Электрификация железных дорог трехфазным переменным током - Three-phase AC railway electrification
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]
- В Каскадный тоннель из Великая Северная железная дорога.[4]
- В Ферровия делла Вальтеллина в Италии.[5]
- В Джови вокзал между Генуя и Понтедечимо в Италии.[6]
- Итальянская часть линии Мон-Сени Турин – Модан
- Многие другие направления в Северной Италии
- Линия Санта-Фе - Гергал в Испании.[3]
- В Железная дорога Бургдорф-Тун в Switerland
- В Симплон Туннель между Швейцарией и Италией.[7]
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
- В Железнодорожная эстакада Корковадо в Рио де Жанейро Бразилия.
- В Горнергратбан в Швейцарии.
- В Юнгфраубан в Швейцарии.
- В Petit train de la Rhune во Франции, все еще используя оригинальные локомотивы 1912 г.
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.
- Разные, Сименс Заводские опыты 1892
- 200 В / 25 Гц Панамский канал 1915
- 350 В / 40 Гц Лугано трамвай 1895
- 460 В / 60 Гц Управление Панамского канала, дата неизвестна
- 500 В / ?? Гц Ганц Заводской эксперимент 1896 г.
- 550 В / 40 Гц Горнергратбан, при открытии, 1898 г.
- 725 В / 50 Гц Горнергратбан, ток
- 750 В / 40 Гц Железная дорога Бургдорф-Тун, 1899–1933
- 750 В / 40 Гц Железная дорога Hasle-Rüegsau-Langnau, 1919–1932
- 1,125 В / 50 Гц Юнгфрау вокзал
- 3000 В / 15 Гц Ферровия делла Вальтеллина 1902 - 1917
- 3300 В / 16,7 Гц Galleria del Sempione, SBB 1906 - 1930
- 3000 В / 15,8 Гц Valtellina FS 1917-1930
- 3600 В / 16,7 Гц Valtellina FS 1930 - 1953
- 3600 В / 16,7 Гц Генуя-Турин, Галерея Турин-Фрежюс-Модан (F) и другие линии в Пьемонте и Лигурии с 1910 по 1976 год
- 3600 В / 16,7 Гц Тренто-Больцано-Бреннеро, Больцано-Мерано FS 1929-1965
- 3600 В / 16,7 Гц Генуя-Ла-Специя и Форново, 1926-1948 гг.
- 3600 В / 16,7 Гц Сондрио-Тирано (Ферровия Альта Вальтеллина )
- 5200 В / 25 Гц Gergal-SantaFe FC Sur - Spagna
- Каскадный диапазон 6600 В / 25 Гц, Великая Северная железная дорога (США), 1909 - 1927
- Эксперименты на 7000 В / 50 Гц, Турин-Буссолено, FS 1927 - 1928 гг.
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
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]
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
- Трехфазная электрическая мощность
- Система электрификации железной дороги # Полифазные системы переменного тока
- Категория: Электровозы трехфазного переменного тока
Сноски
- ^ Миддлтон (1974), п. 156.
- ^ а б Мерс и Нил (1933), п. 630-631, п.919
- ^ а б Берч (1923), п. 133.
- ^ Берч (1923), п. 349.
- ^ Берч (1923), п. 339.
- ^ Берч (1923), п. 342.
- ^ Берч (1923), п. 346.
- ^ Старр (1953), п. 347.
- ^ Миддлтон (1974), п. 161.
- ^ Макколл (1930), п. 412.
- ^ Макколл (1930), п. 423-424.
- ^ 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