Электрификация железных дорог трехфазным переменным током - Three-phase AC railway electrification

Тренируйтесь с использованием многофазной системы электрификации на Petit train de la Rhune, Франция

Электрификация железных дорог трехфазным переменным током использовался в Италии, Швейцарии и США в начале двадцатого века. Италия была основным пользователем с 1901 по 1976 год, хотя линии, проходящие через два туннеля, также использовали эту систему; то Симплон Туннель между Швейцарией и Италией с 1906 по 1930 год (но не связан с итальянской системой), и Каскадный тоннель из Великая Северная железная дорога в Соединенных Штатах с 1909 по 1939 год. Первая линия стандартной колеи была в Швейцарии, из Бургдорфа в Тун (40 км или 25 миль), с 1899 по 1933 год.[1][2]

Преимущества

Система обеспечивает рекуперативное торможение с подачей энергии обратно в систему, поэтому особенно подходит для горных железных дорог (при условии, что сеть или другой локомотив на линии может принимать мощность). В локомотивах используются трехфазные асинхронные двигатели. Не имея щеток и коммутаторов, они требуют меньшего обслуживания. Ранние итальянские и швейцарские системы использовали низкую частоту (16⅔ Гц) и относительно низкое напряжение (3000 или 3600 вольт) по сравнению с более поздними системами переменного тока.

Недостатки

Воздушная проводка, обычно имеющая две отдельные воздушные линии и рельс для третьей фазы, была более сложной, а используемая низкая частота требовала отдельной системы генерации или преобразования и распределения. Скорость поезда была ограничена одной-четырьмя скоростями, при этом две или четыре скорости были получены путем переключения полюсов, каскадного режима или обоих.

Исторические системы

Ниже приводится список железных дорог, которые использовали этот метод электрификации в прошлом:[3]

Текущие системы

В настоящее время система используется только на железных дорогах эстакады, где воздушная проводка менее сложна и ограничения на доступные скорости менее важны. Современные двигатели и их системы управления избегают фиксированных скоростей традиционных систем, поскольку они построены с твердотельными преобразователями.

Четыре существующие в настоящее время такие железные дороги

Все используют стандартную частоту (50 Гц или 60 Гц (Бразилия)), а не низкую частоту, от 725 до 3000 вольт.

Напряжение и частота

В этом списке показаны напряжение и частота, используемые в различных системах, как прошлые, так и текущие. Это не полное.

Конвертерные системы

Эта категория не распространяется на железные дороги с однофазным (или постоянным) питанием, которое преобразовано в трехфазное на локомотиве или силовом вагоне. например, большая часть железнодорожного оборудования 1990-х годов и ранее с твердотельными преобразователями. Система Кандо 1930-х годов, разработанная Кальман Кандо на Ганц Работы, и используется в Венгрии и Италии, используется вращающиеся фазовые преобразователи на локомотиве, чтобы преобразовать однофазное питание в три фазы, как и система разделения фаз на Норфолк и Западная железная дорога В Соединенных Штатах.

Локомотивы

FS класс E.550 (Италия 1906–65)
FS класс E330 (Италия, 1914–63). Обратите внимание на длинные носовые коллекторы с точками захвата на дальних концах локомотива.

Обычно локомотивы имели один, два или четыре двигателя на шасси (не на тележках) и не требовали передачи. В асинхронные двигатели предназначены для работы с определенной синхронной скоростью, и когда они превышают синхронную скорость на спуске, мощность возвращается в систему. Работа с переключением полюсов и каскадом (конкатенацией) использовалась для обеспечения двух или четырех различных скоростей и сопротивлений (часто жидкие реостаты ) были необходимы для запуска. В Италии грузовые локомотивы использовали простой каскад с двумя скоростями, 25 и 50 км / ч (16 и 31 миль в час); в то время как экспресс-локомотивы использовали каскад в сочетании с переключением полюсов, дающий четыре скорости: 37, 50, 75 и 100 км / ч (23, 31, 46 и 62 миль в час).[2] При использовании 3000 или 3600 вольт при 16⅔ (16,7) Гц питание может подаваться непосредственно на двигатель без бортового трансформатора.

Как правило, двигатель (-ы) питает одну ось, а другие колеса соединены шатунами, поскольку асинхронный двигатель чувствителен к колебаниям скорости, а с несвязанными двигателями на нескольких осях двигатели на изношенных колесах будут мало работать или даже не работать. так как они будут вращаться быстрее.[8] Эта характеристика двигателя привела к тому, что в Каскадном туннеле произошла авария с грузовым поездом GN, направлявшимся на восток, с четырьмя электровозами, двумя на головке и двумя толкающими. Два толкача внезапно потеряли мощность, и поезд постепенно замедлился до остановки, но инженер ведущего подразделения не знал, что его поезд остановился, и удерживал контроллер в положении включения питания до тех пор, пока не истекло обычное время для перехода через туннель. Не видя дневного света, он, наконец, выключил локомотив и обнаружил, что колеса его неподвижного локомотива прошли через две трети полотна рельса.[9]

Воздушная проводка

Обычно используются два отдельных воздушных провода, с шиной для третьей фазы, хотя иногда используются три воздушных провода. На стыках, пересечениях и пересечениях две линии должны быть отделены друг от друга с непрерывным питанием локомотива, который должен иметь два токоведущих проводника везде, где он останавливается. Следовательно, используются два коллектора на одну фазу верхнего потока, но необходимо избегать возможности замыкания мертвой части и возникновения короткого замыкания от переднего коллектора одной фазы к заднему коллектору другой фазы.[10] Сопротивление шин, используемых для третьей фазы или возврата, выше для переменного тока, чем для постоянного тока из-за "скин эффект ", но ниже для используемой низкой частоты, чем для промышленной частоты. Потери также увеличиваются, хотя и не в той же пропорции, поскольку импеданс в значительной степени является реактивным.[11]

3 фазы пантограф на Железнодорожная эстакада Корковадо тренироваться в Бразилия

Локомотив должен получать питание от двух (или трех) воздушных проводов. Ранние локомотивы на итальянских государственных железных дорогах использовали широкий коллекционер луков которые покрывали оба провода, но в более поздних локомотивах использовался широкий пантограф с двумя коллекторными стержнями, расположенными рядом. Трехфазная система также склонна к большим продольным зазорам между секциями из-за сложности двухпроводных воздушных линий, поэтому требуется длинное основание датчика. В Италии это было достигнуто с помощью длинных носовых коллекторов, доходящих прямо до концов локомотива, или с помощью пары пантографов, также установленных как можно дальше друг от друга.[12]

В США пара опоры для тележек были использованы. Они хорошо работали с максимальной скоростью 15 миль в час (24 км / ч). Двойной проводник пантограф Система используется на четырех горных железных дорогах, которые продолжают использовать трехфазное питание (Железнодорожная эстакада Корковадо в Рио-де-Жанейро, Бразилия, Юнгфраубан и Горнергратбан в Швейцарии и Petit train de la Rhune во Франции).

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Миддлтон (1974), п. 156.
  2. ^ а б Мерс и Нил (1933), п. 630-631, п.919
  3. ^ а б Берч (1923), п. 133.
  4. ^ Берч (1923), п. 349.
  5. ^ Берч (1923), п. 339.
  6. ^ Берч (1923), п. 342.
  7. ^ Берч (1923), п. 346.
  8. ^ Старр (1953), п. 347.
  9. ^ Миддлтон (1974), п. 161.
  10. ^ Макколл (1930), п. 412.
  11. ^ Макколл (1930), п. 423-424.
  12. ^ Холлингсворт и Кук (2000) С. 56–57.

Рекомендации

  • Берч, Эдвард Пэррис (1911). Электротяга для поездов. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. OCLC  854497122.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Корноло, Джованни; Gut, Мартин (2000). Альбертелли, Эрманно (ред.). Ferrovie trifasi nel mondo, 1895-2000 гг. [Трехфазные железные дороги в мире] (на итальянском). Парма. ISBN  978-8887372106.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Холлингсуорт, Брайан; Кук, Артур (2000). «Класс Е432 1-Д-1». Современные локомотивы. С. 56–57. ISBN  0-86288-351-2.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Калла-Бишоп, П. (1971). Итальянские железные дороги (История железных дорог мира). Англия: Дэвид и Чарльз. ISBN  978-0715351680.CS1 maint: ref = harv (связь) п. 98
  • Макколл, Уильям Толме (1930) [1923]. Переменный ток: электротехника (2-е изд.). Кембридж: University Tutorial Press.CS1 maint: ref = harv (связь) стр. 412–3 и 423–5
  • Meares, J.W .; Нил, Р. (1933). Электротехническая практика. Том III. Лондон: Чепмен и Холл. КАК В  B00N997B1K.CS1 maint: ref = harv (связь) стр. 542–3 (параграф 872) и стр. 630–1 (параграф 919)
  • Миддлтон, Уильям Д. (1974). Когда электрифицировали паровые железные дороги. Милуоки: Kalmbach Publishing Co. ISBN  0-89024-028-0.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Миддлтон, Уильям Д. (март 2002 г.). Когда электрифицировали паровые железные дороги (2-е изд.). Блумингтон, Индиана: Издательство Индианского университета. ISBN  978-0-253-33979-9.
  • Старр, Артур Тиссо (1953) [1937]. Производство, передача и использование электроэнергии (3-е изд.). Лондон: Питман. OCLC  11069538.CS1 maint: ref = harv (связь) 347 с.

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Трехфазная электрификация в Wikimedia Commons