دليل نظري لأنظمة القاطرات الكهربائية

دليل نظري لأنظمة القاطرات الكهربائية

نظرًا للتنوع الكبير في المزايا مقارنة بأنظمة القاطرات التي تعمل بالديزل والبخار ، فقد أصبحت أنظمة القاطرات الكهربائية أكثر أنظمة الجر شيوعًا وأكثرها استخدامًا.



مع ظهور الأجهزة الإلكترونية القوية ، تستخدم أنظمة الجر الكهربائية الحديثة محولات متعددة المستويات لأداء جر أفضل مثل الدقة العالية والاستجابة السريعة والموثوقية العالية.


أنظمة القاطرات الكهربائية

أنظمة القاطرات الكهربائية





لم يؤد تقييم تصميم المحركات الكهربائية وتقنيات الكهربة إلى تصميم قاطرات عالية السرعة (قطارات المترو والضواحي) فحسب ، بل أدى أيضًا إلى رفع كفاءة الطاقة الإجمالية.

ما هو الجر الكهربائي أو القاطرة؟

يشار إلى القوة الدافعة التي تسبب دفع السيارة بنظام الجر. يتكون نظام الجر من نوعين مختلفين: نظام الجر غير الكهربائي ونظام الجر الكهربائي.



نظام الجر غير الكهربائي

يُشار إلى نظام الجر الذي لا يستخدم الكهرباء في أي مرحلة من مراحل حركة السيارة على أنه نظام جر غير كهربائي. يستخدم نظام الجر هذا في القاطرات البخارية ومحركات IC وفي قطارات ماجليف (القطارات فائقة السرعة).


نظام الجر الكهربائي

يُشار إلى نظام الجر الذي يستخدم الكهرباء في جميع مراحل أو بعض مراحل حركة السيارة باسم نظام الجر الكهربائي.

الجر الكهربائي مقابل الجر غير الكهربائي

الجر الكهربائي مقابل الجر غير الكهربائي

في نظام الجر الكهربائي ، يتم إنشاء القوة الدافعة لسحب القطار بواسطة محركات الجر. يمكن تقسيم نظام الجر الكهربائي على نطاق واسع إلى مجموعتين: إحداهما تعمل بالطاقة الذاتية والأخرى بنظام السكك الحديدية الثالثة.

تشتمل الأنظمة التي تعمل بالطاقة الذاتية على محركات كهربائية تعمل بالديزل ومحركات كهربائية للبطارية يمكنها توليد قوتها الخاصة لسحب القطار بينما تستخدم أنظمة السكك الحديدية الثالثة أو الأسلاك العلوية الطاقة من شبكة أو شبكات توزيع خارجية ، وتشمل الأمثلة خطوط الترام وحافلات الترولي والقاطرات مدفوعة بالخطوط الكهربائية العلوية.

أنواع أنظمة كهربة المسار

تشير كهربة المسار إلى نوع نظام إمداد المصدر الذي يتم استخدامه أثناء تشغيل أنظمة القاطرة الكهربائية. يمكن أن يكون تيار متردد أو تيار مستمر أو إمداد مركب.

يعتمد اختيار نوع الكهربة على عدة عوامل مثل توافر الإمداد ونوع منطقة التطبيق أو الخدمات مثل الخدمات الحضرية والضواحي والخط الرئيسي ، إلخ.

الأنواع الثلاثة الرئيسية لأنظمة الجر الكهربائية الموجودة هي كما يلي:

  1. نظام كهربة التيار المباشر (DC)
  2. نظام كهربة التيار المتردد (AC)
  3. النظام المركب.

نظام كهربة التيار المباشر (DC)

يشتمل اختيار اختيار نظام كهربة التيار المستمر على العديد من المزايا ، مثل اعتبارات المساحة والوزن ، والتسارع السريع والفرملة للمحركات الكهربائية DC ، وتكلفة أقل مقارنة بأنظمة التيار المتردد ، واستهلاك أقل للطاقة وما إلى ذلك.

في هذا النوع من النظام ، يتم إلغاء تصعيد الطاقة ثلاثية الطور المستلمة من شبكات الطاقة إلى جهد منخفض وتحويلها إلى تيار مستمر بواسطة المقومات و محولات الطاقة الإلكترونية .

نظام السكك الحديدية الثالث

نظام السكك الحديدية الثالث

يتم توفير هذا النوع من الإمداد بالتيار المستمر للمركبة بطريقتين مختلفتين: الطريقة الأولى هي من خلال نظام السكك الحديدية الثالث (تشغيل جانبي وتحت مسار كهربائي قيد التشغيل وتوفير مسار عودة من خلال قضبان الجري) ، والطريقة الثانية هي عبر الخط العلوي نظام DC. يتم تغذية هذا التيار المستمر إلى محرك الجر مثل سلسلة DC أو المحركات المركبة لقيادة القاطرة ، كما هو موضح في الشكل أعلاه.

تشمل أنظمة الإمداد بالكهرباء التيار المستمر من 300 إلى 500 فولت للأنظمة الخاصة مثل أنظمة البطاريات (600-1200 فولت) للسكك الحديدية الحضرية مثل الترام والمترو الخفيف ، و 1500-3000 فولت لخدمات الضواحي والخطوط الرئيسية مثل المترو الخفيف والثقيل قطارات المترو . تعمل أنظمة السكك الحديدية الثالثة والرابعة بجهد منخفض (600-1200 فولت) والتيارات العالية ، بينما تستخدم أنظمة السكك الحديدية العلوية جهدًا كهربائيًا عاليًا (1500-3000 فولت) وتيارات منخفضة.

نظام كهربة DC

نظام كهربة DC

نظرًا لعزم الدوران العالي والتحكم في السرعة المعتدلة ، يتم استخدام محركات سلسلة DC على نطاق واسع في أنظمة الجر DC. إنها توفر عزم دوران عالي بسرعات منخفضة وعزم دوران منخفض بسرعات عالية.

ان تحكم سرعة المحرك الكهربائي يتم استخدامه من خلال تغيير الجهد المطبق عليه. تشمل أنظمة القيادة الخاصة المستخدمة للتحكم في هذه المحركات الكهربائية مغير الصنبور والتحكم في الثايرستور والتحكم في المروحية ومحركات التحكم في المعالج الصغير.

تشمل عيوب هذا النظام صعوبة انقطاع التيارات عند الفولتية العالية عند رفع حالة الخطأ ، والحاجة إلى تحديد موقع المحطات الفرعية للتيار المستمر بين مسافات قصيرة.

نظام كهربة التيار المتردد (AC)

أصبح نظام الجر AC شائعًا جدًا في الوقت الحاضر ، وغالبًا ما يتم استخدامه في معظم أنظمة الجر بسبب العديد من المزايا ، مثل التوافر السريع وتوليد التيار المتردد الذي يمكن تصعيده أو خفضه بسهولة ، والتحكم السهل في محركات التيار المتردد ، عدد أقل من متطلبات المحطات الفرعية ، ووجود سلسلات ضوئية علوية تنقل التيارات المنخفضة عند الفولتية العالية ، وما إلى ذلك.

تشمل أنظمة الإمداد الخاصة بكهربة التيار المتردد أنظمة أحادية وثلاثية الطور ومركبة. تتكون الأنظمة أحادية الطور من 11 إلى 15 كيلو فولت عند 16.7 هرتز ، و 25 هرتز لتسهيل السرعة المتغيرة لمحركات تبديل التيار المتردد.
يستخدم تنحى المحولات ومحولات التردد للتحويل من الفولتية العالية والتردد الصناعي الثابت.

الطور الأحادي 25 كيلو فولت عند 50 هرتز هو التكوين الأكثر استخدامًا لكهربة التيار المتردد. يتم استخدامه لأنظمة النقل الثقيل وخدمات الخطوط الرئيسية نظرًا لأنه لا يتطلب تحويل التردد. هذا هو أحد أنواع الأنظمة المركبة المستخدمة على نطاق واسع حيث يتم تحويل الإمداد إلى التيار المستمر لتشغيل محركات الجر DC.

نظام كهربة التيار المتردد

نظام كهربة التيار المتردد

يستخدم النظام ثلاثي الطور محركًا حثيًا ثلاثي الطور لقيادة القاطرة ، ويبلغ معدله 3.3.KV ، 16.7 هرتز. يتم تحويل نظام التوزيع عالي الجهد عند 50 هرتز إلى تصنيف المحرك الكهربائي هذا بواسطة المحولات ومحولات التردد. يستخدم هذا النظام خطين علويين ، ويشكل مسار السكك الحديدية مرحلة أخرى ، لكن هذا يثير العديد من المشاكل عند التقاطعات والتقاطعات.

يوضح الشكل أعلاه عملية القاطرة الكهربائية AC حيث يتلقى نظام سلسلي طاقة أحادية الطور من النظام العلوي. يتم زيادة العرض بواسطة المحول ، ثم يتم تحويله إلى DC بواسطة مقوم. مفاعل تنعيم أو رابط تيار مباشر ، يقوم بتصفية وتنعيم التيار المستمر لتقليل التموجات ، ثم يتم تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد بواسطة عاكس يغير التردد للحصول على سرعة متغيرة لمحرك الجر (على غرار VFD ).

النظام المركب

يتضمن هذا النظام مزايا كل من أنظمة التيار المباشر والتيار المتردد. تتكون هذه الأنظمة بشكل أساسي من نوعين: مرحلة واحدة إلى ثلاث مراحل أو نظام Kando ، والأخرى أحادية الطور لنظام DC.

مرحلة واحدة إلى ثلاث مراحل أو نظام كاندو

مرحلة واحدة إلى ثلاث مراحل أو نظام كاندو

في نظام Kando ، يحمل خط علوي واحد إمداد أحادي الطور يبلغ 16KV ، 50Hz. يتم خفض هذا الجهد العالي وتحويله إلى إمداد ثلاثي الطور من نفس التردد في القاطرة نفسها من خلال المحول و المحولات .

يتم توفير هذا العرض ثلاثي الطور إلى المحرك الحثي ثلاثي الطور الذي يقود القاطرة. نظرًا لاستبدال نظام الخطين العلويين للنظام ثلاثي الطور بخط علوي واحد بواسطة هذا النظام ، فهو اقتصادي.

كما ناقشنا بالفعل في كهربة التيار المتردد أن نظام أحادي الطور لنظام التيار المستمر يحظى بشعبية كبيرة ، فهو الطريقة الأكثر اقتصادا للخط العلوي الفردي ولديه مجموعة متنوعة من خصائص محرك سلسلة DC.
في هذا النظام المعين ، يتم تخفيض إمداد أحادي الطور 25KV و 50Hz لنظام الخط العلوي بواسطة محول داخل القاطرة ، ثم يتم تحويله إلى DC بواسطة مقومات. يتم تغذية DC إلى نظام محرك DC لقيادة سلسلة المحركات والتحكم في سرعتها وأنظمة الكبح.

هذا كل شيء عن أنظمة القاطرات الكهربائية. ونأمل أن نكون قد قدمنا ​​لك معلومات وافية وذات صلة حول أنظمة الإمداد المختلفة المستخدمة في أنظمة الجر.

نحن نشجعك على كتابة اقتراحاتك وتعليقاتك وملاحظاتك حول هذه المقالة أو أفكار المشروع في قسم التعليقات الموضح أدناه ، ونتوقع أيضًا أن تقلل اقتراحاتك من حوادث الدوائر القصيرة في أنظمة الجر.

اعتمادات الصورة