Hoe krijgt stedelijk en interstedelijk elektrisch vervoer energie?

Elektrisch stads- en intercityvervoer is voor de moderne mens een vertrouwd kenmerk van het dagelijks leven geworden. We denken al lang niet meer na over hoe dit transport aan zijn voedsel komt. Iedereen weet dat auto's worden gevuld met benzine, fietsen worden getrapt door fietsers. Maar hoe worden elektrische vormen van personenvervoer gevoed: trams, trolleybussen, monorailtreinen, metro's, elektrische treinen, elektrische locomotieven? Waar en hoe wordt de aandrijfenergie aan hen geleverd? Laten we erover praten.

Tram

Vroeger moest elke nieuwe trameconomie zijn eigen elektriciteitscentrale hebben, omdat de openbare elektriciteitsnetten nog niet voldoende ontwikkeld waren. In de 21e eeuw wordt de stroom voor het tramnetwerk geleverd door netwerken voor algemeen gebruik.

Het vermogen wordt geleverd door gelijkstroom met een relatief laag voltage (550 V), wat eenvoudigweg oneconomisch zou zijn voor transmissie over lange afstanden.Daarom liggen er nabij de tramlijnen tractieonderstations, waar de wisselstroom van het hoogspanningsnet wordt omgezet in gelijkstroom (met een spanning van 600 V) voor het tramcontactnet. In steden waar zowel trams als trolleybussen rijden, leveren deze vervoerwijzen over het algemeen een algehele energiebesparing op.

Op het grondgebied van de voormalige Sovjet-Unie zijn er twee schema's voor het aandrijven van bovenleidingen voor trams en trolleybussen: gecentraliseerd en gedecentraliseerd. Eerst kwam de gecentraliseerde. Daarin bedienden grote tractie-onderstations uitgerust met verschillende conversie-eenheden alle naburige lijnen of lijnen die zich op een afstand van maximaal 2 kilometer van hen bevonden. Onderstations van dit type bevinden zich tegenwoordig in gebieden met een hoge dichtheid aan tram (trolley) routes.

Het gedecentraliseerde systeem begon zich te vormen na de jaren 60, toen tramlijnen, trolleybussen, metro's begonnen te verschijnen, bijvoorbeeld vanuit het stadscentrum langs de snelweg naar een afgelegen deel van de stad, enz.

Hier worden om de 1-2 kilometer van de lijn laagvermogen-tractieonderstations geïnstalleerd met een of twee convertoreenheden die maximaal twee secties van de lijn kunnen voeden, waarbij elk eindgedeelte kan worden gevoed door een aangrenzend onderstation.

Energieverliezen zijn dus kleiner, omdat de vermogenssecties korter zijn. Ook als er een storing optreedt bij een van de onderstations, blijft het lijnstuk bekrachtigd vanuit het naastgelegen onderstation.

Het contact van de tram met de gelijkstroomlijn is via een stroomafnemer op het dak van de wagon. Dit kan een pantograaf, semi-pantograaf, staaf of boog zijn. De bovenleiding van de trambaan is meestal makkelijker op te hangen dan de rail.Als er een giek wordt gebruikt, zijn de luchtschakelaars gerangschikt als trolleybomen. De stroom loopt meestal via de rails naar aarde.

Trolleybus

In een trolleybus wordt het contactnetwerk door sectie-isolatoren verdeeld in geïsoleerde segmenten, die elk zijn verbonden met het tractieonderstation door middel van toevoerleidingen (bovengronds of ondergronds). Hierdoor kunnen individuele secties eenvoudig worden uitgeschakeld voor reparatie in geval van een storing.Als er een storing optreedt met de voedingskabel, is het mogelijk om jumpers op de isolatoren te installeren om de getroffen sectie van de aangrenzende sectie te voeden (maar dit is een abnormale modus geassocieerd met het risico van overbelasting van de voeding).

Het tractiestation reduceert de hoogspanningswisselstroom van 6 naar 10 kV en zet deze om in gelijkstroom met een spanning van 600 volt. De spanningsval op elk punt van het netwerk mag volgens de normen niet meer dan 15% bedragen.

Het contactennetwerk van de trolleybus verschilt van dat van de tram. Hier is het tweedraads, de aarde wordt niet gebruikt om stroom af te voeren, dus dit netwerk is complexer. De geleiders bevinden zich op geringe afstand van elkaar, daarom is een bijzonder zorgvuldige beveiliging tegen nadering en kortsluiting vereist, evenals isolatie op de kruispunten van trolleybusnetwerken met elkaar en met tramnetwerken.

Daarom worden op kruispunten speciale middelen geïnstalleerd, evenals pijlen op de knooppunten. Bovendien blijft er een regelbare spanning behouden, waardoor wordt voorkomen dat de draden elkaar in de wind overlappen. Dat is de reden waarom stangen worden gebruikt om trolleybussen aan te drijven - met andere apparaten kan eenvoudigweg niet aan al deze vereisten worden voldaan.

Trolleybus-gieken zijn gevoelig voor de kwaliteit van de bovenleiding, aangezien elk defect eraan kan leiden tot gieksprongen. Er zijn normen volgens welke de breekhoek op het bevestigingspunt van de stang niet meer dan 4 ° mag zijn, en bij het draaien onder een hoek van meer dan 12 ° worden gebogen houders geïnstalleerd. De glijschoen loopt op de draad en kan niet met de trolley worden gedraaid, dus hier zijn pijlen nodig.

Enkelvoudig traject

Monorailtreinen rijden sinds kort in veel steden over de hele wereld: Las Vegas, Moskou, Toronto, enz. Ze zijn te vinden in pretparken, dierentuinen, monorails worden gebruikt voor lokale bezienswaardigheden en natuurlijk voor stedelijke en voorstedelijke communicatie.

De wielen van dergelijke treinen zijn helemaal niet van gietijzer, maar van gietijzer. De wielen leiden de monorailtrein gewoon langs een betonnen ligger - de rails waarop het spoor en de lijnen (de contactrail) van de voeding zich bevinden.

Sommige monorails zijn zo ontworpen dat ze bovenop een rail worden geplaatst, net zoals iemand bovenop een paard zit. Sommige monorails hangen aan een balk eronder, die lijkt op een gigantische lantaarn op een paal. Natuurlijk zijn monorails compacter dan conventionele spoorwegen, maar ze zijn duurder om te bouwen.

Sommige monorails hebben niet alleen wielen, maar ook extra ondersteuning op basis van een magnetisch veld. De monorail in Moskou loopt bijvoorbeeld precies op een magnetisch kussen dat wordt gecreëerd door elektromagneten. Elektromagneten bevinden zich in het rollend materieel en er zijn permanente magneten in het canvas van de geleidingsbalk.

Afhankelijk van de richting van de stroom in de elektromagneten van het bewegende deel, beweegt de monorailtrein vooruit of achteruit volgens het principe van afstoting van de gelijknamige magnetische polen - zo werkt de lineaire elektromotor.

Naast de rubberen wielen heeft de monorailtrein ook een contactrail bestaande uit drie stroomvoerende elementen: plus, min en massa. De voedingsspanning van de monorail lineaire motor is constant, gelijk aan 600 volt.

Ondergronds

Elektrische metro's ontvangen hun elektriciteit van het gelijkstroomnetwerk - in de regel van de derde (contact) rail, waarvan de spanning 750-900 volt is. Gelijkstroom wordt verkregen in onderstations van wisselstroom met behulp van gelijkrichters.

Het contact van de trein met de contactrail wordt gemaakt door middel van een beweegbare stroomafnemer. De contactbus bevindt zich rechts van de sporen. De stroomafnemer (de zogenaamde «Pantograph») bevindt zich op het draaistel van de wagen en wordt van onderaf tegen de contactbus gedrukt. De plus staat op de contactrail, de min op de treinrails.

Naast de krachtstroom vloeit er een zwakke "signaal"stroom langs de spoorstaven, die nodig is voor het blokkeren en automatisch schakelen van verkeerslichten. De sporen geven ook informatie door aan de bestuurderscabine over de verkeerslichten en de toegestane snelheid van de metro op dat traject.

Elektrische locomotief

Een elektrische locomotief is een locomotief die wordt aangedreven door een tractiemotor. De motor van de elektrische locomotief krijgt stroom van het tractieonderstation via het contactnetwerk.

Het elektrische deel van een elektrische locomotief bevat over het algemeen niet alleen tractiemotoren, maar ook spanningsomvormers, evenals apparaten die motoren op het netwerk aansluiten, enz. De huidige uitrusting van een elektrische locomotief bevindt zich op het dak of op de kappen en is ontworpen om de elektrische uitrusting op het contactnet aan te sluiten.

De stroomafname van de bovenleiding wordt verzorgd door pantografen op het dak, waarna de stroom via de rails en bussen naar de elektrische apparaten wordt geleid. Op het dak van de elektrische locomotief bevinden zich ook schakelinrichtingen: luchtschakelaars, schakelaars voor stroomtypes en scheiders voor het loskoppelen van het net bij pantograafstoring. Via de bussen wordt de stroom naar de hoofdingang gevoerd, naar de omvorm- en regelapparatuur, naar de tractiemotoren en andere machines, vervolgens naar de wielstukken en daardoor naar de rails, naar de grond.

Regeling van de trekkracht en snelheid van de elektrische locomotief wordt bereikt door de spanning in het anker van de motor te veranderen en door de excitatiecoëfficiënt van collectormotoren te veranderen of door de frequentie en spanning van de voedingsstroom van asynchrone motoren aan te passen.

Spanningsregeling gebeurt op verschillende manieren. Aanvankelijk zijn op een elektrische gelijkstroomlocomotief alle motoren in serie geschakeld en is de spanning van één motor op een achtassige elektrische locomotief 375 V, met een bovenleidingspanning van 3 kV.

Groepen tractiemotoren kunnen worden geschakeld van serieschakeling — naar serie-parallel (2 groepen van 4 motoren in serie geschakeld, dan is de spanning voor elke motor 750 V), of naar parallel (4 groepen van 2 motoren in serie geschakeld, dan deze spanning voor één motor - 1500 V). En om tussenspanningen van de motoren te verkrijgen, worden groepen reostaten aan het circuit toegevoegd, waardoor het mogelijk is om de spanning in stappen van 40-60 V aan te passen, hoewel dit leidt tot het verlies van een deel van de elektriciteit op de reostaten in de vorm van warmte.

Stroomomvormers in de elektrische locomotief zijn nodig om het type stroom te wijzigen en de bovenleidingspanning te verlagen tot de vereiste waarden die voldoen aan de eisen van tractiemotoren, hulpmachines en andere circuits van de elektrische locomotief. De ombouw gebeurt direct aan boord.

Op elektrische wisselstroomlocomotieven is een tractietransformator aanwezig om de hoge ingangsspanning te verminderen, evenals een gelijkrichter en afvlakspoelen om gelijkstroom uit wisselstroom te verkrijgen. Statische spannings- en stroomomvormers kunnen worden geïnstalleerd om hulpmachines aan te drijven. Op elektrische locomotieven met asynchrone aandrijving van beide stroomtypes worden tractieomvormers gebruikt, die gelijkstroom omzetten in wisselstroom met geregelde spanning en frequentie, die wordt toegevoerd aan tractiemotoren.

Elektrische trein

Een elektrische trein of elektrische trein in de klassieke vorm krijgt stroom met behulp van stroomafnemers via een rijdraad of contactrail.In tegenstelling tot een elektrische locomotief bevinden de verzamelaars van elektrische treinen zich zowel op auto's als op aanhangwagens.

Als de stroom aan de getrokken auto's wordt geleverd, wordt de auto via speciale kabels van stroom voorzien. De stroomafnemer bevindt zich meestal bovenaan, vanaf de rijdraad wordt deze uitgevoerd door collectoren in de vorm van stroomafnemers (vergelijkbaar met tramlijnen).

Meestal is de huidige collectie eenfasig, maar er is ook een driefasige, wanneer de elektrische trein pantografen gebruikt met een speciaal ontwerp voor afzonderlijk contact met meerdere draden of contactrails (als het om de metro gaat).

De elektrische uitrusting van de elektrische trein is afhankelijk van het type stroom (er is gelijkstroom, wisselstroom of elektrische treinen met twee systemen), het type tractiemotoren (collector of asynchroon), de aan- of afwezigheid van elektrisch remmen.

De elektrische uitrusting van elektrische treinen is in principe vergelijkbaar met de elektrische uitrusting van elektrische locomotieven. Bij de meeste elektrische treinmodellen wordt het echter onder de carrosserie en op de daken van de wagons geplaatst om de passagiersruimte binnenin te vergroten. De principes van het aandrijven van elektrische treinmotoren zijn ongeveer hetzelfde als die van elektrische locomotieven.