การขนส่งไฟฟ้าในเมืองและระหว่างเมืองได้รับพลังงานอย่างไร?

การขนส่งไฟฟ้าในเมืองและระหว่างเมืองกลายเป็นคุณลักษณะที่คุ้นเคยในชีวิตประจำวันสำหรับคนสมัยใหม่ เราหยุดคิดมานานแล้วว่าการขนส่งนี้หาอาหารได้อย่างไร ทุกคนรู้ว่ารถยนต์เต็มไปด้วยน้ำมันรถจักรยานถูกเหยียบโดยนักปั่นจักรยาน แต่การขนส่งผู้โดยสารประเภทไฟฟ้าจะป้อนอย่างไร: รถราง รถราง รถไฟโมโนเรล รถไฟใต้ดิน รถไฟฟ้า หัวรถจักรไฟฟ้า พลังงานขับเคลื่อนถูกส่งไปยังพวกเขาที่ไหนและอย่างไร? มาพูดถึงเรื่องนี้กันเถอะ

รถราง

ในสมัยก่อน ระบบเศรษฐกิจแบบรถรางใหม่แต่ละแห่งถูกบังคับให้มีสถานีไฟฟ้าของตนเอง เนื่องจากโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเพียงพอ ในศตวรรษที่ 21 พลังงานสำหรับเครือข่ายรถรางนั้นมาจากเครือข่ายอเนกประสงค์

พลังงานได้มาจากไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำ (550 V) ซึ่งไม่ประหยัดสำหรับการส่งทางไกลด้วยเหตุนี้สถานีย่อยการลากจึงตั้งอยู่ใกล้กับเส้นทางรถรางซึ่งกระแสสลับจากเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงจะถูกแปลงเป็นกระแสตรง (ด้วยแรงดันไฟฟ้า 600 V) สำหรับเครือข่ายการติดต่อของรถราง ในเมืองที่ทั้งรถรางและรถรางวิ่ง โดยทั่วไปแล้วโหมดการขนส่งเหล่านี้จะช่วยประหยัดพลังงานโดยรวม

ในอาณาเขตของอดีตสหภาพโซเวียต มีแผนการเดินรถสองทางสำหรับรถรางและรถราง: แบบรวมศูนย์และแบบกระจายอำนาจ อันดับแรกมาที่ส่วนกลาง ในนั้นสถานีย่อยขนาดใหญ่ที่มีหน่วยแปลงหลายหน่วยให้บริการสายหรือสายที่อยู่ใกล้เคียงทั้งหมดซึ่งอยู่ห่างจากสถานีดังกล่าวไม่เกิน 2 กิโลเมตร สถานีย่อยประเภทนี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีเส้นทางรถราง (รถเข็น) หนาแน่น

ระบบการกระจายอำนาจเริ่มก่อตัวขึ้นหลังทศวรรษที่ 60 เมื่อรถราง รถราง รถไฟใต้ดินเริ่มปรากฏขึ้น เช่น จากใจกลางเมืองไปตามทางหลวงไปยังพื้นที่ห่างไกลของเมือง เป็นต้น

ที่นี่ สถานีย่อยกำลังแรงดึงต่ำที่มีตัวแปลงหนึ่งหรือสองยูนิตที่สามารถจ่ายได้สูงสุดสองส่วนของเส้นจะถูกติดตั้งทุกๆ 1-2 กิโลเมตรของเส้น โดยแต่ละส่วนปลายสามารถจ่ายได้โดยสถานีย่อยที่อยู่ติดกัน

ดังนั้น การสูญเสียพลังงานจึงน้อยลง เนื่องจากส่วนพลังงานสั้นลง นอกจากนี้ หากเกิดข้อผิดพลาดขึ้นที่สถานีย่อยแห่งใดแห่งหนึ่ง ส่วนของเส้นจะยังคงได้รับพลังงานจากสถานีย่อยที่อยู่ติดกัน

การติดต่อของรถรางกับสาย DC นั้นผ่านสำเนาบนหลังคารถ ซึ่งอาจเป็นสำเนาคัดลอก กึ่งคัดลอก แถบหรือส่วนโค้ง สายไฟเหนือศีรษะของรถรางมักจะแขวนได้ง่ายกว่ารางหากใช้บูม สวิตช์อากาศจะถูกจัดเรียงเหมือนบูมรถเข็น การไหลของกระแสมักจะผ่านรางสู่กราวด์

รถเข็น

ในรถบัสรถเข็น เครือข่ายการติดต่อถูกแบ่งโดยฉนวนส่วนออกเป็นส่วนแยก ซึ่งแต่ละส่วนเชื่อมต่อกับสถานีย่อยแรงดึงโดยใช้สายป้อน (เหนือศีรษะหรือใต้ดิน) วิธีนี้ช่วยให้สามารถปิดแต่ละส่วนเพื่อซ่อมแซมได้อย่างง่ายดายในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด หากเกิดข้อผิดพลาดกับสายไฟ คุณสามารถติดตั้งจัมเปอร์บนฉนวนเพื่อป้อนส่วนที่ได้รับผลกระทบจากส่วนที่อยู่ติดกัน (แต่นี่คือ โหมดผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับความเสี่ยงของการโอเวอร์โหลดของแหล่งจ่ายไฟ)

สถานีย่อยแรงดึงลดกระแสสลับแรงดันสูงจาก 6 เป็น 10 kV และแปลงเป็นกระแสตรงด้วยแรงดัน 600 โวลต์ แรงดันตกที่จุดใด ๆ ของเครือข่ายตามมาตรฐานไม่ควรเกิน 15%

เครือข่ายการติดต่อของรถรางแตกต่างจากของรถราง ที่นี่เป็นแบบสองสาย ไม่ใช้กราวด์เพื่อระบายกระแส ดังนั้นเครือข่ายนี้จึงซับซ้อนกว่า ตัวนำอยู่ห่างจากกันเล็กน้อยซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องมีการป้องกันอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษจากการเข้าใกล้และการลัดวงจรรวมถึงฉนวนที่จุดตัดของเครือข่ายรถรางระหว่างกันและกับเครือข่ายรถราง

ดังนั้นจึงมีการติดตั้งวิธีการพิเศษที่ทางแยกรวมถึงลูกศรที่จุดทางแยก นอกจากนี้ยังมีการรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้บางส่วนซึ่งป้องกันไม่ให้สายไฟซ้อนทับกันในสายลม นั่นเป็นเหตุผลที่มีการใช้แท่งเพื่อจ่ายไฟให้กับรถเข็น — อุปกรณ์อื่นๆ ไม่ยอมให้เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ทั้งหมด

รถเข็นบูมมีความไวต่อคุณภาพของโซ่ เนื่องจากข้อบกพร่องใดๆ ในนั้นอาจนำไปสู่การกระโดดของบูมได้ มีบรรทัดฐานตามที่มุมแตกหักที่จุดยึดของแท่งไม่ควรเกิน 4 °และเมื่อหมุนที่มุมมากกว่า 12 °จะมีการติดตั้งตัวยึดโค้ง รองเท้าเลื่อนวิ่งบนลวดและไม่สามารถหมุนได้ด้วยรถเข็น ดังนั้นจำเป็นต้องใช้ลูกศรที่นี่

แทร็กเดียว

รถไฟโมโนเรลเพิ่งเปิดให้บริการในหลายเมืองทั่วโลก เช่น ลาสเวกัส มอสโก โตรอนโต เป็นต้น สามารถพบได้ในสวนสนุก สวนสัตว์ โมโนเรลใช้สำหรับเที่ยวชมสถานที่ในท้องถิ่น และแน่นอนว่าสำหรับการสื่อสารในเมืองและชานเมือง

ล้อของรถไฟดังกล่าวไม่ใช่เหล็กหล่อ แต่เป็นเหล็กหล่อ ล้อเพียงแค่นำรถไฟโมโนเรลไปตามคานคอนกรีต ซึ่งเป็นรางที่มีรางและราง (รางสัมผัส) ของแหล่งจ่ายไฟ

โมโนเรลบางประเภทได้รับการออกแบบให้วางบนราง คล้ายกับคนนั่งบนหลังม้า โมโนเรลบางขบวนจะห้อยลงมาจากคานด้านล่าง คล้ายกับโคมไฟขนาดยักษ์บนเสา แน่นอนว่าโมโนเรลมีขนาดกะทัดรัดกว่ารถไฟทั่วไป แต่มีราคาแพงกว่าในการสร้าง

รางเดี่ยวบางรางไม่ได้มีแค่ล้อเท่านั้น แต่ยังรองรับเพิ่มเติมตามสนามแม่เหล็กอีกด้วย ตัวอย่างเช่น โมโนเรลของมอสโกวิ่งอย่างแม่นยำบนเบาะแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ในสต็อกกลิ้ง และมีแม่เหล็กถาวรในผืนผ้าใบของคานนำทาง

ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในแม่เหล็กไฟฟ้าของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ รถไฟโมโนเรลเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือข้างหลังตามหลักการผลักขั้วแม่เหล็กที่มีชื่อเดียวกัน นี่คือวิธีการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้น

นอกจากล้อยางแล้ว รถไฟโมโนเรลยังมีรางสัมผัสที่ประกอบด้วยองค์ประกอบนำกระแสสามส่วน ได้แก่ บวก ลบ และกราวด์ แรงดันไฟฟ้าของโมโนเรลลิเนียร์มอเตอร์มีค่าคงที่เท่ากับ 600 โวลต์

ใต้ดิน

รถไฟใต้ดินไฟฟ้าได้รับกระแสไฟฟ้าจากเครือข่ายไฟฟ้ากระแสตรง - ตามกฎแล้วจากรางที่สาม (สัมผัส) ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 750-900 โวลต์ รับกระแสตรงในสถานีย่อยจากกระแสสลับโดยใช้วงจรเรียงกระแส

การสัมผัสของรถไฟกับรางสัมผัสนั้นทำผ่านตัวสะสมกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ได้ รถบัสติดต่อตั้งอยู่ทางด้านขวาของแทร็ก ตัวสะสมปัจจุบัน (ที่เรียกว่า «แพนโทกราฟ») ตั้งอยู่บนโบกี้ของแคร่และถูกกดเข้ากับบัสสัมผัสจากด้านล่าง เครื่องหมายบวกอยู่บนรางสัมผัส เครื่องหมายลบอยู่บนรางรถไฟ

นอกจากกระแสไฟแล้ว กระแส "สัญญาณ" อ่อนยังไหลไปตามรางซึ่งจำเป็นสำหรับการปิดกั้นและเปลี่ยนสัญญาณไฟจราจรโดยอัตโนมัติ แทร็กยังส่งข้อมูลไปยังห้องโดยสารของคนขับเกี่ยวกับสัญญาณไฟจราจรและความเร็วที่อนุญาตของรถไฟใต้ดินในส่วนนั้น

รถจักรไฟฟ้า

รถจักรไฟฟ้าเป็นรถจักรที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ลาก เครื่องยนต์ของหัวรถจักรไฟฟ้าได้รับพลังงานจากสถานีย่อยแรงดึงผ่านเครือข่ายการติดต่อ

ชิ้นส่วนไฟฟ้าของหัวรถจักรไฟฟ้าโดยทั่วไปไม่ได้มีเพียงมอเตอร์ลากเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า ตลอดจนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อมอเตอร์กับเครือข่าย เป็นต้น อุปกรณ์ปัจจุบันของหัวรถจักรไฟฟ้าตั้งอยู่บนหลังคาหรือบนฝาครอบ และออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ากับเครือข่ายผู้ติดต่อ

การรวบรวมกระแสจากเส้นเหนือศีรษะมีให้โดยคัดลอกบนหลังคา หลังจากนั้นกระแสจะถูกป้อนผ่านบัสบาร์และบุชชิ่งไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้า บนหลังคาของหัวรถจักรไฟฟ้ายังมีอุปกรณ์สวิตช์: สวิตช์อากาศ, สวิตช์สำหรับประเภทปัจจุบันและตัวแยกการเชื่อมต่อสำหรับตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายในกรณีที่คัดลอกทำงานผิดปกติ ผ่านรถบัส กระแสจะถูกป้อนไปยังอินพุตหลัก ไปยังอุปกรณ์แปลงและควบคุม มอเตอร์ลากจูงและเครื่องจักรอื่นๆ จากนั้นไปยังชิ้นส่วนล้อและผ่านไปยังราง ลงสู่พื้น

การควบคุมแรงดึงและความเร็วของหัวรถจักรไฟฟ้าทำได้โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าในกระดองของมอเตอร์และโดยการเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์การกระตุ้นของมอเตอร์สะสมหรือโดยการปรับความถี่และแรงดันของกระแสจ่ายของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำได้หลายวิธี ในขั้นต้นบนหัวรถจักรไฟฟ้ากระแสตรงมอเตอร์ทั้งหมดเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์หนึ่งตัวบนหัวรถจักรไฟฟ้าแปดเพลาคือ 375 V โดยมีแรงดันไฟฟ้าที่ 3 kV

กลุ่มของมอเตอร์ฉุดสามารถเปลี่ยนจากการเชื่อมต่อแบบอนุกรม — เป็นแบบขนาน (2 กลุ่มของมอเตอร์ 4 ตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม จากนั้นแรงดันไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์แต่ละตัวคือ 750 V) หรือเป็นแบบขนาน (4 กลุ่มของมอเตอร์ 2 ตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม จากนั้น แรงดันไฟฟ้านี้สำหรับมอเตอร์หนึ่งตัว — 1500 V) และเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าระดับกลางของมอเตอร์ กลุ่มของรีโอสแตตจะถูกเพิ่มเข้าไปในวงจร ซึ่งทำให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าได้ทีละ 40-60 V แม้ว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่การสูญเสียกระแสไฟฟ้าบางส่วนบนรีโอสแตตใน รูปแบบของความร้อน

ตัวแปลงพลังงานภายในหัวรถจักรไฟฟ้าจำเป็นต้องเปลี่ยนประเภทของกระแสไฟฟ้าและลดแรงดันไฟฟ้าของสายโซ่ให้เป็นค่าที่ต้องการซึ่งตรงตามข้อกำหนดของมอเตอร์ฉุด เครื่องเสริม และวงจรอื่น ๆ ของหัวรถจักรไฟฟ้า การแปลงจะทำบนกระดานโดยตรง

บนหัวรถจักรไฟฟ้ากระแสสลับ มีหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดึงเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า เช่นเดียวกับวงจรเรียงกระแสและเครื่องปฏิกรณ์ที่ปรับให้เรียบเพื่อรับไฟฟ้ากระแสตรงจากไฟฟ้ากระแสสลับ สามารถติดตั้งตัวแปลงแรงดันคงที่และกระแสไฟเข้ากับเครื่องเสริมกำลังได้ บนตู้รถไฟไฟฟ้าที่มีไดรฟ์แบบอะซิงโครนัสของกระแสทั้งสองประเภทจะใช้ตัวแปลงแรงฉุดซึ่งแปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับด้วยแรงดันและความถี่ที่ควบคุมซึ่งป้อนเข้ามอเตอร์ฉุด

รถไฟฟ้า

รถไฟฟ้าหรือรถไฟฟ้าในรูปแบบคลาสสิกรับกระแสไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของสำเนาผ่านสายสัมผัสหรือรางสัมผัสไม่เหมือนหัวรถจักรไฟฟ้าตรงที่ตู้สะสมของรถไฟฟ้าจะอยู่ทั้งบนรถมอเตอร์ไซต์และบนรถพ่วง

หากจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับรถลากจูง รถจะถูกจ่ายไฟผ่านสายเคเบิลพิเศษ นักสะสมปัจจุบันมักจะอยู่ด้านบนจากสายสัมผัสซึ่งดำเนินการโดยนักสะสมในรูปแบบของการคัดลอก (คล้ายกับสายรถราง)

โดยปกติแล้ว คอลเลคชันปัจจุบันเป็นแบบเฟสเดียว แต่ก็มีแบบสามเฟสเช่นกัน เมื่อรถไฟฟ้าใช้สำเนาของการออกแบบพิเศษสำหรับการสัมผัสแยกจากสายไฟหรือรางสัมผัสหลายสาย (เมื่อมาถึงสถานีรถไฟใต้ดิน)

อุปกรณ์ไฟฟ้าของรถไฟฟ้าขึ้นอยู่กับประเภทของกระแสไฟฟ้า (มีไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือรถไฟฟ้าสองระบบ) ประเภทของมอเตอร์ฉุดลาก (ตัวสะสมหรืออะซิงโครนัส) การมีหรือไม่มีเบรกไฟฟ้า

โดยหลักการแล้ว อุปกรณ์ไฟฟ้าของรถไฟฟ้าจะคล้ายกับอุปกรณ์ไฟฟ้าของตู้รถไฟไฟฟ้า อย่างไรก็ตามในรถไฟฟ้าส่วนใหญ่จะติดตั้งไว้ใต้ตัวถังและบนหลังคารถเพื่อเพิ่มพื้นที่โดยสารภายใน หลักการของการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ของรถไฟฟ้าจะเหมือนกับหัวรถจักรไฟฟ้า