Làm thế nào để giao thông điện đô thị và liên đô thị có được năng lượng?

Giao thông điện đô thị và liên tỉnh đã trở thành thuộc tính quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày của con người hiện đại. Từ lâu chúng ta đã ngừng suy nghĩ về cách phương tiện giao thông này lấy thức ăn. Mọi người đều biết rằng ô tô được đổ đầy xăng, xe đạp được đạp bởi người đi xe đạp. Nhưng các loại phương tiện vận tải hành khách chạy bằng điện được cung cấp như thế nào: xe điện, xe đẩy, tàu một ray, tàu điện ngầm, tàu điện, đầu máy điện? Năng lượng lái xe được cung cấp cho họ ở đâu và như thế nào? Hãy cùng bàn về chuyện này.

Xe điện

Ngày xưa, mỗi nền kinh tế xe điện mới buộc phải có nhà máy điện riêng do lưới điện công cộng chưa phát triển đầy đủ. Trong thế kỷ 21, nguồn điện cho mạng lưới xe điện được cung cấp từ các mạng lưới mục đích chung.

Nguồn điện được cung cấp bởi dòng điện một chiều có điện áp tương đối thấp (550 V), điều này đơn giản là không kinh tế đối với việc truyền tải đường dài.Vì lý do này, các trạm biến áp lực kéo được đặt gần các tuyến xe điện, nơi dòng điện xoay chiều từ mạng điện áp cao được chuyển đổi thành dòng điện một chiều (với điện áp 600 V) cho mạng tiếp xúc xe điện. Ở những thành phố nơi cả xe điện và xe điện đều hoạt động, các phương thức vận tải này thường tiết kiệm năng lượng tổng thể.

Trên lãnh thổ của Liên Xô cũ, có hai phương án cấp điện cho đường dây trên không cho xe điện và xe điện: tập trung và phi tập trung. Đầu tiên là tập trung. Trong đó, các trạm biến áp lực kéo lớn được trang bị một số bộ chuyển đổi phục vụ tất cả các tuyến hoặc tuyến lân cận nằm cách chúng tới 2 km. Các trạm biến áp loại này ngày nay được đặt ở những khu vực có mật độ cao của các tuyến xe điện (xe đẩy).

Hệ thống phi tập trung bắt đầu hình thành sau những năm 60, khi các tuyến xe điện, xe đẩy, tàu điện ngầm bắt đầu xuất hiện, chẳng hạn như từ trung tâm thành phố dọc theo đường cao tốc, đến một khu vực xa xôi của thành phố, v.v.

Tại đây, các trạm biến áp lực kéo công suất thấp với một hoặc hai bộ chuyển đổi có khả năng cung cấp tối đa hai phần của đường dây được lắp đặt cứ sau 1-2 km của đường dây, mỗi phần cuối có thể được cung cấp bởi một trạm biến áp liền kề.

Do đó, tổn thất năng lượng nhỏ hơn, vì các phần năng lượng ngắn hơn. Ngoài ra, nếu xảy ra lỗi tại một trong các trạm biến áp, phần đường dây sẽ vẫn được cấp điện từ trạm biến áp liền kề.

Sự tiếp xúc của xe điện với dòng DC là thông qua một pantograph trên nóc toa của nó. Đây có thể là một pantograph, semi-pantograph, thanh hoặc vòng cung. Dây trên không của đường xe điện thường dễ treo hơn đường ray.Nếu sử dụng cần, công tắc khí được bố trí giống như cần xe đẩy. Dòng điện thường xuyên qua thanh ray xuống đất.

xe đẩy

Trong xe buýt điện, mạng lưới tiếp xúc được chia theo phần cách điện thành các phân đoạn riêng biệt, mỗi phân đoạn được kết nối với trạm biến áp lực kéo bằng các đường dây cấp nguồn (trên cao hoặc dưới lòng đất). Điều này dễ dàng cho phép tắt các phần riêng lẻ để sửa chữa trong trường hợp có lỗi. chế độ bất thường liên quan đến nguy cơ quá tải nguồn điện).

Trạm biến áp kéo làm giảm dòng điện xoay chiều cao áp từ 6 đến 10 kV và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều có điện áp 600 vôn. Điện áp rơi tại bất kỳ điểm nào của mạng, theo tiêu chuẩn, không được quá 15%.

Mạng lưới liên lạc của xe điện khác với mạng lưới của xe điện. Ở đây nó là hai dây, mặt đất không được sử dụng để thoát dòng, vì vậy mạng này phức tạp hơn. Các dây dẫn được đặt cách nhau một khoảng nhỏ, đó là lý do tại sao cần phải có biện pháp bảo vệ đặc biệt cẩn thận chống lại sự tiếp cận và đoản mạch, cũng như cách điện tại các điểm giao nhau của mạng lưới xe điện với nhau và với mạng lưới xe điện.

Do đó, các phương tiện đặc biệt được lắp đặt tại các giao lộ, cũng như các mũi tên tại các điểm giao nhau. Ngoài ra, một số điện áp có thể điều chỉnh được duy trì, giúp ngăn các dây chồng lên nhau trong gió. Đó là lý do tại sao các thanh được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện - các thiết bị khác đơn giản là không cho phép đáp ứng tất cả các yêu cầu này.

Cần của xe điện rất nhạy cảm với chất lượng của dây xích, vì bất kỳ khiếm khuyết nào trong dây xích đều có thể dẫn đến nhảy cần. Có các tiêu chuẩn theo đó góc gãy tại điểm gắn của thanh không được lớn hơn 4 ° và khi xoay một góc lớn hơn 12 °, giá đỡ cong được lắp đặt. Giày trượt chạy trên dây và không thể xoay bằng xe đẩy nên ở đây cần có mũi tên.

đường đơn

Tàu điện một ray gần đây đã đi vào hoạt động ở nhiều thành phố trên thế giới: Las Vegas, Moscow, Toronto, v.v. Chúng có thể được tìm thấy trong các công viên giải trí, sở thú, đường ray đơn được sử dụng để tham quan địa phương và tất nhiên là để liên lạc trong đô thị và ngoại ô.

Bánh xe của những đoàn tàu như vậy hoàn toàn không phải bằng gang mà bằng gang. Các bánh xe chỉ đơn giản là dẫn hướng tàu một ray dọc theo một dầm bê tông—đường ray trên đó đặt đường ray và các đường dây (đường ray tiếp xúc) của nguồn điện.

Một số đường ray đơn được thiết kế theo cách chúng được đặt trên đường ray, tương tự như cách một người ngồi trên lưng ngựa. Một số đường ray đơn được treo trên dầm bên dưới, giống như một chiếc đèn lồng khổng lồ trên cột. Tất nhiên, đường ray đơn nhỏ gọn hơn đường sắt thông thường, nhưng chúng đắt hơn để xây dựng.

Một số đường ray đơn không chỉ có bánh xe mà còn có hỗ trợ bổ sung dựa trên từ trường. Ví dụ, tuyến đường một ray ở Moscow chạy chính xác trên đệm từ được tạo bởi nam châm điện. Nam châm điện nằm trong toa xe, và có nam châm vĩnh cửu trong tấm vải của chùm dẫn hướng.

Tùy thuộc vào hướng của dòng điện trong các nam châm điện của bộ phận chuyển động, tàu một ray di chuyển tiến hoặc lùi theo nguyên lý lực đẩy của các cực từ cùng tên - đây là cách hoạt động của động cơ điện tuyến tính.

Ngoài bánh cao su, tàu một ray còn có đường ray tiếp xúc gồm ba phần tử mang dòng điện: cộng, trừ và nối đất. Điện áp cung cấp của động cơ tuyến tính monorail là không đổi, bằng 600 vôn.

Bí mật

Các tàu điện ngầm nhận điện từ mạng điện một chiều — theo quy luật, từ đường ray thứ ba (tiếp xúc), điện áp là 750-900 vôn. Dòng điện một chiều thu được trong các trạm biến áp từ dòng điện xoay chiều sử dụng bộ chỉnh lưu.

Sự tiếp xúc của đoàn tàu với đường ray tiếp xúc được thực hiện thông qua bộ thu dòng di động. Xe buýt liên lạc nằm ở bên phải đường ray. Bộ thu hiện tại (cái gọi là «Pantograph») được đặt trên giá chuyển hướng của xe ngựa và được ép vào xe buýt liên lạc từ bên dưới. Điểm cộng là trên đường ray tiếp xúc, điểm trừ là trên đường ray xe lửa.

Ngoài dòng điện, dòng điện "tín hiệu" yếu chạy dọc theo đường ray, cần thiết cho việc chặn và tự động chuyển đổi đèn giao thông. Đường ray cũng truyền thông tin đến cabin của người lái về tín hiệu giao thông và tốc độ cho phép của tàu điện ngầm trong đoạn đó.

đầu máy điện

Đầu máy điện là đầu máy chạy bằng động cơ kéo. Động cơ của đầu máy điện nhận điện từ trạm biến áp lực kéo thông qua mạng tiếp xúc.

Phần điện của đầu máy điện nói chung không chỉ chứa động cơ kéo mà còn có bộ chuyển đổi điện áp, cũng như các thiết bị kết nối động cơ với mạng, v.v. Thiết bị hiện tại của đầu máy điện được đặt trên mái nhà hoặc trên nắp của nó và được thiết kế để kết nối thiết bị điện với mạng tiếp xúc.

Việc thu thập dòng điện từ đường dây trên không được cung cấp bởi các pantograph trên mái nhà, sau đó dòng điện được đưa qua các thanh cái và ống lót đến các thiết bị điện. Trên mái của đầu máy điện còn có các thiết bị chuyển mạch: công tắc không khí, công tắc cho các loại dòng điện và bộ ngắt kết nối để ngắt kết nối mạng trong trường hợp trục trặc của pantograph. Thông qua các thanh cái, dòng điện được đưa đến đầu vào chính, đến các thiết bị chuyển đổi và điều chỉnh, đến động cơ kéo và các máy khác, sau đó đến các bộ phận của bánh xe và qua chúng đến đường ray, xuống đất.

Việc điều chỉnh lực kéo và tốc độ của đầu máy điện đạt được bằng cách thay đổi điện áp trong phần ứng của động cơ và bằng cách thay đổi hệ số kích thích của động cơ thu nhiệt hoặc bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp của dòng điện cung cấp cho động cơ không đồng bộ.

Điều chỉnh điện áp được thực hiện theo nhiều cách. Ban đầu, trên đầu máy điện một chiều, tất cả các động cơ của nó được mắc nối tiếp và điện áp của một động cơ trên đầu máy điện tám trục là 375 V, với điện áp dây xích là 3 kV.

Các nhóm động cơ kéo có thể được chuyển từ kết nối nối tiếp — sang nối tiếp song song (2 nhóm 4 động cơ mắc nối tiếp, khi đó điện áp cho mỗi động cơ là 750 V) hoặc song song (4 nhóm 2 động cơ mắc nối tiếp, sau đó điện áp này cho một động cơ - 1500 V). Và để có được điện áp trung gian của động cơ, các nhóm biến trở được thêm vào mạch, giúp điều chỉnh điện áp theo các bước 40-60 V, mặc dù điều này dẫn đến thất thoát một số điện năng trên biến trở trong dạng nhiệt.

Bộ chuyển đổi năng lượng bên trong đầu máy điện là cần thiết để thay đổi loại dòng điện và hạ điện áp dây xích xuống các giá trị cần thiết đáp ứng yêu cầu của động cơ kéo, máy phụ và các mạch khác của đầu máy điện. Việc chuyển đổi được thực hiện trực tiếp trên tàu.

Trên đầu máy xe lửa điện xoay chiều, một máy biến áp kéo được cung cấp để giảm điện áp cao đầu vào, cũng như bộ chỉnh lưu và lò phản ứng làm mịn để thu được DC từ AC. Bộ biến đổi điện áp và dòng điện tĩnh có thể được lắp đặt để cấp nguồn cho các máy phụ trợ. Trên các đầu máy điện có truyền động không đồng bộ cả hai loại dòng điện, người ta sử dụng bộ biến tần lực kéo, biến dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều có điện áp và tần số quy định, được cấp cho động cơ kéo.

tàu điện

Tàu điện hoặc tàu điện ở dạng cổ điển nhận điện với sự trợ giúp của máy vẽ điện thế thông qua dây tiếp xúc hoặc đường ray tiếp xúc.Không giống như đầu máy điện, bộ thu của tàu điện được đặt cả trên ô tô và trên rơ moóc.

Nếu dòng điện được cung cấp cho các toa được kéo, thì toa được cung cấp năng lượng thông qua các dây cáp đặc biệt. Bộ thu dòng điện thường ở phía trên, từ dây tiếp xúc, nó được thực hiện bởi các bộ thu dưới dạng pantograph (tương tự như đường xe điện).

Thông thường, bộ sưu tập hiện tại là một pha, nhưng cũng có một bộ ba pha, khi tàu điện sử dụng các bản sao có thiết kế đặc biệt để tiếp xúc riêng với một số dây hoặc đường ray tiếp xúc (khi nói đến tàu điện ngầm).

Thiết bị điện của tàu điện phụ thuộc vào loại dòng điện (tàu điện một chiều, xoay chiều hay hai hệ thống), loại động cơ kéo (thu hoặc không đồng bộ), có hay không có hãm điện.

Về nguyên tắc trang bị điện của tàu điện tương tự như trang bị điện của đầu máy điện. Tuy nhiên, ở hầu hết các mẫu tàu điện, nó được đặt dưới thân và trên nóc các toa để tăng không gian cho hành khách bên trong. Nguyên tắc điều khiển động cơ tàu điện gần giống như đầu máy điện.