Električni pogonski uređaji

Definicija

Guranje koje koristi električnu energiju kako bi se napredovao naziva se električni trakcijsko pogon. Jedna od glavnih primena električnog pogona je prevoz ljudi i robe sa jedne lokacije na drugu. Trakcijski pogoni su uglavnom kategorizirani u dva tipa: jednofazni AC trakcijski pogon i DC trakcijski pogon.

Električni trakcijski usluge

Električne trakcijske usluge mogu se široko kategorizirati na sledeći način:

• Električni vlakovi

• Glavni - linijski vlakovi

• Predgrađanski vlakovi

• Električni autobusi, tramvaji i troli

• Vozila na baterije i solarnu energiju

Sledeća je detaljna objašnjenja ove električne trakcijske usluge.

Električni vlakovi

Električni vlakovi, koji se kreću po fiksno postavljenim prugama, dalje se podeljuju na glavne linijarske vlakove i predgrađanske vlakove.

Glavni - linijski vlakovi
U ovim vlakovima, snaga se dostavlja motoru na jedan od dva načina: ili iznadglavni vod iz električnog lokomotive ili putem dizelskog generatora u dizel lokomotivi.

U električnoj lokomotivi, pogonski motor je smješten unutar same lokomotive. Iznadglavni prenosni vod je instaliran uz ili iznad železničke pruge. Uzorak struje, opremljen provodnim trakom, montiran je na lokomotivu. Ovaj provodni trak klizi duž isporučnog provoda, održavajući električni kontakt između izvora struje i lokomotive. Isporučni provod je često nazvan kontakt vod. Da bi se osigurala pouzdana veza između uzorka struje i isporučnog voda, koriste se katenarne šipke i visilice.

U visokobrzim vlakovima koristi se pantografski uzorak. Oblikovan kao petougao, ovaj jedinstveni dizajn mu daje ime. Uzorak ima provodnu traku koja se snažno pritiska na kontakt vod pomoću opruga. Uobičajeno proizveden od čelika, ovaj provodni trak igra ključnu ulogu u održavanju konstantnog pritiska između sebe i kontakt voda. Taj konstantan pritisak je neophodan za sprječavanje vertikalnih oscilacija, osiguravajući stabilnu i pouzdanu električnu vezu dok visokobrizni vlakovi putuju brzim brzinama. Ova stabilna veza je vitalna za neprekidnu isporuku struje elektro uređajima vlakova, omogućujući gladak i učinkovit rad.

Jednofazni izvor struje je instaliran duž cijele železničke pruge. Električna struja ulazi u lokomotivu putem uzorka. Zatim prolazi kroz primarni zavojak snižavača naponskog transformatora i vraća se na zemlju izvora struje preko točkova lokomotive. Sekundarni zavojak snižavača transformatora snabdijeva strujom modulator snage, koji zatim pokreće trakcijski motor. Dodatno, sekundarni izlaz transformatora snabdijeva strujom pomoćne uređaje poput hladnjaka i sistema za kondicijonisanje zraka.

Predgrađanski vlakovi
Predgrađanski vlakovi, također često nazivani lokalni vlakovi, dizajnirani su za kratke udaljenosti. Ovi vlakovi često staju na relativno bliske intervali. Da bi se poboljšala performansa ubrzavanja i usporavanja, predgrađanski vlakovi uključuju motorizovane vozove. Ova konfiguracija povećava proporciju težine vlakova nosivih točkova u odnosu na ukupnu težinu vlakova.

Svaki motorizovani voznjak je opremljen električnim pogonskim sistemom i pantografskim uzorkom. Uobičajeno, motorizovani i nemotorizovani voznjaci se koriste u omjeru 1:2. Za visokosnagu predgrađanske vlakove, ovaj omjer može biti povećan na 1:1. Vlakovi sastavljeni od motorizovanih i priključnih voznjaka poznati su kao Električne višestruke jedinice (EMU). Mekhanizam isporuke struje za predgrađanske vlakove sličan je onome za glavne linijarske vlakove, s jednim značajnim izuzetkom: podzemni predgrađanski vlakovi.

Podzemni vlakovi koriste sistem isporuke struje na jednosmjerne struje (DC). Ova izbora je uglavnom zbog činjenice da sistemi isporuke jednosmjerne struje zahtijevaju manju razmak između isporučnog provoda i tela vlakova. Također, sistemi jednosmjerne struje pojednostavljaju dizajn modulatora snage, smanjujući njegovu složenost i troškove. Suprotno nadzemnim vlakovima, podzemni vlakovi ne koriste iznadglavne prenosne vode. Umjesto toga, struja se dostavlja ili preko hodnih pruga ili preko provodnika instaliranih na jednoj strani tunela.

Električni autobusi, tramvaji i troli
Ovi tipovi električnih vozila obično imaju dizajn sa jednim motorizovanim vozom. Dobivaju struju iz niskonaponskih DC iznadglavnih voda instaliranih uz cestu. Uz relativno niske potrebe za strujom, mehanizam skupljanja struje često sastoji se od štapa s grožđastim točkom na kraju ili dva štapa spojena kontakt lukom. Sistem skupljanja struje je inženjerski vrlo fleksibilan, i uključuje dodatni provodnik kako bi se omogućio povrat električne struje, osiguravajući stabilnu i kontinuiranu isporuku struje za rad vozila.

Tramvaji su tip električno pogonih vozila koja se kreću po prugama i obično sastoje se od jednog motorizovanog voznjaka. U nekim slučajevima, dva ili više nemotorizovanih priključnih voznjaka su priključeni kako bi se povećala kapacitet putnika. Njihov sistem skupljanja struje je sličan onome kod električnih autobusa. Važno je napomenuti da se povratni put električne struje može postići preko jedne od pruga. Budući da tramvaji operiraju na fiksno postavljenim prugama, njihove rute duž ceste su predodređene, pružajući pouzdanu i konzistentnu uslugu prevoza.

Električni troli uglavnom se koriste za prevoz materijala unutar rudnika i fabrika. Ova vozila uglavnom se kreću po prugama i imaju mnogo sličnosti sa tramvajima, s glavnim razlikama u njihovom fizičkom obliku.

Važne karakteristike električnih trakcijskih pogona

Ključne karakteristike električnih trakcijskih pogona su detaljno opisane ispod

• Visoki zahtjev za momenatom: Trakcijski pogoni moraju generirati značajan moment tokom faza započetka i ubrzavanja kako bi pokrenuli tešku masu vozila. Ovaj visoki zahtjev za momentom osigurava da vlak ili drugo trakcijsko vozilo može prevaziti inerciju i efikasno dostići željenu brzinu.

• Jednofazni AC izvor u AC trakciji: Iz ekonomskih razloga, jednofazni izvor struje uglavnom se koristi u sustavima trakcije naizmjenične struje (AC). Ova izbora pomaže u smanjenju troškova infrastrukture, proizvodnje i distribucije struje, čime se čini cjelokupna operacija finansijski više isplativa.

• Fluktuacije napona: Izvor struje u električnim trakcijskim sustavima doživljava značajne fluktuacije napona. Ove fluktuacije su posebno izražene kada lokomotiva prelazi iz jednog dijela isporuke na drugi, često rezultirajući trenutnim prekidima. Takve varijacije napona mogu postaviti izazove stabilnom radu trakcijskog opreme i zahtijevaju pažljiv dizajn i strategije kontrolisanja kako bi se umanjile njihove posljedice.

• Harmonička interferencija: Sustavi AC i DC trakcije ubacuju harmonike u izvor struje. Ove harmonike mogu interferirati s okolnim telefonskim linijama i signalnim sistemima, potencijalno uzrokujući prekide u komunikacionoj i signalnoj infrastrukturi. Adekvatno filtriranje i mjere za umanjenje su nužni kako bi se minimizirala ova interferencija i osiguralo pravilan rad tih ključnih usluga.

• Sustavi kočnica: Trakcijski pogoni uglavnom se oslanjaju na dinamičko kočenje, koje pretvara kinetičku energiju kretanja vozila u električnu energiju, buši je kao toplotu ili je vraća u mrežu. Također, mehaničke kočnice se koriste kada vozilo stoji kako bi se osiguralo pouzdano zaustavljanje i držanje, osiguravajući sigurnost u svim uvjetima rada.

Ciklus rada električnih trakcijskih pogona

Ciklus rada električnog trakcijskog pogona može se efektivno razumjeti analizom krivih brzine-vremena i dijagrama snaga-moment-vrijeme. Razmotrimo trakcijski pogon koji radi između dva uzastopna stanica na ravnom prugu. Na početku, vlak ubrzava koristeći maksimalno dostupni moment. Tijekom ove faze ubrzavanja, potrošnja snage pogona linearno raste s porastom brzine, odražavajući energiju potrebnu za prevazilaženje inercije i napredovanje vozila.

U vremenu t1, trakcijski pogon doseže svoju osnovnu brzinu, a istovremeno, dostiže se maksimalno dopušteno snaga. Nakon toga, dalje ubrzavanje nastavlja pod uvjetom konstantne snage. Dok brzina nastavlja rasti tijekom ove faze, i moment i ubrzanje postepeno opadaju.

Do vremena t2, moment pogona postaje jednak momentu opterećenja, u tom trenutku postiže se stabilna brzina. Proces ubrzavanja od 0 do t2 može se podijeliti u dva različita stupnja. Od 0 do t1, ubrzavanje je karakterizirano konstantnim momentom, gdje pogon primjenjuje konzistentnu rotacijsku silu kako bi brzo izgradio brzinu. Zatim, od t1 do t2, ubrzavanje nastavlja pod uvjetom konstantne snage. Ovdje, kako brzina raste, pogon žrtvuje moment kako bi održao fiksnu izlaznu snagu, što rezultira smanjenim stopom ubrzavanja sve dok se ravnoteža s momentom opterećenja ne postigne u t2.

Između vremena t2 i t3, vlak održava konstantnu brzinu dok radi na stabilnoj snazi pogona. Ovaj period se naziva faza slobodnog hodovanja. Tijekom ove faze, vlak gladko klizi duž pruge, s pogonskom silom precizno balansirajući otporne sile, osiguravajući konzistentan i učinkovit pokret.

Kada dođe do odgovarajućeg trenutka u vremenu t4, aktivira se sustav kočnica. Ova akcija pokreće kontrolirani proces usporavanja, postepeno smanjujući brzinu vlaka dok se konačno ne zaustavi na sljedejoj stanici, spremna da posluži sljedeću grupu putnika ili da prebaci teret na namijenjeno odredište.