Hogyan jut energiához a városi és városközi elektromos közlekedés?

A városi és helyközi elektromos közlekedés a modern ember mindennapi életének megszokott jellemzőivé vált. Már rég nem gondolkodtunk azon, hogy ez a szállítóeszköz honnan szerzi az élelmet. Mindenki tudja, hogy az autókat benzinnel töltik, a biciklit a kerékpárosok pedálozzák. De hogyan táplálkoznak az elektromos személyszállítás típusai: villamosok, trolibuszok, egysínű vonatok, metrók, villanyvonatok, elektromos mozdonyok? Hol és hogyan juttatják el hozzájuk a hajtóenergiát? Beszéljünk róla.

Villamos

A régi időkben minden új villamosgazdaság kénytelen volt saját erőművel rendelkezni, mivel a nyilvános villamosenergia-hálózatok még nem voltak kellően kiépítve. A 21. században a villamoshálózat áramellátását általános célú hálózatról látják el.

Az áramellátást viszonylag alacsony feszültségű egyenáram biztosítja (550 V), ami egyszerűen gazdaságtalan lenne a távolsági átvitelnél.Emiatt a villamosvonalak közelében helyezkednek el a vontatási alállomások, ahol a nagyfeszültségű hálózat váltóáramát egyenárammá alakítják (600 V feszültséggel) a villamos érintkezési hálózata számára. Azokban a városokban, ahol villamosok és trolibuszok is közlekednek, ezek a közlekedési módok általában véve energiamegtakarítást eredményeznek.

A volt Szovjetunió területén a villamosok és trolibuszok felsővezetékeinek áramellátására két rendszer létezik: központosított és decentralizált. Először jött a központosított. Ebben több átalakító egységgel felszerelt nagy vontatási alállomások szolgálták ki az összes szomszédos vonalat vagy tőlük legfeljebb 2 kilométeres távolságra lévő vonalat. Az ilyen típusú alállomások ma olyan területeken találhatók, ahol nagy a villamos (troli) útvonalak sűrűsége.

A decentralizált rendszer a 60-as évek után kezdett kialakulni, amikor is megjelentek a villamosvonalak, trolibuszok, metrók, például a városközpontból az autópálya mentén, a város távoli területére stb.

Itt a vezeték 1-2 kilométerénként egy vagy két átalakító egységgel rendelkező kis teljesítményű vontatási alállomásokat telepítenek, amelyek legfeljebb két vezetékszakaszt képesek ellátni, és mindegyik végszakaszt egy szomszédos alállomás látja el.

Így az energiaveszteség kisebb, mivel a teljesítmény szakaszok rövidebbek. Továbbá, ha az egyik alállomáson hiba lép fel, a vonalszakasz feszültség alatt marad a szomszédos alállomásról.

A villamos érintkezése az egyenáramú vezetékkel a kocsi tetején lévő áramszedőn keresztül történik. Ez lehet áramszedő, félpantográf, rúd vagy ív. A villamosvonal felsővezetéke általában könnyebben felakasztható, mint a sín.Gém használata esetén a légkapcsolók kocsigémként vannak elrendezve. Az áram áramlása általában a síneken keresztül történik a föld felé.

Trolibusz

A trolibuszban az érintkezési hálózatot szakaszos szigetelők osztják fel elszigetelt szegmensekre, amelyek mindegyike tápvezetékekkel (felfelé vagy földalatti) csatlakozik a vontatási alállomáshoz. Ezáltal hiba esetén egyszerűen le lehet kapcsolni az egyes szakaszokat javítás céljából Ha a tápkábel meghibásodik, akkor a szigetelőkre áthidalókkal lehet táplálni az érintett szakaszt a szomszédosból (de ez egy abnormális üzemmód, amely a tápegység túlterhelésének kockázatával jár).

A vontatási alállomás a nagyfeszültségű váltóáramot 6 kV-ról 10 kV-ra csökkenti, és 600 voltos feszültségű egyenárammá alakítja át. A szabványok szerint a feszültségesés a hálózat bármely pontján nem haladhatja meg a 15%-ot.

A trolibusz kapcsolati hálózata eltér a villamosétól. Itt kétvezetékes, a földet nem használják az áram levezetésére, így ez a hálózat összetettebb. A vezetékek egymástól kis távolságra helyezkednek el, ezért különösen gondos közeledés és rövidzárlat elleni védelem szükséges, valamint a trolibusz-hálózatok egymással és villamoshálózatokkal való metszéspontjain a szigetelés.

Ezért speciális eszközöket helyeznek el a kereszteződésekben, valamint nyilakat a csomópontokban. Ezen kívül némi állítható feszültség megmarad, ami megakadályozza a vezetékek átfedését a szélben. Ezért használnak rudakat a trolibuszok meghajtására – más eszközök egyszerűen nem teszik lehetővé mindezen követelmények teljesítését.

A trolibusz gémjei érzékenyek a felsővezeték minőségére, mivel annak bármilyen hibája gémugráshoz vezethet. Vannak olyan normák, amelyek szerint a rúd rögzítési pontján a törési szög nem lehet nagyobb, mint 4 °, és ha 12 ° -nál nagyobb szögben elfordul, ívelt tartókat kell felszerelni. A csúszópapucs a vezetéken fut, és nem forgatható a kocsival, ezért itt nyilakra van szükség.

Egyvágányú

Az utóbbi időben a világ számos városában közlekednek egysínű vonatok: Las Vegasban, Moszkvában, Torontóban stb. Vidámparkokban, állatkertekben találhatók, az egysíneket helyi városnézésre és természetesen városi és elővárosi kommunikációra használják.

Az ilyen vonatok kerekei egyáltalán nem öntöttvas, hanem öntöttvas. A kerekek egyszerűen végigvezetik az egysínű vonatot egy betontartón – azon a síneken, amelyeken az áramellátás pályája és vonalai (az érintkező sín) találhatók.

Egyes egysíneket úgy terveztek, hogy a sín tetejére helyezzék őket, hasonlóan ahhoz, ahogyan az ember ül a ló tetején. Néhány egysínt egy alul lévő gerendára függesztenek, amelyek egy oszlopon lévő óriási lámpásra emlékeztetnek. Természetesen az egysínek kompaktabbak, mint a hagyományos vasutak, de megépítésük költségesebb.

Néhány egysínnek nemcsak kerekei vannak, hanem mágneses téren alapuló kiegészítő támasztékuk is van. A moszkvai monorail például pontosan egy elektromágnesek által létrehozott mágneses párnán fut. Elektromágnesek vannak a gördülőállományban, és állandó mágnesek vannak a vezetőgerenda vászonában.

A mozgó rész elektromágneseiben áramló áram irányától függően az egysínű vonat az azonos nevű mágneses pólusok taszításának elve szerint halad előre vagy hátra - így működik a lineáris villanymotor.

Az egysínű vonat a gumikerekek mellett három áramvezető elemből áll: pluszból, mínuszból és földből álló érintkező sínnel is rendelkezik. Az egysínű lineáris motor tápfeszültsége állandó, 600 volt.

Föld alatt

Az elektromos metrószerelvények az egyenáramú hálózatról kapják az áramot - általában a harmadik (érintkező) sínről, amelynek feszültsége 750-900 volt. Az egyenáramot az alállomásokon váltakozó áramból nyerik egyenirányítók segítségével.

A vonat érintkezése az érintkezősínnel egy mozgatható áramgyűjtőn keresztül történik. A kontaktbusz a vágányoktól jobbra található. Az áramgyűjtő (az úgynevezett «pantográf») a kocsi forgóvázán található, és alulról az érintkezősínre van nyomva. A plusz az érintkező sínen van, a mínusz a vonatsíneken.

A teljesítményáramon kívül gyenge "jel" áram folyik a sínek mentén, ami a közlekedési lámpák blokkolásához és automatikus kapcsolásához szükséges. A vágányok a forgalmi jelzésekről és a metrószerelvény megengedett sebességéről is információt továbbítanak a vezetőfülkébe az adott szakaszon.

Villanymozdony

Az elektromos mozdony vontatómotorral hajtott mozdony. Az elektromos mozdony motorja az érintkezési hálózaton keresztül kapja meg az áramot a vontatási alállomástól.

Az elektromos mozdony elektromos része általában nem csak vontatómotorokat, hanem feszültségátalakítókat is tartalmaz, valamint a motorokat a hálózatra csatlakoztató eszközöket stb. Az elektromos mozdony jelenlegi berendezése a tetőn vagy annak burkolatain található, és az elektromos berendezések érintkezési hálózatra történő csatlakoztatására szolgál.

A felsővezetékről érkező áramfelvételt a tetőn elhelyezett áramszedők biztosítják, majd a gyűjtősíneken és a perselyeken keresztül az áramot az elektromos készülékekhez vezetik. A villanymozdony tetején kapcsolóberendezések is találhatók: légkapcsolók, áramtípusok kapcsolói és szakaszolók az áramszedő meghibásodása esetén a hálózatról való leválasztáshoz. A buszokon keresztül az áramot a főbemenetre, az átalakító és szabályozó berendezésekre, a vontatómotorokra és egyéb gépekre, majd a kerékdarabokra és azokon keresztül a sínekre, a talajra táplálják.

A villamos mozdony vontatási erőkifejtésének és sebességének szabályozása a motor armatúrájában lévő feszültség változtatásával és a kollektormotorok gerjesztési együtthatójának változtatásával, vagy az aszinkron motorok tápáramának frekvenciájának és feszültségének beállításával érhető el.

A feszültségszabályozás többféleképpen történik. Kezdetben egy egyenáramú villanymozdonyon minden motorja sorba van kötve, egy nyolctengelyes villanymozdonyon egy motor feszültsége 375 V, a felsővezeték feszültsége 3 kV.

A vontatómotorok csoportjai átkapcsolhatók soros kapcsolásról - soros-párhuzamosra (2 sorba kapcsolt 4 motorból álló csoport, ekkor minden motor feszültsége 750 V), vagy párhuzamosra (4 sorba kapcsolt 2 motorból álló csoport, majd ez a feszültség egy motornál – 1500 V). A motorok közbenső feszültségeinek eléréséhez reosztátcsoportokat adnak az áramkörhöz, ami lehetővé teszi a feszültség 40-60 V-os lépésekben történő beállítását, bár ez a reosztátokon lévő elektromos áram egy részének elvesztéséhez vezet. hő formája.

Az elektromos mozdonyon belüli teljesítmény-átalakítókra van szükség az áram típusának megváltoztatásához és a felsővezeték feszültségének a szükséges értékekre való csökkentéséhez, amelyek megfelelnek a vontatómotorok, a segédgépek és az elektromos mozdony egyéb áramköreinek követelményeinek. Az átalakítás közvetlenül a fedélzeten történik.

A váltakozó áramú villamos mozdonyokon egy vontatási transzformátor található a bemeneti nagyfeszültség csökkentésére, valamint egy egyenirányító és simítóreaktorok az egyenáram AC-ból történő előállításához. A segédgépek táplálására statikus feszültség- és áramátalakítók telepíthetők. Mindkét áramtípus aszinkron hajtású villamos mozdonyokon vontatási invertereket használnak, amelyek az egyenáramot szabályozott feszültségű és frekvenciájú váltakozó árammá alakítják, amelyet a vontatómotorokhoz táplálnak.

Elektromos vonat

Az elektromos vonat vagy a klasszikus formájú villamos vonat áramszedők segítségével kapja az áramot munkavezetéken vagy sínen keresztül.Az elektromos mozdonyoktól eltérően az elektromos vonatok gyűjtői mind a motorkocsikon, mind a pótkocsikon találhatók.

Ha a vontatott autókat árammal látják el, akkor az autót speciális kábeleken keresztül táplálják. Az áramgyűjtő általában felül van, a munkavezetékről, áramszedők végzik áramszedő formájában (a villamosvonalakhoz hasonlóan).

Általában egyfázisú az áramfelvétel, de van háromfázisú is, amikor a villanyvonat speciális kialakítású áramszedőket használ több vezeték vagy érintkezősín külön érintkezésére (ha metróról van szó).

A villamos szerelvény villamos berendezése függ az áram típusától (vannak egyenáramú, váltóáramú vagy kétrendszerű villamos vonatok), a vontatómotorok típusától (kollektoros vagy aszinkron), az elektromos fékezés meglététől vagy hiányától.

A villamos vonatok villamos berendezése elvileg hasonló a villanymozdonyok elektromos berendezéséhez. A legtöbb elektromos vonatmodellben azonban a karosszéria alá és a kocsik tetejére helyezik, hogy növelje az utasteret. Az elektromos vonatmotorok vezetésének elvei nagyjából megegyeznek az elektromos mozdonyokéval.