Elektrik Traction Sürücüleri

Tanım

Elektrik gücü kullanarak ileriye doğru iten bir sürücüye elektrik traksiyon sürücüsü denir. Elektrikli sürücülerin en temel uygulamalarından biri, insanların ve malların bir yerden başka bir yere taşınmasıdır. Traksiyon sürücüleri çoğunlukla iki tür olarak sınıflandırılır: tek fazlı AC traksiyon sürücüsü ve DC traksiyon sürücüsü.

Elektrik Traksiyon Hizmetleri

Elektrik traksiyon hizmetleri genel olarak şu şekilde sınıflandırılabilir:

• Elektrikli trenler

• Ana Hat Trenleri

• Yerleşim Birimi Trenleri

• Elektrikli otobüsler, tramvaylar ve troleybüsler

• Pil ve güneş enerjili araçlar

Aşağıda bu elektrik traksiyon hizmetlerinin detaylı açıklaması bulunmaktadır.

Elektrikli Trenler

Sabit raylarda çalışan elektrikli trenler, ana hat trenleri ve yerleşim birimi trenleri olmak üzere daha da alt kategorilere ayrılır.

Ana Hat Trenleri
Bu trenlerde, motorun güç kaynağı iki şekilde sağlanır: ya elektrikli lokomotifte üstten gelen hat üzerinden ya da dizel lokomotifte bir dizel jeneratör seti aracılığıyla.

Bir elektrikli lokomotifte, sürme motor lokomotifin içinde yer alır. Demiryolu hattının yanında veya üzerinde bir elektrik iletim hattı kurulur. Lokomotife monte edilmiş bir akım toplayıcı, iletim hatı boyunca kayan bir iletken şerit ile güç kaynağı ile lokomotif arasında elektriksel bağlantı sağlar. Bu iletken şerite genellikle temas hattı denir. Akım toplayıcı ile besleme hattı arasındaki güvenilir bağlantıyı sağlamak için kemer kabloları ve düşürücü tel kullanılır.

Yüksek hızlı trenlerde, pantograf toplayıcı kullanılır. Beşgen şeklinde olan bu benzersiz tasarım, ona adını verir. Toplayıcı, yaylar aracılığıyla temas hattına sıkıca basılan bir iletken şerit içerir. Genellikle çeliğden üretilen bu iletken şerit, kendisi ile temas hattı arasında sürekli basınç sağlama konusunda kritik rol oynar. Bu sürekli basınç, dikey salınımları önler, yüksek hızlı trenin hızlı seyahat ettiği sırada istikrarlı ve güvenilir bir elektriksel bağlantı sağlar. Bu istikrarlı bağlantı, trenin elektrik sistemlerine kesintisiz güç sağlama ve düzgün ve etkin işlemi için hayati önem taşır.

Tüm demiryolu hattı boyunca tek fazlı güç kaynağı kurulmuştur. Elektrik akımı, toplayıcı aracılığıyla lokomotive girer. Daha sonra indirici transformatörün birincil bobininden geçerek, lokomotif tekerlekleri aracılığıyla güç kaynağının toprak noktasına geri döner. Transformatörün ikincil bobini, güç modülatörüne güç sağlar, bu da traksiyon motora güç verir. Ayrıca, transformatörün ikincil çıkışı, soğutma fanları ve klima sistemleri gibi yardımcı cihazlara güç sağlar.

Yerleşim Birimi Trenleri
Yerleşim birimi trenleri, genellikle yerel trenler olarak da bilinir, kısa mesafe seyahatleri için tasarlanmıştır. Bu trenler, nispeten yakın aralıklarla sık duruşlar yapar. İvme ve yavaşlama performansını artırmak için, yerleşim birimi trenlerinde motorlu vagonlar kullanılır. Bu yapılandırma, sürme tekerlekler tarafından taşınan tren ağırlığı oranını toplam tren ağırlığına göre artırır.

Her motorlu vagon, bir elektrik traksiyon sistemi ve bir pantograf toplayıcı ile donatılmıştır. Genellikle, motorlu ve motorlu olmayan vagonlar 1:2 oranında kullanılır. Yüksek güçli yerleşim birimi trenlerinde bu oran 1:1'e çıkarılabilir. Motorlu ve çekici vagonlardan oluşan trenlere Elektrikli Çoklu Birim (EMU) trenleri denir. Yerleşim birimi trenlerinin güç sağlama mekanizması, ana hat trenlerine benzerdir, ancak bir önemli fark vardır: yeraltı yerleşim birimi trenleri.

Yeraltı trenleri, doğrudan akım (DC) güç sağlama sistemini kullanır. Bu seçim, DC güç sağlama sistemlerinin, güç iletkeni ile tren gövdesi arasında daha az boşluk gerektirmesi nedeniyledir. Ayrıca, DC sistemler, güç modülatörünün tasarımını basitleştirir, karmaşıklığını ve maliyetini azaltır. Üst düzey trenler aksine, yeraltı trenleri üstten gelen iletim hatları kullanmaz. Bunun yerine, güç, rayların üzerinden veya tünelin bir tarafına monte edilen iletkenler aracılığıyla sağlanır.

Elektrikli Otobüsler, Tramvaylar ve Troleybüsler
Bu tür elektrikli araçlar genellikle tek motorlu vagon tasarımı ile özelliktedir. Yolda monte edilmiş düşük voltajlı DC üstten gelen hatlardan güç alırlar. Nispeten düşük akım gereksinimleri nedeniyle, akım toplayıcı mekanizması genellikle uçta oyuk bir tekerlek bulunan bir çubuk veya iki çubuğu birbirine bağlayan bir temas yaydan oluşur. Toplayıcı sistemi oldukça esnek olarak tasarlanmıştır ve elektrik akımının dönüşünü sağlayacak ek bir iletken içermektedir, böylece araç çalışması için sürekli ve istikrarlı bir güç sağlama sağlar.

Tramvaylar, raylarda çalışan ve genellikle tek motorlu vagonlu bir elektrik gücüyle çalışan araçlardır. Bazı durumlarda, yolcu kapasitesini artırmak için iki veya daha fazla motorlu olmayan çekici vagon takılır. Akım toplayıcı sistemleri, elektrikli otobüslere benzerdir. Notable, elektrik akımının dönüş yolu, raylardan biri aracılığıyla sağlanabilir. Tramvaylar, sabit raylarda çalıştığından, yoldaki rotaları önceden belirlenmiş olup, güvenilir ve tutarlı bir ulaşım hizmeti sağlarlar.

Elektrikli troleybüsler, madenler ve fabrikalarda malzeme taşımacılığı için genellikle kullanılır. Bu araçlar çoğunlukla raylarda çalışır ve tramvaylara birçok benzerlik gösterir, temel fark fiziksel şekillerindedir.

Elektrik Traksiyon Sürücülerinin Önemli Özellikleri

Elektrik traksiyon sürücülerinin ana özellikleri aşağıda ayrıntılı olarak anlatılmıştır:

• Yüksek Tork Gereksinimi: Traksiyon sürücüler, araçların ağır kütlesini harekete geçirebilmek ve istediğiniz hızı etkili bir şekilde elde edebilmek için başlangıç ve ivme aşamalarında önemli miktarda tork üretmelidir. Bu yüksek tork talebi, trenin veya diğer traksiyon aracıların inerciyi aşabilmesini ve etkili bir şekilde hızlanmasını sağlar.

• AC Traksiyondaki Tek Fazlı Güç Sağlaması: Ekonomik nedenlerden dolayı, alternatif akım (AC) traksiyon sistemlerinde genellikle tek fazlı güç kaynağı kullanılır. Bu seçim, altyapı, güç üretim ve dağıtım maliyetlerini azaltarak, tüm operasyonu daha maliyet etkin hale getirir.

• Gerilim Dalgalanmaları: Elektrik traksiyon sistemlerindeki güç sağlama, önemli gerilim dalgalanmalarına maruz kalır. Bu dalgalanmalar, özellikle lokomotif bir güç sağlama bölümünden diğerine geçtiğinde, geçici kesintiler nedeniyle belirgin hale gelir. Bu gerilim varyasyonları, traksiyon ekipmanlarının istikrarlı çalışma için zorlu bir ortam oluşturabilir ve bu etkilerin azaltılması için dikkatli tasarım ve kontrol stratejileri gerektirir.

• Harmonik Araçlar: Hem AC hem de DC traksiyon sistemleri, güç kaynağa harmonikler gönderir. Bu harmonikler, yakındaki telefon hatları ve sinyal sistemleriyle interferans oluşturabilir, bu da iletişim ve sinyal altyapısına potansiyel bozulmalara neden olabilir. Bu interferansı minimize etmek ve bu kritik hizmetlerin düzgün işlev görmesini sağlamak için yeterli filtreleme ve azaltma önlemleri önemlidir.

• Fren Sistemleri: Traksiyon sürücüler, genellikle dinamik frenleme kullanır, bu da hareket halindeki aracın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür, bunu ısı olarak dağıtır veya güç ağına geri besler. Ayrıca, araç durduğunda güvenli bir durma ve bekletme yeteneği sağlamak için mekanik frenler kullanılır, böylece tüm işletim koşullarında güvenlik sağlanır.

Elektrik Traksiyon Sürücülerinin Görev Döngüsü

Bir elektrik traksiyon sürücüsünün görev döngüsü, hız-zaman eğrileri ve güç-tork-zaman diyagramları analizi aracılığıyla etkili bir şekilde anlaşılabilir. Seviye bir ray üzerinde ardışık iki istasyon arasında çalışan bir traksiyon sürücüsü düşünün. Başlangıçta, tren maksimum ulaşılabilir tork kullanarak ivme kazanır. Bu ivme aşamasında, sürücünün güç tüketimi hızla artan hızla doğrusal olarak artar, inerciyi aşmak ve aracı ileriye itmek için gereken enerjiyi yansıtır.

t1 zamanında, traksiyon sürücüsü taban hızına ulaşır ve aynı zamanda maksimum izin verilen güç seviyesine ulaşır. Bundan sonra, sabit güç koşulu altında daha fazla ivme gerçekleşir. Bu aşamada hız arttıkça, tork ve ivme kademeli olarak azalır.

t2 zamanında, sürücü torku yük torkuna eşit olur ve bu noktada sabit bir hız elde edilir. 0'dan t2'ye kadar olan ivme süreci, iki farklı aşamaya ayrılabilir. 0'dan t1'e kadar, ivme sabit tork ile karakterize edilir, burada sürücü hızı hızlı bir şekilde artırmak için sürekli bir döner kuvvet uygular. Sonra, t1'den t2'ye kadar, ivme sabit güç rejimi altında gerçekleşir. Burada, hız arttıkça, sürücü sabit güç çıktısını korumak için torku feda eder, bu da azalan ivme oranına neden olur, t2'de yük torku ile denge sağlanana kadar devam eder.

t2 ile t3 zamanı arasında, tren sabit bir hızda çalışırken sabit sürücü gücü ile devam eder. Bu dönem, serbest çalışma aşaması olarak adlandırılır. Bu aşamada, tren ray üzerinde pürüzsüz bir şekilde ilerler, sürme kuvvet tam olarak direnç kuvvetlerini dengeleyerek, tutarlı ve etkin bir hareket sağlar.

t4 zamanında uygun an geldiğinde, fren sistemi çalıştırılır. Bu eylem, kontrollü bir yavaşlama sürecini başlatır, trenin hızını azaltarak sonunda bir sonraki istasyonda durdurulur, bir sonraki yolcu grubunu servis etmeye veya yükünü hedeflenen yere taşımaya hazır hale gelir.