Электрификация железных дорог трехфазным переменным током

Поезд с использованием многофазной системы электрификации на поезде Petit de la Rhune , Франция.

Электрификация железных дорог трехфазным переменным током использовалась в Италии, Швейцарии и США в начале двадцатого века. Италия была основным пользователем с 1901 по 1976 год, хотя эта система также использовалась на линиях, проходящих через два туннеля; туннель Симплон между Швейцарией и Италией с 1906 по 1930 год (но не связанный с итальянской системой) и Каскадный туннель Великой Северной железной дороги в США с 1909 по 1939 год. Первая линия стандартной колеи проходила в Швейцарии из Бургдорфа. до Туна (40 км или 25 миль), с 1899 по 1933 год.

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 могут принять мощность). В локомотивах используются трехфазные асинхронные двигатели. Из-за отсутствия щеток и коллекторов они требуют меньшего обслуживания. Ранние итальянские и швейцарские системы использовали низкую частоту ( 16 + 2 ⁄ 3 Гц) и относительно низкое напряжение (3000 или 3600 вольт) по сравнению с более поздними системами переменного тока. (Однако как рекуперативное торможение, так и 16 + 2 ⁄ 3 Гц были успешно реализованы и для однофазных систем, например, для швейцарских Ce 6/8 II и III типа «Крокодил».)

Недостатки

Воздушная проводка, обычно имевшая две отдельные воздушные линии и шину 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, причем две или четыре скорости достигались за счет смены полюсов, каскадной работы или того и другого.

Исторические системы

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

• Каскадный тоннель Большой Северной железной дороги .
• Железная дорога Вальтеллина в Италии.
• Железная дорога Джови между Генуей и Понтедечимо в Италии.
• Итальянская часть линии Мон-Сени Турин–Модан .
• Многие другие линии в Северной Италии.
• Линия Санта-Фе — Гергал в Испании.
• Железная дорога Бургдорф -Тун в Швейцарии.
• Туннель Симплон между Швейцарией и Италией.

Текущие системы

Сегодня система в основном используется на зубчатых (горных) железных дорогах, 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 на твердотельных преобразователях.

Четыре нынешние такие железные дороги:

• Зубчатая железная дорога Корковадо в Рио-де-Жанейро, Бразилия.
• Горнергратбан в Швейцарии .
• Юнгфраубан . в Швейцарии
• Поезд Petit de la Rhune во Франции, до сих пор использующий оригинальные локомотивы 1912 года.

Все они используют стандартную частоту (50 Гц или 60 Гц (Бразилия)) вместо низкой частоты, используя напряжение от 725 до 3000 вольт.

Автоматизированный транзит по направляющим в Китае и Японии также может использовать трехфазную электрификацию через несколько третьих рельсов, расположенных сбоку от направляющих.

Напряжение и частота

В этом списке показаны напряжения и частоты, используемые в различных системах, исторических и текущих.

Два итальянских трехфазных локомотива класса Е.432.

В некоторых местах Италии трехфазная контактная сеть была переконфигурирована для работы по стандартной схеме электрификации постоянного тока на 3000 В в Италии, как показано здесь на несуществующей Сан-Лоренцо-аль-Маре станции в Лигурии в 1991 году (закрыта в 2001 году). Обычная контактная сеть постоянного тока находится слева, а реконфигурированная трехфазная контактная сеть - посередине и справа.

• Разное, Сименса , 1892 г. заводские эксперименты
• 200 В / 25 Гц Панамский канал , 1915 г.
• 350 В / 40 Гц Трамвай Лугано, 1895 г.
• 460 В / 60 Гц Управление Панамского канала, дата неизвестна
• 500 В / ??Гц Ганца , 1896 г. Эксперимент на заводе
• 550 В / 40 Гц Горнергратбан , при открытии, 1898 г.
• 600 В / 60 Гц Надземный поезд международного аэропорта Таоюань , при открытии, 2003 г.
• , 600 В / 50 Гц Линия LRT Букит Панджанг , открытие, 1999 г.
• Система APM 650 В / 50 Гц в Чжуцзяне , открытие, 2010 г.
• 725 В / 50 Гц Горнергратбан, ток
• 750 В / 40 Гц , 1899–1933 гг. Железная дорога Бургдорф-Тун ,
• 750 В / 40 Гц, железная дорога Хасле-Рюгзау-Лангнау , 1919–1932 гг.
• 1125 В / 50 Гц, железная дорога Юнгфрау
• 3000 В / 15 Гц, железная дорога Вальтеллина , 1902–1917 гг.
• 3300 В / 16,7 Гц Симплонский туннель, SBB, 1906–1930 гг.
• 3,000 V / 15.8 Hz Valtellina FS 1917 - 1930
• 3,600 V / 16.7 Hz Valtellina FS 1930 - 1953
• 3600 В / 16,7 Гц Генуя-Турин, Галерея Турин-Фрейюс-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 гг.
• 3600 В / 16,7 Гц Генуя-Ла-Специя и Форново FS 1926–1948 гг.
• 3600 В / 16,7 Гц Сондрио-Тирано ( железная дорога Альта-Вальтеллина )
• 5200 В / 25 Гц Гергаль-СантаФе ФК Сур - Испания
• Каскадный диапазон 6600 В / 25 Гц, Великая Северная железная дорога (США) , 1909–1927 гг.
• Эксперименты 7000 В / 50 Гц, Турин-Буссолено, 1927–1928 гг.
• 10,000 V / 45 Hz Roma-Sulmona FS 1929 - 1944

Конвертерные системы

В эту категорию не входят железные дороги с однофазным (или постоянным) источником питания, которое преобразуется в трехфазное на локомотиве или электровагоне, например , большая часть железнодорожного оборудования 1990-х годов и ранее с использованием полупроводниковых преобразователей. Система Кандо 1930-х годов, разработанная Кальманом Кандо на заводе в Ганце и использовавшаяся в Венгрии и Италии, использовала вращающиеся фазовые преобразователи на локомотиве для преобразования однофазного питания в три фазы, как и система разделения фаз на Норфолке. и Western Railroad в США.

Локомотивы

FS Класс E.550 (Италия 1906–65)

FS Class E330 (Италия, 1914–63). Обратите внимание на длинные носовые коллекторы с точками сбора в дальних концах локомотива.

Обычно локомотивы имели один, два или четыре двигателя на кузовном шасси (не на тележках) и не требовали зубчатой ​​передачи. Асинхронные двигатели предназначены для работы на определенной синхронной скорости, и когда они работают со скоростью выше синхронной на спуске, мощность возвращается в систему. Смена полюсов и каскадная (конкатенация) работа использовались для обеспечения двух или четырех разных скоростей, а сопротивления (часто жидкостные реостаты для запуска требовались ). 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 локомотивы-экспрессы использовали каскад в сочетании со сменой полюсов, что давало четыре скорости: 37, 50, 75 и 100 км/ч (23, 31, 46 и 62 миль в час). При использовании 3000 или 3600 вольт при 16 + 2 ⁄ 3 (16,7) Гц, питание можно было подавать непосредственно на двигатель без бортового трансформатора.

Как правило, двигатель(и) питают одну ось, а другие колеса связаны шатунами, поскольку асинхронный двигатель чувствителен к изменениям скорости, а с несвязанными двигателями на нескольких осях двигатели на изношенных колесах будут выполнять мало или даже не работать вообще. так как они будут вращаться быстрее. Эта характеристика двигателя привела к аварии в Каскадном туннеле, ведущем к грузовому поезду GN, идущему на восток, с четырьмя электровозами, двумя головными и двумя толкающими. Два толкача внезапно потеряли мощность, и поезд постепенно замедлился до остановки, но ведущий инженер подразделения не знал, что его поезд остановился, и удерживал контроллер в положении мощности до тех пор, пока не истечет обычное время для проезда по туннелю. Не видя дневного света, он, наконец, заглушил локомотив и обнаружил, что колеса его неподвижного локомотива протерли две трети полотна рельса.

Воздушная проводка

Обычно используются два отдельных воздушных провода с шиной для третьей фазы, хотя иногда используются три воздушных провода. На перекрестках, перекрестках и пересечениях две линии должны быть разделены, обеспечивая непрерывное питание локомотива, который должен иметь два токопроводящих провода везде, где он останавливается. Следовательно, используются два коллектора на верхнюю фазу, но следует избегать возможности перемыкания мертвой секции и возникновения короткого замыкания между передним коллектором одной фазы и задним коллектором другой фазы. Сопротивление шин, используемых для третьей фазы или обратной линии, выше для переменного тока, чем для постоянного тока из-за « скин-эффекта », но ниже для используемой низкой частоты, чем для промышленной частоты. Потери также увеличиваются, хотя и не в той же пропорции, поскольку импеданс в основном реактивный.

Трехфазный пантограф на поезде зубчатой ​​железной дороги Корковадо в Бразилии

Локомотиву необходимо получать питание от двух (или трех) воздушных проводов. Первые локомотивы на Итальянских государственных железных дорогах использовали широкий носовой коллектор , закрывающий оба провода, но более поздние локомотивы использовали широкий пантограф с двумя коллекторными стержнями, расположенными рядом. Трехфазная система также склонна к увеличению зазоров по длине между секциями из-за сложности двухпроводной связи, поэтому необходима длинная база датчика. В Италии это было достигнуто с помощью длинных носовых коллекторов, доходящих до самого конца локомотива, или с помощью пары токоприемников, также установленных как можно дальше друг от друга.

В США пара опор для тележек использовалась . Они работали хорошо, развивая максимальную скорость 15 миль в час (24 км/ч). Система двухпроводного пантографа используется на четырех горных железных дорогах, которые продолжают использовать трехфазное питание ( зубчатая железная дорога Корковадо в Рио-де-Жанейро, Бразилия , Юнгфраубан и Горнергратбан в Швейцарии, а также поезд Пти-де-ла-Рюн во Франции).

См. также

• Трехфазная электроэнергия
• Система электрификации железных дорог # Системы многофазного переменного тока
• Категория: Локомотивы трехфазного переменного тока

Ссылки

• Берч, Эдвард Пэррис (1911). Электротяга для железнодорожных поездов; Книга для студентов, инженеров-электриков и механиков, прорабов движущей силы и других . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . OCLC   1086307472 .
• Корноло, Джованни; Гут, Мартин (2000). Альбертелли, Эрманно (ред.). на ( Трехфазные железные дороги в мире, 1895–2000 гг. итальянском языке). Парма. ISBN  978-8887372106 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Холлингсворт, Брайан; Кук, Артур (2000). «Класс Е432 1-Д-1». Современные локомотивы . Павильон Книги. стр. 56–57. ISBN  0-86288-351-2 .
• Калла-Епископ, ПМ (1971). Итальянские железные дороги (Железнодорожные истории мира) . Англия: Дэвид и Чарльз. ISBN  978-0715351680 . п. 98
• Макколл, Уильям Толме (1930) [1923]. Переменный ток: Электротехника (2-е изд.). Кембридж: Университетское учебное пособие. стр. 412–3 и 423-5.
• Мирес, Дж.В.; Нил, RE (1933). Электротехническая практика . Том. III. Лондон: Чепмен и Холл. АСИН   B00N997B1K . стр. 542–3 (пункт 872) и стр. 630–1 (пункт 919)
• Миддлтон, Уильям Д. (1974). Когда электрифицировали паровые железные дороги . Милуоки: ISBN Kalmbach Publishing Co.  0-89024-028-0 .
• Миддлтон, Уильям Д. (март 2002 г.). Когда электрифицировались паровые железные дороги (2-е изд.). Блумингтон, Индиана: Издательство Университета Индианы . ISBN  978-0-253-33979-9 .
• Педраццини, Клаудио (2017). и трехфазных локомотивов FS ( История электрификации на итальянском языке). Брешиа: Клуб моделей железных дорог Брешии. ISBN  978-88-942040-7-0 .
• Старр, Артур Тиссо (1953) [1937]. Производство, передача и использование электроэнергии (3-е изд.). Лондон: Питман. ОСЛК   11069538 . стр. 347

Внешние ссылки

СМИ, связанные с трехфазной электрификацией, на Викискладе?