Как градският и междуградският електрически транспорт получава енергия?

Градският и междуградският електрически транспорт са станали познати атрибути на ежедневието за съвременния човек. Ние отдавна сме престанали да мислим как този транспорт получава храната си. Всеки знае, че автомобилите се зареждат с бензин, педалите за велосипеди се въртят с педали от колоездачи. Но как се хранят електрическите видове пътнически транспорт: трамваи, тролейбуси, монорелсови влакове, метро, ​​електрически влакове, електрически локомотиви? Къде и как им се доставя движещата енергия? Нека поговорим за това.

Трамвай

В старите времена всяка нова трамвайна икономика беше принудена да има своя собствена електроцентрала, тъй като обществените електрически мрежи все още не бяха достатъчно развити. През 21 -ви век енергията за трамвайната мрежа се доставя от мрежи с общо предназначение.

Захранването се осигурява от постоянен ток със сравнително ниско напрежение (550 V), което би било просто нерентабилно за предаване на дълги разстояния. По тази причина тяговите подстанции са разположени близо до трамвайните линии, където променливият ток от мрежата с високо напрежение се преобразува в постоянен ток (с напрежение 600 V) за контактната мрежа на трамвая. В градовете, където се движат както трамваи, така и тролейбуси, тези видове транспорт обикновено имат обща икономия на енергия.

На територията на бившия Съветски съюз има две схеми за захранване на въздушни линии за трамваи и тролейбуси: централизирана и децентрализирана. Първо се появи централизираният. В него големи тягови подстанции, оборудвани с няколко преобразуващи блока, обслужваха всички съседни линии или линии, разположени на разстояние до 2 километра от тях. Подстанции от този тип днес са разположени в райони с висока плътност на трамвайни (тролейбусни) маршрути.

Децентрализираната система започна да се формира след 60 -те години, когато започнаха да се появяват тръгови линии на трамваи, тролейбуси, метро, ​​например от центъра на града по магистралата, до отдалечен район на града и т.н.

Тук на всеки 1-2 километра от линията са монтирани тягови подстанции с ниска мощност с един или два преобразуващи блока, способни да захранват максимум две участъци от линията, като всяка секция в края може да се захранва от съседен подстанция.

Така загубите на енергия са по -малки, тъй като захранващите секции излизат по -къси. Освен това, ако възникне авария на една от подстанциите, линейният участък ще остане под напрежение от съседната подстанция.

Контактът на трамвая с линията DC е през пантограф на покрива на колата му. Това може да бъде пантограф, полупантограф, щанга или дъга. Надземният проводник на трамвайната линия обикновено е по -лесен за окачване от релсата. Ако се използва стрела, въздушните превключватели са подредени като тролейбусни стрелки. Изтичането на ток обикновено се извършва през релсите — към земята.

Тролейбус

В тролейбус контактната мрежа е разделена от секционни изолатори на изолирани сегменти, всеки от които е свързан към тяговата подстанция с помощта на захранващи линии (въздушни или подземни). Това лесно позволява избирателно изключване на отделни секции за ремонт в случай на повреда.Ако възникне неизправност с захранващия кабел, е възможно да се монтират джъмпери върху изолаторите, за да се захранва засегнатата секция от съседната (но това е ненормален режим, свързан с риска от претоварване на захранващото устройство).

Тяговата подстанция намалява променливия ток на високо напрежение от 6 на 10 kV и го преобразува в постоянен ток с напрежение 600 волта. Спадът на напрежението във всяка точка на мрежата, съгласно стандартите, не трябва да бъде повече от 15%.

Контактната мрежа на тролейбуса се различава от трамвайната. Тук тя е двупроводна, земята не се използва за източване на ток, така че тази мрежа е по-сложна. Проводниците са разположени на малко разстояние един от друг, поради което е необходима особено внимателна защита срещу приближаване и късо съединение, както и изолация в кръстовищата на тролейбусни мрежи помежду си и с трамвайни мрежи.

Следователно на кръстовищата се инсталират специални средства, както и стрелки в точките на разклонението. Освен това се поддържа известно регулируемо напрежение, което предотвратява припокриването на проводниците във вятъра. Ето защо пръчките се използват за захранване на тролейбуси — други устройства просто няма да позволят да бъдат изпълнени всички тези изисквания.

Тролейбусните стрели са чувствителни към качеството на контактната мрежа, тъй като всеки дефект в нея може да доведе до скок на стрелата. Има норми, според които ъгълът на счупване в точката на закрепване на пръта не трябва да бъде повече от 4 °, а при завъртане под ъгъл над 12 ° се монтират извити държачи. Плъзгащата се обувка се движи по телта и не може да се завърти с тролейбуса, така че тук са необходими стрелки.

Еднорелсова

Еднорелсовите влакове напоследък работят в много градове по света: Лас Вегас, Москва, Торонто и др. Те могат да бъдат намерени в увеселителни паркове, зоологически градини, монорелси се използват за разглеждане на местни забележителности и, разбира се, за градски и крайградски комуникации.

Колелата на такива влакове изобщо не са от чугун, а от чугун. Колелата просто водят монорелсовия влак по бетонна греда — релсите, върху които са разположени коловоза и линиите (контактната релса) на захранването.

Някои монорелсови влакове са проектирани по такъв начин, че те са поставени на релса отгоре, подобно на това как човек седи на кон на кон. Някои монорелси са окачени на греда отдолу, наподобяваща гигантски фенер на стълб. Разбира се, монорелсите са по -компактни от конвенционалните железници, но те са по -скъпи за изграждане.

Някои монорелси имат не само колела, но и допълнителна опора на базата на магнитно поле. Московската монорелса например се движи точно върху магнитна възглавница, създадена от електромагнити. Електромагнитите са в подвижния състав, а в платното на водещия лъч има постоянни магнити.

В зависимост от посоката на тока в електромагнитите на движещата се част монорелсовият влак се движи напред или назад според принципа на отблъскване на едноименните магнитни полюси — така работи линейният електродвигател.

В допълнение към гумените колела, монорелсовият влак има и контактна релса, състояща се от три тоководещи елемента: плюс, минус и земя. Захранващото напрежение на линейния двигател на монорелсата е постоянно, равно на 600 волта.

Под земята

Електрическите влакове на метрото получават електричеството си от мрежата с постоянен ток — като правило, от третата (контактна) релса, напрежението на която е 750-900 волта. Постоянен ток се получава в подстанции от променлив ток с помощта на токоизправители.

Контактът на влака с контактната релса се осъществява чрез подвижен токов колектор. Контактната шина се намира вдясно от коловозите. Колекторът за ток (т.нар. «Пантограф») е разположен върху талигата на каретата и е притиснат към контактната шина отдолу. Плюсът е на контактната релса, минусът е на влаковите релси.

В допълнение към силовия ток, по протежение на релсовите релси тече слаб „сигнален“ ток, който е необходим за блокирането и автоматичното превключване на светофарите. Релсите предават и информация в кабината на водача за сигналите за движение и разрешената скорост на влака на метрото в този участък.

Електрически локомотив

Електрически локомотив е локомотив, задвижван от тягови двигател. Двигателят на електрическия локомотив получава енергия от тяговата подстанция през контактната мрежа.

Електрическата част на електрически локомотив като цяло съдържа не само тягови двигатели, но и преобразуватели на напрежение, както и устройства, които свързват двигатели към мрежата и т.н. Оборудването за токов ток на електрически локомотив е разположено на покрива или на капаците му и е предназначено за свързване на електрическото оборудване към контактната мрежа.

Събирането на ток от въздушната линия се осигурява от пантографи на покрива, след което токът се подава през шините и втулките към електрическите устройства. На покрива на електрическия локомотив има и комутационни устройства: въздушни превключватели, превключватели за видовете ток и разединители за изключване от мрежата в случай на неизправност на пантографа. Чрез автобусите токът се подава към главния вход, към преобразуващите и регулиращите устройства, към тяговите двигатели и други машини, след това към колесните парчета и през тях към релсите, към земята.

Регулирането на тяговото усилие и скоростта на електрическия локомотив се постига чрез промяна на напрежението в котвата на двигателя и чрез промяна на коефициента на възбуждане на колекторните двигатели или чрез регулиране на честотата и напрежението на захранващия ток на асинхронни двигатели.

Регулирането на напрежението се извършва по няколко начина. Първоначално на електрически локомотив с постоянен ток всички негови двигатели са свързани последователно, а напрежението на един двигател на осемосен електрически локомотив е 375 V, с напрежение в контактната мрежа от 3 kV.

Групите на тяговите двигатели могат да бъдат превключени от последователно свързване — към последователно паралелно (2 групи от 4 двигателя, свързани последователно, след това напрежението за всеки двигател е 750 V), или към паралелно (4 групи от 2 двигателя, свързани последователно, след това напрежение за един двигател — 1500 V). И за да се получат междинни напрежения на двигателите, към веригата се добавят групи реостати, което прави възможно регулирането на напрежението на стъпки от 40-60 V, въпреки че това води до загуба на част от електричеството върху реостатите в форма на топлина.

Преобразувателите на електроенергия вътре в електрическия локомотив са необходими за промяна на вида на тока и понижаване на напрежението на контактната мрежа до необходимите стойности, които отговарят на изискванията на тягови двигатели, спомагателни машини и други вериги на електрическия локомотив. Преобразуването се извършва директно на борда.

На електрически локомотиви с променлив ток е предвиден тягови трансформатор за намаляване на входното високо напрежение, както и токоизправител и изглаждащи реактори за получаване на постоянен ток от променлив ток. За захранване на помощни машини могат да се монтират преобразуватели на статично напрежение и ток. На електрически локомотиви с асинхронно задвижване на двата вида ток се използват тягови инвертори, които преобразуват постоянен ток в променлив ток с регулирано напрежение и честота, подаван към тягови двигатели.

Електрически влак

Електрически влак или електрически влак в класическата форма приема електричество с помощта на пантографи през контактна жица или контактна релса. За разлика от електрическия локомотив, колекторите на електрически влакове са разположени както на моторни вагони, така и на теглени.

Ако токът се подава към теглените автомобили, тогава автомобилът се захранва чрез специални кабели. Колекторът на ток обикновено е отгоре, от контактния проводник, той се осъществява от колектори под формата на пантографи (подобно на трамвайните линии).

Обикновено текущата колекция е еднофазна, но има и трифазна, когато електрическият влак използва пантографи със специална конструкция за отделен контакт с няколко проводника или контактни релси (когато става въпрос за метрото).

Електрическото оборудване на електрическия влак зависи от вида на тока (има постоянен ток, променлив ток или двусистемни електрически влакове), вида на тяговите двигатели (колекторни или асинхронни), наличието или отсъствието на електрическо спиране.

По принцип електрическото оборудване на електрическите влакове е подобно на електрическото оборудване на електрическите локомотиви. Въпреки това, при повечето модели електрически влакове, той се поставя под каросерията и на покривите на вагоните, за да се увеличи пътническото пространство вътре. Принципите на управление на двигателите на електрическите влакове са приблизително същите като при електрическите локомотиви.