איך תחבורה חשמלית עירונית ובין עירונית מקבלת אנרגיה?
תחבורה חשמלית עירונית ובין-עירונית הפכה לתכונות מוכרות בחיי היומיום של האדם המודרני. כבר מזמן הפסקנו לחשוב איך התחבורה הזו מקבלת את מזונו. כולם יודעים שמכוניות מלאות בבנזין, אופניים מדוושים על ידי רוכבי אופניים. אבל איך מוזנים סוגים חשמליים של תחבורה נוסעים: חשמליות, טרוליבוסים, רכבות מונורייל, רכבות תחתיות, רכבות חשמליות, קטרים חשמליים? היכן ואיך מסופקת להם אנרגיית ההנעה? בוא נדבר על זה.
חַשְׁמַלִית
בימים עברו, כל כלכלת חשמלית חדשה נאלצה להחזיק בתחנת כוח משלה, שכן רשתות החשמל הציבוריות עדיין לא היו מפותחות מספיק. במאה ה-21, החשמל לרשת החשמליות מסופק מרשתות למטרות כלליות.
הכוח מסופק על ידי זרם ישר במתח נמוך יחסית (550 וולט), מה שפשוט יהיה לא חסכוני לשידור למרחקים ארוכים.מסיבה זו, תחנות מתיחה ממוקמות בסמוך לקווי החשמלית, שם מומר זרם החילופין מרשת המתח הגבוה לזרם ישר (במתח של 600 וולט) עבור רשת קשרי החשמלית. בערים בהן פועלים גם חשמליות וגם אוטובוסי טרולי, לאמצעי תחבורה אלה יש בדרך כלל חיסכון באנרגיה הכולל.
בשטחה של ברית המועצות לשעבר, קיימות שתי תוכניות להפעלת קווים עיליים עבור חשמליות וטרוליבוסים: ריכוזיות ומבוזרות. ראשון הגיע הריכוזי. בו, תחנות משיכה גדולות המצוידות במספר יחידות המרה שירתו את כל הקווים או הקווים השכנים הנמצאים במרחק של עד 2 קילומטרים מהם. תחנות משנה מסוג זה ממוקמות היום באזורים עם צפיפות גבוהה של נתיבי חשמלית (טרולי).
המערכת המבוזרת החלה להיווצר לאחר שנות ה-60, כאשר קווי חשמלית, טרוליבוסים, רכבות תחתיות החלו להופיע, למשל, ממרכז העיר לאורך הכביש המהיר, לאזור מרוחק של העיר וכו'.
כאן מותקנות בכל 1-2 קילומטרים של הקו תחנות משיכה בעלות הספק נמוך עם יחידת ממיר אחת או שתיים המסוגלות לספק לכל היותר שני מקטעים בקו, כאשר כל מקטע קצה יכול להיות מסופק על ידי תחנת משנה סמוכה.
לפיכך, הפסדי אנרגיה קטנים יותר, מכיוון שקטעי הכוח קצרים יותר. כמו כן, אם מתרחשת תקלה באחת מתחנות המשנה, קטע הקו יישאר מופעל מתחנת המשנה הסמוכה.
המגע של החשמלית עם קו DC הוא דרך פנטוגרף על גג המכונית שלה. זה יכול להיות פנטוגרף, חצי פנטוגרף, סרגל או קשת. בדרך כלל קל יותר לתלות את החוט העילי של קו החשמלית מאשר המסילה.אם נעשה שימוש בבום, מתגי האוויר מסודרים כמו בום עגלה. זרימת הזרם היא בדרך כלל דרך המסילות לאדמה.
טרוליבוס
באוטובוס טרולי, רשת המגעים מחולקת על ידי מבודדי מקטעים למקטעים מבודדים, שכל אחד מהם מחובר לתחנת המשנה באמצעות קווי הזנה (מעל או מתחת לאדמה). זה מאפשר בקלות לכבות חלקים בודדים לתיקון במקרה של תקלה. אם מתרחשת תקלה בכבל האספקה, אפשר להתקין מגשרים על המבודדים כדי להזין את החלק הפגוע מהחלק הסמוך (אבל זה מצב חריג הקשור לסיכון לעומס יתר של אספקת החשמל).
תחנת המשנה מפחיתה את זרם החילופין במתח גבוה מ-6 ל-10 קילוואט וממירה אותו לזרם ישר במתח של 600 וולט. ירידת המתח בכל נקודה של הרשת, על פי התקנים, לא צריכה להיות יותר מ-15%.
רשת הקשר של אוטובוס הטרולי שונה מזו של החשמלית. כאן זה דו-חוטי, האדמה לא משמשת לניקוז זרם, כך שהרשת הזו מורכבת יותר. המוליכים ממוקמים במרחק קטן אחד מהשני, ולכן נדרשת הגנה זהירה במיוחד מפני התקרבות וקצר, כמו גם בידוד בצמתים של רשתות טרוליבוסים זה עם זה ועם רשתות חשמליות.
לכן, אמצעים מיוחדים מותקנים בצמתים, כמו גם חיצים בנקודות הצומת. בנוסף, נשמר מתח מתכוונן כלשהו, שמונע מהחוטים לחפוף ברוח. זו הסיבה שבגללה משתמשים במוטות להנעת טרוליבוסים - מכשירים אחרים פשוט לא יאפשרו לעמוד בכל הדרישות הללו.
בום טרוליבוס רגיש לאיכות הצינור, שכן כל פגם בו עלול להוביל לקפיצת בום. ישנן נורמות לפיהן זווית השבירה בנקודת החיבור של המוט לא צריכה להיות יותר מ-4 מעלות, וכאשר מסתובבים בזווית של יותר מ-12 מעלות, מותקנים מחזיקים מעוקלים. נעל ההזזה פועלת על החוט ואינה ניתנת לסיבוב עם העגלה, ולכן יש צורך בחצים כאן.
מסלול יחיד
רכבות מונורייל פועלות לאחרונה בערים רבות ברחבי העולם: לאס וגאס, מוסקבה, טורונטו וכו'. ניתן למצוא אותם בפארקי שעשועים, בגני חיות, מונוריילים משמשים לטיולים מקומיים וכמובן לתקשורת עירונית ופרברית.
הגלגלים של רכבות כאלה אינם ברזל יצוק כלל, אלא ברזל יצוק. הגלגלים פשוט מובילים את רכבת המונורייל לאורך קורת בטון - המסילות שעליהן ממוקמים המסילה והקווים (מסילת המגע) של ספק הכוח.
יש מונוריילים המעוצבים בצורה כזו שהם מונחים על גבי מסילה, בדומה לאופן שבו אדם יושב על גבי סוס. כמה מונוריילים תלויים בקורה למטה, הדומים לפנס ענק על מוט. כמובן, מונורייל קומפקטי יותר מאשר מסילות ברזל קונבנציונליות, אבל הן יקרות יותר לבנייה.
לכמה מונוריילים יש לא רק גלגלים, אלא גם תמיכה נוספת המבוססת על שדה מגנטי. המונורייל במוסקבה, למשל, פועל בדיוק על כרית מגנטית שנוצרה על ידי אלקטרומגנטים. אלקטרומגנטים נמצאים במלאי המתגלגל, ויש מגנטים קבועים בבד של הקורה המנחה.
בהתאם לכיוון הזרם באלקטרומגנטים של החלק הנע, רכבת המונורייל נעה קדימה או אחורה לפי עקרון הדחייה של הקטבים המגנטיים באותו השם - כך פועל המנוע החשמלי הליניארי.
בנוסף לגלגלי הגומי, לרכבת המונורייל יש גם מסילת מגע המורכבת משלושה אלמנטים נושאי זרם: פלוס, מינוס וקרקע. מתח האספקה של המנוע הליניארי המונורייל קבוע, שווה ל-600 וולט.
תת קרקעי
רכבות רכבת תחתית חשמליות מקבלים את החשמל שלהם מרשת הזרם הישר - ככלל, מהמסילה השלישית (מגע), שהמתח שלה הוא 750-900 וולט. זרם ישר מתקבל בתחנות משנה מזרם חילופין באמצעות מיישרים.
המגע של הרכבת עם מסילת המגע נעשה באמצעות קולט זרם נייד. אוטובוס הקשר ממוקם מימין למסילה. האספן הנוכחי (מה שנקרא «פנטוגרף») ממוקם על הבוגי של הכרכרה ונלחץ על אוטובוס המגע מלמטה. הפלוס הוא על מסילת המגע, המינוס הוא על פסי הרכבת.
בנוסף לזרם הכוח, זרם "אות" חלש זורם לאורך מסילות המסילה, הדרוש לחסימה והחלפה אוטומטית של רמזורים. המסילות גם מעבירות מידע לתא הנהג על אותות התנועה והמהירות המותרת של רכבת התחתית באותו קטע.
קטר חשמלי
קטר חשמלי הוא קטר המופעל על ידי מנוע מתיחה. המנוע של הקטר החשמלי מקבל כוח מתחנת המשנה דרך רשת המגעים.
החלק החשמלי של קטר חשמלי מכיל בדרך כלל לא רק מנועי מתיחה, אלא גם ממירי מתח, וכן מכשירים המחברים מנועים לרשת וכו'. הציוד הנוכחי של קטר חשמלי ממוקם על הגג או על כיסוייו ונועד לחבר את הציוד החשמלי לרשת המגעים.
איסוף הזרם מהקו העילי מסופק על ידי פנטוגרפים על הגג, ולאחר מכן הזרם מועבר דרך הפסים והתותבים אל המכשירים החשמליים. על גג הקטר החשמלי ישנם גם אמצעי מיתוג: מתגי אוויר, מתגים לסוגי זרם ומנתקים לניתוק מהרשת במקרה של תקלה בפנטוגרף. דרך האוטובוסים, הזרם מוזרם לכניסה הראשית, למכשירי ההמרה והוויסות, למנועי המתיחה ולמכונות אחרות, ואז לחלקי הגלגלים ודרכם למסילות, לקרקע.
ויסות מאמץ המתיחה והמהירות של הקטר החשמלי מושגת על ידי שינוי המתח באבזור המנוע ועל ידי שינוי מקדם העירור של מנועי קולט או על ידי התאמת התדירות והמתח של זרם האספקה של מנועים אסינכרוניים.
ויסות מתח נעשה בכמה דרכים. בתחילה, בקטר חשמלי בזרם ישר, כל המנועים שלו מחוברים בסדרה, והמתח של מנוע אחד בקטר חשמלי בעל שמונה סרנים הוא 375 וולט, עם מתח קטנארי של 3 קילו וולט.
ניתן להחליף קבוצות של מנועי מתיחה מחיבור סדרתי - לסדרה-מקביל (2 קבוצות של 4 מנועים מחוברים בסדרה, ואז המתח לכל מנוע הוא 750 וולט), או להקביל (4 קבוצות של 2 מנועים מחוברים בסדרה, ואז מתח זה עבור מנוע אחד - 1500 V). וכדי להשיג מתחי ביניים של המנועים, מתווספות למעגל קבוצות של ריאוסטטים, מה שמאפשר להתאים את המתח בשלבים של 40-60 וולט, אם כי זה מוביל לאובדן חלק מהחשמל על הריאוסטטים ב-. צורה של חום.
ממירי הספק בתוך הקטר החשמלי נחוצים כדי לשנות את סוג הזרם ולהוריד את מתח הזרימה לערכים הנדרשים העומדים בדרישות של מנועי מתיחה, מכונות עזר ומעגלים אחרים של הקטר החשמלי. ההמרה מתבצעת ישירות על הסיפון.
על קטרים חשמליים AC, מסופק שנאי מתיחה להפחתת המתח הגבוה המבוא, כמו גם מיישר וכורי החלקה כדי לקבל DC מ-AC. ניתן להתקין ממירי מתח וזרם סטטיים להפעלת מכונות עזר. על קטרים חשמליים עם הנעה אסינכרונית של שני סוגי הזרם, משתמשים בממירי מתיחה, הממירים זרם ישר לזרם חילופין עם מתח ותדר מווסתים, המוזנים למנועי המתיחה.
רכבת חשמלית
רכבת חשמלית או רכבת חשמלית בצורה הקלאסית מקבלת חשמל בעזרת פנטוגרפים דרך חוט מגע או מסילת מגע.בניגוד לקטר חשמלי, האספנים של הרכבות החשמליות ממוקמים הן על קרונות מנוע והן על נגררים.
אם הזרם מסופק למכוניות הנגררות, המכונית מופעלת באמצעות כבלים מיוחדים. קולט הזרם נמצא בדרך כלל למעלה, מחוט המגע, הוא מתבצע על ידי קולטים בצורה של פנטוגרפים (בדומה לקווי חשמלית).
לרוב, אוסף הזרם הוא חד פאזי, אך יש גם תלת פאזי, כאשר הרכבת החשמלית משתמשת בפנטוגרפים בעיצוב מיוחד למגע נפרד עם מספר חוטים או מסילות מגע (כאשר מדובר ברכבת התחתית).
הציוד החשמלי של הרכבת החשמלית תלוי בסוג הזרם (יש זרם ישר, זרם חילופין או רכבות חשמליות דו-מערכתיות), סוג מנועי המתיחה (קולטים או אסינכרוניים), נוכחות או היעדר בלימה חשמלית.
באופן עקרוני, הציוד החשמלי של רכבות חשמליות דומה לציוד החשמלי של קטרים חשמליים. עם זאת, ברוב דגמי הרכבות החשמליות הוא ממוקם מתחת למרכב ועל גגות הקרונות כדי להגדיל את מרווח הנוסעים בפנים. העקרונות של הנעת מנועי רכבת חשמליים זהים בערך לקטרים חשמליים.