Aufgrund ihrer Vielzahl von Vorteilen gegenüber Diesel- und Dampflokomotivsystemen sind elektrische Lokomotivensysteme zu den beliebtesten und am weitesten verbreiteten Systemen für Traktionssysteme geworden.
Mit dem Aufkommen leistungselektronischer Geräte werden moderne elektrische Traktionssysteme eingesetzt Mehrebenen-Wechselrichter Für eine bessere Traktionsleistung wie hohe Genauigkeit, schnelle Reaktionsfähigkeit und höhere Zuverlässigkeit.
Elektrische Lokomotivsysteme
Die Bewertung des Entwurfs von Elektromotoren und der Elektrifizierungstechnologien hat nicht nur zum Entwurf von Hochgeschwindigkeitslokomotiven (Metros und S-Bahnen) geführt, sondern auch die Gesamtenergieeffizienz erhöht.
Was ist eine elektrische Traktion oder Lokomotive?
Eine treibende Kraft, die den Antrieb eines Fahrzeugs bewirkt, wird als Traktionssystem bezeichnet. Es gibt zwei verschiedene Arten von Traktionssystemen: nichtelektrisches Traktionssystem und elektrisches Traktionssystem.
Nicht elektrisches Traktionssystem
Das Traktionssystem, das zu keinem Zeitpunkt einer Fahrzeugbewegung Strom verbraucht, wird als nicht elektrisches Traktionssystem bezeichnet. Ein solches Traktionssystem wird in Dampflokomotiven, Verbrennungsmotoren und in der Magnetschwebebahnen (Hochgeschwindigkeitszüge).
Elektrisches Traktionssystem
Das Traktionssystem, das Elektrizität in allen Stufen oder einigen Stufen einer Fahrzeugbewegung verbraucht, wird als elektrisches Traktionssystem bezeichnet.
Elektrisch gegen nicht elektrische Traktion
In einem elektrischen Traktionssystem wird die treibende Kraft zum Ziehen eines Zuges von den Traktionsmotoren erzeugt. Das elektrische Traktionssystem kann grob in zwei Gruppen unterteilt werden: eine ist autark und die andere ist ein Drittschienensystem.
Die autarken Systeme umfassen dieselelektrische Antriebe und batterieelektrische Antriebe, die ihren eigenen Strom zum Ziehen des Zuges erzeugen können, während die Systeme der dritten Schiene oder der Freileitung den Strom von einem externen Verteilungsnetz oder von externen Netzen verwenden, und die Beispiele umfassen Straßenbahnen , Oberleitungsbusse und Lokomotiven, die von Freileitungen angetrieben werden.
Arten von Gleiselektrifizierungssystemen
Die Gleiselektrifizierung bezieht sich auf die Art des Quellenversorgungssystems, das beim Antreiben der elektrischen Lokomotivensysteme verwendet wird. Dies kann AC oder DC oder eine Verbundversorgung sein.
Die Auswahl der Art der Elektrifizierung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Verfügbarkeit des Angebots, der Art des Anwendungsbereichs oder von den Diensten wie städtischen, vorstädtischen und Hauptleitungsdiensten usw.
Die drei Haupttypen von elektrischen Traktionssystemen, die existieren, sind wie folgt:
- Gleichstrom-Elektrifizierungssystem
- Wechselstrom-Elektrifizierungssystem
- Verbundsystem.
Gleichstrom-Elektrifizierungssystem
Die Wahl des DC-Elektrifizierungssystems umfasst viele Vorteile, wie z. B. Platz- und Gewichtsaspekte, schnelles Beschleunigen und Bremsen von DC-Elektromotoren, geringere Kosten im Vergleich zu AC-Systemen, geringerer Energieverbrauch usw.
Bei diesem Systemtyp wird die von den Stromnetzen empfangene dreiphasige Leistung auf Niederspannung deeskaliert und von den Gleichrichtern und in Gleichstrom umgewandelt Leistungselektronische Wandler .
3. Schienensystem
Diese Art der Gleichstromversorgung wird dem Fahrzeug auf zwei verschiedene Arten zugeführt: Der erste Weg führt über das 3. Schienensystem (seitlich und unter elektrifiziertem Gleis und Rückweg über Laufschienen) und der zweite Weg über die Freileitung Gleichstromsystem. Dieser Gleichstrom wird dem Fahrmotor wie den Gleichstrommotoren oder Verbundmotoren zugeführt, um die Lokomotive anzutreiben, wie in der obigen Abbildung gezeigt.
Die Versorgungssysteme für die Gleichstromelektrifizierung umfassen eine 300-500-V-Versorgung für spezielle Systeme wie Batteriesysteme (600-1200 V) für Stadtbahnen wie Straßenbahnen und leichte U-Bahnen sowie 1500-3000 V für Vorort- und Hauptverkehrsdienste wie leichte U-Bahnen und schwere U-Bahn-Züge . Das 3. (Leiterschiene) und 4. Schienensystem arbeiten mit niedrigen Spannungen (600-1200 V) und hohen Strömen, während die Freileitungssysteme hohe Spannungen (1500-3000 V) und niedrige Ströme verwenden.
Gleichstrom-Elektrifizierungssystem
Aufgrund des hohen Anlaufdrehmoments und der moderaten Drehzahlregelung werden die Motoren der DC-Serie in den DC-Traktionssystemen häufig eingesetzt. Sie bieten ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und ein niedriges Drehmoment bei hohen Drehzahlen.
Ein Drehzahlregler des Elektromotors wird durch Variieren der an ihn angelegten Spannung verwendet. Die speziellen Antriebssysteme, die zur Steuerung dieser Elektromotoren verwendet werden, umfassen Stufenschalter, Thyristorsteuerung, Zerhackersteuerung und Mikroprozessorsteuerungsantriebe.
Zu den Nachteilen dieses Systems gehören Schwierigkeiten bei der Unterbrechung von Strömen bei hohen Spannungen, wenn der Fehlerzustand ausgelöst wird, und die Notwendigkeit, Zwischenstationen zwischen kurzen Entfernungen anzuordnen.
Wechselstrom-Elektrifizierungssystem
Ein AC-Traktionssystem ist heutzutage sehr beliebt geworden und wird in den meisten Traktionssystemen aufgrund mehrerer Vorteile häufiger verwendet, z. B. schnelle Verfügbarkeit und Erzeugung von AC, die leicht hoch- oder heruntergefahren werden können, einfache Steuerung von AC-Motoren. Geringere Anzahl von Unterstationen erforderlich, und das Vorhandensein von leichten Oberleitungen, die niedrige Ströme bei hohen Spannungen übertragen, und so weiter.
Die Versorgungssysteme der Wechselstromelektrifizierung umfassen Einphasen-, Dreiphasen- und Verbundsysteme. Die Einphasensysteme bestehen aus einer 11- bis 15-kV-Versorgung bei 16,7 Hz und 25 Hz, um Wechselstrom-Kommutierungsmotoren mit variabler Drehzahl zu ermöglichen.
Es verwendet Abwärtstransformator und Frequenzumrichter zur Umwandlung aus den hohen Spannungen und der festen Industriefrequenz.
Die einphasige 25KV bei 50 Hz ist die am häufigsten verwendete Konfiguration für die Wechselstromelektrifizierung. Es wird für Schwerlastsysteme und Hauptleitungsdienste verwendet, da keine Frequenzumwandlung erforderlich ist. Dies ist eine der weit verbreiteten Arten von Verbundsystemen, bei denen die Versorgung in Gleichstrom umgewandelt wird, um Gleichstrom-Fahrmotoren anzutreiben.
Wechselstrom-Elektrifizierungssystem
Das Dreiphasensystem verwendet einen Dreiphasen-Induktionsmotor zum Antrieb der Lokomotive und ist für 3,3 kV, 16,7 Hz ausgelegt. Das Hochspannungsverteilungssystem mit 50 Hz wird von Transformatoren und Frequenzumrichtern auf diese Nennleistung des Elektromotors umgestellt. Dieses System verwendet zwei Freileitungen, und die Gleisschiene bildet eine weitere Phase, was jedoch an Kreuzungen und Kreuzungen viele Probleme aufwirft.
Die obige Abbildung zeigt den Betrieb einer elektrischen Wechselstromlokomotive, bei der das Oberleitungssystem einphasige Energie vom Überkopfsystem erhält. Die Versorgung wird vom Transformator verstärkt und dann von einem Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt. Ein Glättungsreaktor oder ein Zwischenkreis filtert und glättet Gleichstrom, um die Welligkeiten zu verringern, und dann wird der Gleichstrom von einem Wechselrichter, der die Frequenz variiert, in Wechselstrom umgewandelt, um eine variable Drehzahl des Fahrmotors zu erhalten (ähnlich wie VFD ).
Verbundsystem
Dieses System bietet die Vorteile von DC- und AC-Systemen. Bei diesen Systemen handelt es sich hauptsächlich um zwei Typen: ein einphasiges bis dreiphasiges System oder ein Kando-System und das andere einphasige DC-System.
Einphasiges bis dreiphasiges oder Kando-System
In einem Kando-System führt eine einzelne Freileitung die einphasige Versorgung von 16 kV, 50 Hz. Diese Hochspannung wird herabgesetzt und in der Lokomotive selbst über den Transformator und in eine dreiphasige Versorgung gleicher Frequenz umgewandelt Konverter .
Diese dreiphasige Versorgung wird ferner dem dreiphasigen Induktionsmotor zugeführt, der die Lok antreibt. Da das Zwei-Freileitungssystem des Dreiphasensystems durch dieses System durch eine einzige Freileitung ersetzt wird, ist es wirtschaftlich.
Wie wir bereits in der Wechselstromelektrifizierung besprochen haben, dass ein Einphasen-Gleichstrom-System sehr beliebt ist, ist es der wirtschaftlichste Weg einer einzelnen Freileitung und weist eine Vielzahl von Motoreigenschaften der Gleichstrom-Serie auf.
In diesem speziellen System wird eine einphasige Freileitung mit 25 kV und 50 Hz durch einen Transformator in der Lokomotive heruntergefahren und dann durch Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt. Der Gleichstrom wird dem Gleichstromantriebssystem zugeführt, um den Serienmotor anzutreiben und seine Drehzahl- und Bremssysteme zu steuern.
Hier dreht sich alles um die elektrischen Lokomotivensysteme. Wir hoffen, dass wir Ihnen umfassende und relevante Informationen zu den verschiedenen Versorgungssystemen gegeben haben, die in den Traktionssystemen verwendet werden.
Wir empfehlen Ihnen, Ihre Vorschläge, Kommentare und Rückmeldungen zu diesem Artikel oder zu Projektideen in den unten angegebenen Kommentarbereich zu schreiben und Ihre Vorschläge zur Reduzierung der Kurzschlussunfälle in den Traktionssystemen zu erwarten.
Bildnachweis
- Elektrische Lokomotivensysteme von Bahntechnik
- Elektrisch gegen nicht elektrische Traktion durch static.flickr
- 3. Schienensystem von Conductix
- Gleichstrom-Elektrifizierungssystem von bahntechnisch
- Wechselstrom-Elektrifizierungssystem von Hesston
- Einphasiges bis dreiphasiges oder Kando-System von bahntechnisch
