Como o transporte elétrico urbano e interurbano obtém energia?

O transporte elétrico urbano e intermunicipal tornou-se um atributo familiar do cotidiano do homem moderno. Há muito que paramos de pensar em como esse transporte obtém sua comida. Todo mundo sabe que os carros são abastecidos com gasolina, as bicicletas são pedaladas por ciclistas. Mas como são alimentados os tipos elétricos de transporte de passageiros: bondes, trólebus, monotrilhos, metrôs, trens elétricos, locomotivas elétricas? Onde e como a energia motriz é fornecida a eles? Vamos conversar a respeito disso.

Eléctrico

Antigamente, cada nova economia de bonde era forçada a ter sua própria estação de energia, pois as redes elétricas públicas ainda não estavam suficientemente desenvolvidas. No século 21, a energia para a rede de bondes é fornecida por redes de uso geral.

A energia é fornecida por corrente contínua de tensão relativamente baixa (550 V), o que seria simplesmente antieconômico para transmissão de longa distância.Por esse motivo, as subestações de tração estão localizadas próximas às linhas do bonde, onde a corrente alternada da rede de alta tensão é convertida em corrente contínua (com tensão de 600 V) para a rede de contato do bonde. Em cidades onde operam bondes e trólebus, esses meios de transporte geralmente apresentam uma economia geral de energia.

No território da antiga União Soviética, existem dois esquemas de alimentação de linhas aéreas para bondes e trólebus: centralizado e descentralizado. Primeiro veio o centralizado. Nele, grandes subestações de tração equipadas com várias unidades conversoras atendiam a todas as linhas vizinhas ou localizadas a uma distância de até 2 quilômetros delas. As subestações desse tipo estão hoje localizadas em áreas com alta densidade de rotas de bonde (bonde).

O sistema descentralizado começou a se formar a partir dos anos 60, quando começaram a surgir linhas de bonde, trólebus, metrô, por exemplo, do centro da cidade ao longo da rodovia, até uma área remota da cidade, etc.

Aqui, subestações de tração de baixa potência com uma ou duas unidades conversoras capazes de fornecer no máximo dois trechos da linha são instaladas a cada 1-2 quilômetros da linha, cada trecho final podendo ser alimentado por uma subestação adjacente.

Assim, as perdas de energia são menores, pois os trechos de potência são mais curtos. Além disso, se ocorrer uma falta em uma das subestações, o trecho da linha permanecerá energizado pela subestação adjacente.

O contato do bonde com a linha DC é feito através de um pantógrafo no teto de seu vagão. Pode ser um pantógrafo, semipantógrafo, barra ou arco. O fio aéreo da linha do bonde geralmente é mais fácil de pendurar do que o trilho.Se for usada uma barra, os interruptores de ar são dispostos como barras de carrinho. O fluxo de corrente é geralmente através dos trilhos para o solo.

Trólebus

Em um trólebus, a rede de contato é dividida por isoladores de seção em segmentos isolados, cada um dos quais conectado à subestação de tração por meio de linhas de alimentação (aéreas ou subterrâneas). Isso permite facilmente desligar seções individuais para reparo em caso de falha. Se ocorrer uma falha no cabo de alimentação, é possível instalar jumpers nos isoladores para alimentar a seção afetada da adjacente (mas isso é um modo anormal associado ao risco de sobrecarga da fonte de alimentação).

A subestação de tração reduz a corrente alternada de alta tensão de 6 para 10 kV e a converte em corrente contínua com uma tensão de 600 volts. A queda de tensão em qualquer ponto da rede, segundo as normas, não deve ser superior a 15%.

A rede de contato do trólebus difere da do bonde. Aqui é dois fios, o terra não é usado para drenar corrente, então essa rede é mais complexa. Os condutores estão localizados a uma pequena distância um do outro, razão pela qual é necessária uma proteção particularmente cuidadosa contra aproximação e curto-circuito, bem como isolamento nas interseções das redes de trólebus entre si e com as redes de bondes.

Portanto, meios especiais são instalados nas interseções, bem como setas nos pontos de junção. Além disso, alguma tensão ajustável é mantida, o que evita que os fios se sobreponham ao vento. É por isso que as hastes são usadas para alimentar os trólebus - outros dispositivos simplesmente não permitem que todos esses requisitos sejam atendidos.

As lanças dos trólebus são sensíveis à qualidade da catenária, pois qualquer defeito nela pode ocasionar o salto da lança. Existem normas segundo as quais o ângulo de quebra no ponto de fixação da haste não deve ser superior a 4 ° e, ao girar em um ângulo superior a 12 °, são instalados suportes curvos. A sapata deslizante corre no fio e não pode ser girada com o carrinho, então as setas são necessárias aqui.

Faixa única

Os trens do monotrilho estão operando recentemente em muitas cidades ao redor do mundo: Las Vegas, Moscou, Toronto, etc. Eles podem ser encontrados em parques de diversões, zoológicos, monotrilhos são usados ​​para passeios turísticos locais e, claro, para comunicações urbanas e suburbanas.

As rodas desses trens não são de ferro fundido, mas de ferro fundido. As rodas simplesmente guiam o trem do monotrilho ao longo de uma viga de concreto - os trilhos nos quais estão localizados os trilhos e as linhas (o trilho de contato) da fonte de alimentação.

Alguns monotrilhos são projetados de forma que sejam colocados em cima de um trilho, semelhante a como uma pessoa se senta em cima de um cavalo. Alguns monotrilhos são suspensos por uma viga abaixo, lembrando uma lanterna gigante em um poste. Claro, os monotrilhos são mais compactos do que as ferrovias convencionais, mas são mais caros de construir.

Alguns monotrilhos não têm apenas rodas, mas também suporte adicional baseado em um campo magnético. O monotrilho de Moscou, por exemplo, corre precisamente sobre uma almofada magnética criada por eletroímãs. Os eletroímãs estão no material rodante e há ímãs permanentes na tela do feixe-guia.

Dependendo da direção da corrente nos eletroímãs da parte móvel, o trem do monotrilho avança ou recua de acordo com o princípio da repulsão dos pólos magnéticos de mesmo nome - é assim que funciona o motor elétrico linear.

Além das rodas de borracha, o trem monotrilho também possui um trilho de contato composto por três elementos condutores de corrente: positivo, negativo e terra. A tensão de alimentação do motor linear monotrilho é constante, igual a 600 volts.

Subterrâneo

Os trens elétricos do metrô recebem sua eletricidade da rede de corrente contínua - via de regra, do terceiro trilho (de contato), cuja voltagem é de 750-900 volts. A corrente contínua é obtida em subestações de corrente alternada usando retificadores.

O contato do trem com o trilho de contato é feito através de um coletor de corrente móvel. O barramento de contato está localizado à direita dos trilhos. O coletor de corrente (o chamado «Pantógrafo») está localizado no bogie do carro e é pressionado contra o barramento de contato por baixo. O positivo está no trilho de contato, o negativo está nos trilhos do trem.

Além da corrente de energia, uma fraca corrente de "sinal" flui ao longo dos trilhos da via, necessária para bloquear e comutar automaticamente os semáforos. Os trilhos também transmitem informações para a cabine do motorista sobre os sinais de trânsito e a velocidade permitida do trem do metrô naquele trecho.

locomotiva elétrica

Uma locomotiva elétrica é uma locomotiva movida por um motor de tração. O motor da locomotiva elétrica recebe energia da subestação de tração através da rede de contato.

A parte elétrica de uma locomotiva elétrica geralmente contém não apenas motores de tração, mas também conversores de tensão, bem como dispositivos que conectam motores à rede, etc. O equipamento atual de uma locomotiva elétrica está localizado no teto ou em suas tampas e é projetado para conectar o equipamento elétrico à rede de contato.

A coleta de corrente da linha aérea é fornecida por pantógrafos no telhado, após o que a corrente é alimentada através dos barramentos e buchas para os dispositivos elétricos. No teto da locomotiva elétrica também existem dispositivos de comutação: interruptores de ar, interruptores para tipos de corrente e seccionadores para desconectar da rede em caso de mau funcionamento do pantógrafo. Através dos ônibus, a corrente é fornecida à entrada principal, aos dispositivos conversores e reguladores, aos motores de tração e outras máquinas, depois às peças da roda e através delas aos trilhos, ao solo.

A regulação do esforço de tração e da velocidade da locomotiva elétrica é obtida alterando a tensão na armadura do motor e alterando o coeficiente de excitação dos motores coletores ou ajustando a frequência e a tensão da corrente de alimentação dos motores assíncronos.

A regulação de tensão é feita de várias maneiras. Inicialmente, em uma locomotiva elétrica de corrente contínua, todos os seus motores são conectados em série, e a tensão de um motor em uma locomotiva elétrica de oito eixos é de 375 V, com uma tensão catenária de 3 kV.

Grupos de motores de tração podem ser comutados de conexão em série - para paralelo em série (2 grupos de 4 motores conectados em série, então a tensão para cada motor é de 750 V) ou em paralelo (4 grupos de 2 motores conectados em série, então esta tensão para um motor — 1500 V). E para obter tensões intermediárias dos motores, grupos de reostatos são adicionados ao circuito, o que permite ajustar a tensão em etapas de 40-60 V, embora isso leve à perda de parte da eletricidade nos reostatos no forma de calor.

Os conversores de energia dentro da locomotiva elétrica são necessários para alterar o tipo de corrente e diminuir a tensão da catenária para os valores necessários que atendam aos requisitos dos motores de tração, máquinas auxiliares e outros circuitos da locomotiva elétrica. A conversão é feita diretamente a bordo.

Nas locomotivas elétricas CA, um transformador de tração é fornecido para reduzir a alta tensão de entrada, bem como um retificador e reatores de suavização para obter CC de CA. Conversores estáticos de tensão e corrente podem ser instalados para alimentar máquinas auxiliares. Nas locomotivas elétricas com acionamento assíncrono de ambos os tipos de corrente, são utilizados inversores de tração, que convertem corrente contínua em corrente alternada com tensão e frequência reguladas, que é alimentada aos motores de tração.

Trem elétrico

Um trem elétrico ou trem elétrico na forma clássica recebe eletricidade com a ajuda de pantógrafos por meio de um fio de contato ou trilho de contato.Ao contrário de uma locomotiva elétrica, os coletores de trens elétricos estão localizados tanto em automóveis quanto em reboques.

Se a corrente for fornecida aos carros rebocados, o carro será alimentado por cabos especiais. O coletor de corrente geralmente fica no topo, do fio de contato, é realizado por coletores em forma de pantógrafos (semelhantes às linhas de bonde).

Normalmente, a coleção atual é monofásica, mas também existe a trifásica, quando o trem elétrico utiliza pantógrafos de desenho especial para contato separado com vários fios ou trilhos de contato (quando se trata de metrô).

O equipamento elétrico do trem elétrico depende do tipo de corrente (existe corrente contínua, corrente alternada ou trens elétricos de dois sistemas), do tipo de motores de tração (coletor ou assíncrono), da presença ou ausência de frenagem elétrica.

Em princípio, o equipamento elétrico dos trens elétricos é semelhante ao equipamento elétrico das locomotivas elétricas. No entanto, na maioria dos modelos de trens elétricos, ele é colocado sob a carroceria e no teto dos vagões para aumentar o espaço interno para os passageiros. Os princípios de condução de motores de trens elétricos são aproximadamente os mesmos das locomotivas elétricas.