električnih vozil običajno znašajo na zasnovi z enim motorjem. Energijo dobivajo iz nizevnih DC nadglavnih vodnikov, nameščenih ob cesti. Ker je potrebna relativno majhna količina toka, sistem zbiranja toka pogosto sestavlja palica z vodilom na koncu ali dve palici, povezani s kontakt nim. Sistem zbiranja je zasnovan, da je zelo prožen, in vključuje dodatni vodil, ki omogoča vračanje električnega toka, kar zagotavlja stabilno in zanesljivo oskrbo z energijo za delovanje vozila.

Tramvaji so vrsta električno pogonih vozil, ki tečejo po reljah in običajno sestavljajo en motoriziran vagon. V nekaterih primerih se doda dva ali več nemotoriziranih vlečnih vagonov, da se poveča kapaciteta za prevoz potnikov. Njihov sistem zbiranja toka je primerljiv z električnimi avtobusi. Opomba, pot vračanja električnega toka se lahko vzpostavi preko ene od relskih. Ker tramvaji tečejo po fiksiranih reljah, so njihove poti po cesti predvidljive, kar omogoča zanesljiv in konzistenten prevoz.

Električni trolejbusi so predvsem uporabljeni za prevoz materialov v rudnikih in tovarnah. Ti vozili običajno tečejo po reljah in delijo mnoge podobnosti s tramvaji, z glavnim razliko v njihovi fizični obliki.

Pomembne značilnosti električnih vlečnih pogonov

Ključne značilnosti električnih vlečnih pogonov so podrobno razložene spodaj

• Visoka zahteva po vrtincu: Vlečni pogoni morajo generirati velik vrtinc med fazama zaganjanja in pospeševanja, da bi premaknili težko maso vozila. Ta visoka zahteva po vrtincu zagotavlja, da vlak ali drugo vlečno vozilo lahko premoči inercijo in učinkovito doseže želeno hitrost.

• Enofazna AC oskrba v AC vlečnih sistemih: Zaradi ekonomskih razlogov se v sistemih z izmeničnim tokom (AC) pogosto uporablja enofazna oskrba z energijo. Ta izbira pomaga zmanjšati stroške infrastrukture, proizvodnje in distribucije, kar celotno operacijo čini finančno bolj ugodno.

• Nihanja napetosti: Oskrba z energijo v električnih vlečnih sistemih doživi značilna nihanja napetosti. Ta nihanja so posebej izrazita, ko lokomotiv prehaja iz enega oskrbnega odseka v drugega, kar pogosto povzroča trenutne prekinitve. Takšna nihanja napetosti lahko postavijo izzive za stabilno delovanje vlečnega oprem in zahtevajo natančno zasnovo in strategije nadzora, da se njihovi učinki zmanjšajo.

• Harmonična motnja: Oba sistema, AC in DC, vstavljata harmonike v vir energije. Te harmonike lahko motijo bližnje telefonske linije in signalne sisteme, kar lahko povzroči motnje v komunikacijski in signalni infrastrukturi. Ustrezen filtriranje in ukrepi za zmanjšanje so ključni za zmanjšanje te motnje in zagotovitev pravilnega delovanja teh ključnih storitev.

• Sistemi za zaviranje: Vlečni pogoni se predvsem zanašajo na dinamično zaviranje, ki pretvori kinetično energijo gibanega vozila v električno energijo, buš jo odvodi kot toplota ali jo vrnite v omrežje. Dodatno se uporabljajo mehanski braki, ko vozilo miruje, da zagotovijo zanesljivo ustavitev in držanje, kar zagotavlja varnost v vseh delovnih pogojih.

Dolžina delovnega cikla električnih vlečnih pogonov

Delovni cikel električnega vlečnega pogona se lahko učinkovito razume preko analize krivulj hitrost - čas in diagramov moč - vrtinc - čas. Upoštevajte vlečni pogon, ki deluje med dvema zaporednima postajama na raven traku. Na začetku se vlak pospešuje z maksimalnim dosegljivim vrtincem. Med fazo pospeševanja poraba moči pogona linearno narašča s hitrostjo, kar odraža energijo, potrebno za premore in premikanje vozila naprej.

Ob času t1 doseže vlečni pogon svojo osnovno hitrost, hkrati doseže tudi največjo dovoljeno moč. V nadaljevanju sledi pospeševanje pod stalnimi pogoji moči. Ko hitrost nadaljuje s povečevanjem v tej fazi, se vrtinc in pospeševanje postopoma zmanjšujeta.

Do časa t2 se vrtinc pogona izenači s vrtincem opterečenja, kjer se doseže stalna hitrost. Postopek pospeševanja od 0 do t2 se lahko razdeli na dve ločeni fazi. Od 0 do t1 je pospeševanje karakterizirano z stalnim vrtincem, kjer pogon uporablja konstantno vrtilno silo, da hitro zgradi hitrost. Nato od t1 do t2 sledi pospeševanje pod stalnimi pogoji moči. Tukaj, ko hitrost narašča, pogon odvaja vrtinc, da ohrani fiksni izhod moči, kar rezultira zmanjševanjem stopnje pospeševanja, dokler se ravnotežje z vrtincem opterečenja ne vzpostavi ob t2.

Med časom t2 in t3 vzdržuje vlak stalno hitrost, medtem ko deluje na stalni pogonski moči. Ta obdobje se imenuje brezplačna faza. V tej fazi se vlak gladko plazi po traku, z vrtilno silo, ki natančno izenači odpornostne sile, kar zagotavlja konzistentno in učinkovito gibanje.

Ko pride pravo čas ob t4, se aktivira sistem za zaviranje. To dejanje initira kontrolirovan postopek usporjanja, ki postopoma zmanjšuje hitrost vlaka, dokler se ta ne ustavi na naslednji postaji, pripravljen, da služi naslednjemu skupinu potnikov ali prevozi blago na namenjeno destinacijo.