Do có nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống đầu máy chạy bằng dầu diesel và hơi nước, hệ thống đầu máy điện đã trở thành hệ thống phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất cho hệ thống đầu máy kéo.

Với sự ra đời của các thiết bị điện tử công suất, các hệ thống điện kéo hiện đại đang sử dụng biến tần đa cấp cho hiệu suất bám đường tốt hơn như độ chính xác cao, phản ứng nhanh và độ tin cậy cao hơn.

Hệ thống đầu máy điện

Việc đánh giá thiết kế động cơ điện và công nghệ điện khí không chỉ dẫn đến thiết kế đầu máy tốc độ cao (Metros và đường sắt ngoại ô) mà còn nâng cao hiệu quả năng lượng tổng thể.

Xe điện hay đầu máy là gì?

Một lực gây ra lực đẩy của một chiếc xe được gọi là một hệ thống kéo. Hệ thống kéo có hai loại khác nhau: hệ thống kéo không điện và hệ thống kéo điện.

Hệ thống kéo không dùng điện

Hệ thống kéo không sử dụng điện trong bất kỳ giai đoạn chuyển động nào của xe được gọi là hệ thống kéo không sử dụng điện. Một hệ thống kéo như vậy được sử dụng trong đầu máy hơi nước, động cơ vi mạch, và trong tàu maglev (Tàu cao tốc).

Hệ thống kéo điện

Hệ thống lực kéo sử dụng điện trong tất cả các giai đoạn hoặc một số giai đoạn chuyển động của xe được gọi là hệ thống kéo điện.

Điện Vs Lực kéo không điện

Trong hệ thống kéo điện, lực kéo tàu được tạo ra bởi động cơ kéo. Hệ thống kéo điện có thể được chia thành hai nhóm: một là hệ thống tự cung cấp năng lượng và một là hệ thống ray thứ ba.

Các hệ thống tự cung cấp năng lượng bao gồm truyền động điện diesel và truyền động điện ắc quy có thể tạo ra nguồn điện riêng để kéo tàu trong khi hệ thống đường sắt thứ ba hoặc dây trên không sử dụng nguồn điện từ mạng lưới hoặc lưới phân phối bên ngoài và các ví dụ bao gồm đường xe điện , xe buýt và đầu máy xe lửa chạy từ đường dây điện trên cao.

Các loại hệ thống điện khí hóa theo dõi

Điện khí hóa đường ray đề cập đến loại hệ thống cung cấp nguồn được sử dụng trong khi cấp nguồn cho hệ thống đầu máy điện. Nó có thể là AC hoặc DC hoặc một nguồn cung cấp tổng hợp.

Việc lựa chọn loại hình điện khí hóa phụ thuộc vào một số yếu tố như sự sẵn có của nguồn cung cấp, loại khu vực ứng dụng hoặc vào các dịch vụ như dịch vụ đô thị, ngoại ô và đường dây chính, v.v.

Ba loại hệ thống kéo điện chính tồn tại như sau:

Hệ thống điện khí một chiều (DC)
Hệ thống điện xoay chiều (AC)
Hệ thống tổng hợp.

Hệ thống điện khí một chiều (DC)

Việc lựa chọn hệ thống điện khí hóa DC bao gồm nhiều ưu điểm, chẳng hạn như cân nhắc về không gian và trọng lượng, khả năng tăng tốc và hãm nhanh của động cơ điện DC, ít chi phí hơn so với hệ thống AC, tiêu thụ ít năng lượng hơn, v.v.

Trong loại hệ thống này, nguồn điện ba pha nhận được từ lưới điện được khử leo thang xuống điện áp thấp và được chuyển đổi thành điện một chiều nhờ bộ chỉnh lưu và bộ chuyển đổi điện-điện tử .

Hệ thống đường sắt thứ 3

“ưu nhược điểm của bơm màng ”

Loại nguồn điện một chiều này được cung cấp cho xe thông qua hai cách khác nhau: cách thứ nhất là qua hệ thống đường ray thứ 3 (đường chạy bên và đường chạy dưới điện hóa và cung cấp đường trở lại qua đường ray đang chạy), và cách thứ hai là qua đường dây trên cao Hệ thống DC. DC này được cấp cho động cơ kéo như dòng DC hoặc động cơ hỗn hợp để dẫn động đầu máy, như thể hiện trong hình trên.

Các hệ thống cung cấp của điện khí hóa DC bao gồm nguồn cung cấp 300-500V cho các hệ thống đặc biệt như hệ thống pin (600-1200V) cho đường sắt đô thị như xe điện và đường sắt nhẹ, và 1500-3000V cho các dịch vụ ngoại ô và đường chính như đường sắt nhẹ và đường nặng tàu điện ngầm . Hệ thống đường ray thứ 3 (thanh dẫn) và thứ 4 hoạt động ở điện áp thấp (600-1200V) và dòng điện cao, trong khi hệ thống đường ray trên cao sử dụng điện áp cao (1500-3000V) và dòng điện thấp.

Hệ thống điện khí hóa DC

Do mô-men xoắn khởi động cao và điều khiển tốc độ vừa phải, động cơ dòng DC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kéo DC. Chúng cung cấp mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp và mô-men xoắn thấp ở tốc độ cao.

An bộ điều khiển tốc độ động cơ điện được sử dụng bằng cách thay đổi điện áp đặt vào nó. Các hệ thống truyền động đặc biệt được sử dụng để điều khiển các động cơ điện này bao gồm bộ thay đổi vòi, điều khiển thyristor, điều khiển chopper và điều khiển vi xử lý.

Những nhược điểm của hệ thống này bao gồm khó khăn trong việc ngắt dòng điện ở điện áp cao khi tình trạng sự cố được nâng lên và yêu cầu xác định vị trí các trạm biến áp DC giữa các khoảng cách ngắn.

Hệ thống điện xoay chiều (AC)

Hệ thống lực kéo AC ngày nay đã trở nên rất phổ biến và nó thường được sử dụng trong hầu hết các hệ thống kéo do một số ưu điểm, chẳng hạn như khả năng cung cấp nhanh chóng và tạo ra AC có thể dễ dàng nâng lên hoặc hạ xuống, dễ dàng điều khiển động cơ AC, yêu cầu số lượng trạm biến áp ít hơn và sự hiện diện của các bộ phận nhẹ trên không truyền dòng điện thấp ở điện áp cao, v.v.

Hệ thống cung cấp điện xoay chiều bao gồm hệ thống một pha, ba pha và hệ thống hỗn hợp. Hệ thống một pha bao gồm nguồn cung cấp từ 11 đến 15 KV ở tần số 16,7Hz và 25Hz để tạo điều kiện thay đổi tốc độ cho động cơ chuyển mạch xoay chiều.
Nó sử dụng bước xuống máy biến áp và bộ chuyển đổi tần số để chuyển đổi từ điện áp cao và tần số công nghiệp cố định.

Một pha 25KV ở tần số 50Hz là cấu hình được sử dụng phổ biến nhất cho điện khí hóa AC. Nó được sử dụng cho các hệ thống vận tải nặng và các dịch vụ đường dây chính vì nó không yêu cầu chuyển đổi tần số. Đây là một trong những loại hệ thống hỗn hợp được sử dụng rộng rãi trong đó nguồn cung cấp được chuyển đổi thành DC để điều khiển động cơ kéo DC.

Hệ thống điện AC

Hệ thống ba pha sử dụng động cơ cảm ứng ba pha để dẫn động đầu máy, và nó được đánh giá ở 3,3.KV, 16,7Hz. Hệ thống phân phối điện áp cao ở nguồn cung cấp 50 Hz được chuyển đổi sang định mức động cơ điện này bằng máy biến áp và bộ biến tần. Hệ thống này sử dụng hai đường trên không và đường ray tạo thành một giai đoạn khác, nhưng điều này làm nảy sinh nhiều vấn đề tại các điểm giao cắt và giao lộ.

Hình trên mô tả hoạt động của đầu máy điện xoay chiều trong đó hệ thống dây xích nhận điện một pha từ hệ thống trên không. Nguồn cung cấp được tăng lên bởi máy biến áp, và sau đó được chuyển đổi thành DC bằng bộ chỉnh lưu. Một lò phản ứng làm mịn hoặc liên kết DC, lọc và làm mịn DC để giảm các gợn sóng, sau đó DC được chuyển đổi thành AC bằng một bộ biến tần thay đổi tần số để có được tốc độ thay đổi của động cơ kéo (tương tự như VFD ).

Hệ thống tổng hợp

Hệ thống này kết hợp các ưu điểm của cả hệ thống DC và AC. Các hệ thống này chủ yếu có hai loại: một pha đến ba pha hoặc hệ thống Kando, và một pha khác là hệ thống DC.

Một pha đến ba pha hoặc hệ thống Kando

Trong hệ thống Kando, một đường dây trên không duy nhất mang nguồn cung cấp một pha 16KV, 50Hz. Điện áp cao này được giảm xuống và chuyển thành nguồn cung cấp ba pha có cùng tần số trong chính đầu máy thông qua máy biến áp và người chuyển đổi .

Nguồn điện ba pha này được cung cấp thêm cho động cơ cảm ứng ba pha dẫn động đầu máy. Do hệ thống đường dây trên không hai của hệ thống ba pha được thay thế bằng đường dây trên không duy nhất bởi hệ thống này nên rất kinh tế.

Như chúng ta đã thảo luận trong phần điện khí hóa AC rằng hệ thống một pha sang một chiều rất phổ biến, đó là cách kinh tế nhất của đường dây trên không đơn và có nhiều đặc tính động cơ dòng DC.
Trong hệ thống cụ thể này, nguồn cung cấp một pha 25KV, 50Hz của hệ thống đường dây trên không được chuyển xuống bằng máy biến áp bên trong đầu máy, sau đó được chuyển đổi thành DC bằng bộ chỉnh lưu. DC được cấp cho hệ thống truyền động DC để điều khiển động cơ nối tiếp và điều khiển tốc độ và hệ thống phanh của nó.

Đây là tất cả về hệ thống đầu máy điện. Và, chúng tôi hy vọng rằng chúng tôi đã cung cấp cho bạn thông tin phong phú và có liên quan về các hệ thống cung cấp khác nhau được sử dụng trong hệ thống kéo.

Chúng tôi khuyến khích bạn viết đề xuất, nhận xét và phản hồi của bạn về bài viết hoặc ý tưởng dự án này trong phần bình luận được đưa ra bên dưới, đồng thời mong rằng những đề xuất của bạn để giảm tai nạn ngắn mạch trong hệ thống kéo.