Een theoretische gids voor elektrische locomotiefsystemen

Een theoretische gids voor elektrische locomotiefsystemen

Vanwege hun grote verscheidenheid aan voordelen in vergelijking met diesel- en stoomlocomotiefsystemen, zijn elektrische locomotiefsystemen de meest populaire en meest gebruikte systemen voor tractiesystemen geworden.



Met de komst van vermogenselektronische apparaten worden moderne elektrische tractiesystemen gebruikt omvormers met meerdere niveaus voor betere tractieprestaties zoals hoge nauwkeurigheid, snelle reactiesnelheid en hogere betrouwbaarheid.


Elektrische locomotiefsystemen

Elektrische locomotiefsystemen





De evaluatie van het ontwerp van elektromotoren en elektrificatietechnologieën hebben niet alleen geleid tot het ontwerp van hogesnelheidslocomotieven (metro's en voorstedelijke spoorwegen), maar hebben ook de algehele energie-efficiëntie verhoogd.

Wat is een elektrische tractie of locomotief?

Een aandrijfkracht die de voortstuwing van een voertuig veroorzaakt, wordt een tractiesysteem genoemd. Het tractiesysteem is van twee verschillende typen: niet-elektrisch tractiesysteem en elektrisch tractiesysteem.



Niet-elektrisch tractiesysteem

Het tractiesysteem dat in geen enkel stadium van een voertuigbeweging elektriciteit verbruikt, wordt een niet-elektrisch tractiesysteem genoemd. Zo'n tractiesysteem wordt gebruikt in stoomlocomotieven, IC-motoren en in de maglev treinen (hogesnelheidstreinen).


Elektrisch tractiesysteem

Het tractiesysteem dat elektriciteit gebruikt in alle stadia of sommige stadia van een voertuigbeweging, wordt een elektrisch tractiesysteem genoemd.

Elektrische versus niet-elektrische tractie

Elektrische versus niet-elektrische tractie

In een elektrisch tractiesysteem wordt de aandrijfkracht om een ​​trein te trekken gegenereerd door de tractiemotoren. Het elektrische tractiesysteem kan grofweg in twee groepen worden verdeeld: een is zelfaangedreven en de andere is een derde railsysteem.

De zelfaangedreven systemen omvatten dieselelektrische aandrijvingen en batterijelektrische aandrijvingen die hun eigen vermogen kunnen opwekken om de trein te trekken, terwijl de derde rail of bovenleidingsystemen de stroom gebruiken van een extern distributienetwerk of netten, en de voorbeelden omvatten trams , trolleybussen en locomotieven aangedreven door bovengrondse elektrische leidingen.

Soorten spoorelektrificatiesystemen

De spoorelektrificatie verwijst naar het type bronvoedingssysteem dat wordt gebruikt om de elektrische locomotiefsystemen van stroom te voorzien. Het kan AC of DC zijn of een samengestelde voeding.

De keuze van het type elektrificatie hangt af van verschillende factoren, zoals de beschikbaarheid van het aanbod, het type toepassingsgebied of de diensten zoals stedelijke, voorstedelijke en hoofdlijndiensten, enz.

De drie belangrijkste soorten elektrische tractiesystemen die er zijn, zijn als volgt:

  1. Gelijkstroom (DC) elektrificatiesysteem
  2. Wisselstroom (AC) elektrificatiesysteem
  3. Composiet systeem.

Gelijkstroom (DC) elektrificatiesysteem

De keuze voor het kiezen van een DC-elektrificatiesysteem omvat vele voordelen, zoals ruimte- en gewichtsoverwegingen, snelle acceleratie en remmen van DC-elektromotoren, lagere kosten in vergelijking met AC-systemen, minder energieverbruik, enzovoort.

In dit type systeem wordt driefasevermogen ontvangen van de elektriciteitsnetten gedeëscaleerd naar laagspanning en omgezet in gelijkstroom door de gelijkrichters en vermogen-elektronische converters

3e railsysteem

3e railsysteem

Dit type DC-voeding wordt op twee verschillende manieren aan het voertuig geleverd: de eerste manier is via het 3e railsysteem (zijwaarts lopend en onder lopend geëlektrificeerd spoor en biedt een retourpad via looprails), en de tweede manier is via de bovenleiding DC-systeem. Deze DC wordt naar de tractiemotor gevoerd zoals de DC-serie of samengestelde motoren om de locomotief aan te drijven, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

De voedingssystemen van DC-elektrificatie omvatten 300-500V-voeding voor de speciale systemen zoals batterijsystemen (600-1200V) voor stadsspoorwegen zoals trams en lichte metro's, en de 1500-3000V voor voorstedelijke en hoofdlijnen zoals lichte metro's en zware metro treinen ​De 3e (stroomrail) en 4e railsystemen werken met lage spanningen (600-1200V) en hoge stromen, terwijl de bovenliggende railsystemen hoge spanningen (1500-3000V) en lage stromen gebruiken.

DC-elektrificatiesysteem

DC-elektrificatiesysteem

Vanwege het hoge startkoppel en de gematigde snelheidsregeling worden de motoren van de DC-serie op grote schaal gebruikt in de DC-tractiesystemen. Ze leveren een hoog koppel bij lage snelheden en een laag koppel bij hoge snelheden.

Een elektrische motor snelheidsregelaar wordt gebruikt door de spanning die erop wordt toegepast te variëren. De speciale aandrijfsystemen die worden gebruikt om deze elektromotoren te besturen, zijn onder meer een tap-wisselaar, thyristorregeling, chopperbesturing en microprocessorbesturing.

De nadelen van dit systeem zijn onder meer de moeilijkheid bij het onderbreken van stromen bij hoge spanningen wanneer de foutconditie verhoogd is, en de noodzaak om DC-onderstations tussen korte afstanden te plaatsen.

Wisselstroom (AC) elektrificatiesysteem

Een AC-tractiesysteem is tegenwoordig erg populair geworden en wordt vaker gebruikt in de meeste tractiesystemen vanwege verschillende voordelen, zoals snelle beschikbaarheid en generatie van AC die gemakkelijk kan worden opgevoerd of verlaagd, eenvoudige bediening van AC-motoren, minder vereiste onderstations en de aanwezigheid van lichte bovenleidingen die lage stromen bij hoge spanningen overdragen, enzovoort.

De voedingssystemen van AC-elektrificatie omvatten enkelfasige, driefasige en samengestelde systemen. De enkelfasige systemen bestaan ​​uit een voeding van 11 tot 15 KV bij 16,7 Hz en 25 Hz om variabele snelheid naar AC-commutatiemotoren te vergemakkelijken.
Het gebruikt stap naar beneden transformator en frequentieomvormers om de hoge spanningen en vaste industriële frequentie om te zetten.

De enkelfasige 25KV bij 50Hz is de meest gebruikte configuratie voor AC-elektrificatie. Het wordt gebruikt voor heavy-haul-systemen en hoofdlijndiensten omdat er geen frequentieomzetting nodig is. Dit is een van de meest gebruikte typen composietsystemen waarbij de voeding wordt omgezet naar gelijkstroom om gelijkstroommotoren aan te drijven.

AC elektrificatiesysteem

AC elektrificatiesysteem

Het driefasensysteem maakt gebruik van een driefasige inductiemotor om de locomotief aan te drijven en heeft een nominaal vermogen van 3,3.KV, 16,7 Hz. Het hoogspanningsverdeelsysteem op 50 Hz-voeding wordt door transformatoren en frequentieomvormers naar dit elektromotorvermogen omgezet. Dit systeem maakt gebruik van twee bovenleidingen en de spoorrail vormt een andere fase, maar dat levert veel problemen op bij kruisingen en kruisingen.

De bovenstaande afbeelding toont de werking van een elektrische locomotief op wisselstroom waarbij het bovenleidingsysteem enkelfasige stroom ontvangt van het bovengrondse systeem. De voeding wordt opgevoerd door de transformator en vervolgens door een gelijkrichter omgezet in DC. Een afvlakkingsreactor of een DC-link, filtert en verzacht DC om de rimpelingen te verminderen, en vervolgens wordt de DC omgezet in AC door een omvormer die de frequentie varieert om een ​​variabele snelheid van de tractiemotor te krijgen (vergelijkbaar met VFD

Composiet systeem

Dit systeem bevat de voordelen van zowel DC- als AC-systemen. Deze systemen zijn hoofdzakelijk van twee typen: een enkelfasig naar drie fasen of Kando-systeem en het andere enkelfasig naar gelijkstroomsysteem.

Eenfasig naar driefasig of Kando-systeem

Eenfasig naar driefasig of Kando-systeem

In een Kando-systeem voert een enkele bovenleiding de enkelfasige voeding van 16KV, 50Hz. Deze hoge spanning wordt verlaagd en omgezet in driefasige voeding van dezelfde frequentie in de locomotief zelf via de transformator en converters

Deze driefasige voeding wordt verder geleverd aan de driefasige inductiemotor die de locomotief aandrijft. Aangezien het tweevoudige leidingsysteem van het driefasensysteem door dit systeem wordt vervangen door een enkele bovenleiding, is het economisch.

Zoals we al hebben besproken in de AC-elektrificatie, is een enkelfasig naar DC-systeem zeer populair, het is de meest economische manier van een enkele bovenleiding en heeft een grote verscheidenheid aan motorkarakteristieken van de DC-serie.
In dit specifieke systeem wordt een enkelfasige 25KV, 50Hz-voeding van het bovenleidingsysteem verlaagd door de transformator in de locomotief en vervolgens door gelijkrichters omgezet in gelijkstroom. De DC wordt naar het DC-aandrijfsysteem gevoerd om de seriemotor aan te drijven en om zijn snelheids- en remsystemen te regelen.

Dit gaat allemaal over de elektrische locomotiefsystemen. En we hopen dat we u uitgebreide en relevante informatie hebben gegeven over de verschillende toevoersystemen die in de tractiesystemen worden gebruikt.

We moedigen u aan om uw suggesties, opmerkingen en feedback over dit artikel of projectideeën in het commentaargedeelte hieronder te schrijven, en verwachten ook dat uw suggesties de kortsluitingsongevallen in de tractiesystemen zullen verminderen.

Fotocredits