A causa della loro ampia varietà di vantaggi rispetto ai sistemi di locomotiva diesel e a vapore, i sistemi di locomotive elettriche sono diventati i sistemi più popolari e ampiamente utilizzati per i sistemi di trazione.

Con l'avvento dei dispositivi elettronici di potenza, stanno utilizzando i moderni sistemi di trazione elettrica inverter multilivello per prestazioni di trazione migliori come elevata precisione, rapida risposta e maggiore affidabilità.

Sistemi di locomotive elettriche

La valutazione della progettazione del motore elettrico e delle tecnologie di elettrificazione non solo ha portato alla progettazione di locomotive ad alta velocità (metropolitane e ferrovie suburbane), ma ha anche aumentato l'efficienza energetica complessiva.

Che cos'è una trazione o una locomotiva elettrica?

Una forza motrice che provoca la propulsione di un veicolo viene definita sistema di trazione. Il sistema di trazione è di due diversi tipi: sistema di trazione non elettrico e sistema di trazione elettrica.

Sistema di trazione non elettrico

Il sistema di trazione che non utilizza l'elettricità in nessuna fase del movimento del veicolo viene definito sistema di trazione non elettrico. Un tale sistema di trazione viene utilizzato nelle locomotive a vapore, nei motori IC e nel treni maglev (treni ad alta velocità).

Sistema di trazione elettrica

Il sistema di trazione che utilizza l'elettricità in tutte le fasi o in alcune fasi del movimento di un veicolo è denominato sistema di trazione elettrica.

Trazione elettrica Vs non elettrica

In un sistema di trazione elettrica la forza motrice per tirare un treno è generata dai motori di trazione. Il sistema di trazione elettrica può essere sostanzialmente suddiviso in due gruppi: uno è autoalimentato e l'altro è un sistema di terza rotaia.

I sistemi autoalimentati includono azionamenti elettrici diesel e azionamenti elettrici a batteria che possono generare la propria potenza per tirare il treno, mentre i sistemi a terza rotaia o cavi aerei utilizzano l'alimentazione da una rete di distribuzione esterna o da griglie, e gli esempi includono i tram , filobus e locomotive azionate da linee elettriche aeree.

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Tipi di sistemi di elettrificazione dei binari

L'elettrificazione del binario si riferisce al tipo di sistema di alimentazione alla fonte utilizzato per l'alimentazione degli impianti della locomotiva elettrica. Può essere CA o CC o un'alimentazione composita.

La selezione del tipo di elettrificazione dipende da diversi fattori come la disponibilità della fornitura, il tipo di area di applicazione o dai servizi come i servizi urbani, suburbani e delle linee principali, ecc.

I tre principali tipi di sistemi di trazione elettrica esistenti sono i seguenti:

Sistema di elettrificazione in corrente continua (DC)
Sistema di elettrificazione in corrente alternata (AC)
Sistema composito.

Sistema di elettrificazione in corrente continua (DC)

La scelta di selezionare il sistema di elettrificazione DC comprende molti vantaggi, come considerazioni di spazio e peso, rapida accelerazione e frenata dei motori elettrici DC, minor costo rispetto ai sistemi AC, minor consumo di energia e così via.

In questo tipo di sistema, l'alimentazione trifase ricevuta dalle reti elettriche viene ridotta a bassa tensione e convertita in CC dai raddrizzatori e convertitori elettronici di potenza .

3 ° sistema ferroviario

Questo tipo di alimentazione CC viene fornita al veicolo in due modi diversi: il primo modo è attraverso il 3 ° sistema di binari (marcia laterale e sotto il binario elettrificato e fornisce il percorso di ritorno attraverso i binari di scorrimento), e il secondo modo è attraverso la linea aerea Sistema DC. Questa CC viene alimentata al motore di trazione come la serie CC o ai motori composti per guidare la locomotiva, come mostrato nella figura sopra.

I sistemi di alimentazione dell'elettrificazione CC includono un'alimentazione da 300-500 V per i sistemi speciali come i sistemi a batteria (600-1200 V) per le ferrovie urbane come tram e metropolitane leggere, e 1500-3000 V per i servizi suburbani e principali come metropolitane leggere e pesanti treni della metropolitana . Il 3 ° (binario conduttore) e il 4 ° binario funzionano a basse tensioni (600-1200 V) e alte correnti, mentre i sistemi a binario aereo utilizzano alte tensioni (1500-3000 V) e basse correnti.

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Sistema di elettrificazione DC

A causa dell'elevata coppia di spunto e del moderato controllo della velocità, i motori della serie DC sono ampiamente utilizzati nei sistemi di trazione DC. Forniscono una coppia elevata a basse velocità e una coppia bassa a velocità elevate.

Un regolatore di velocità del motore elettrico viene utilizzato variando la tensione ad esso applicata. I sistemi di azionamento speciali utilizzati per controllare questi motori elettrici includono commutatore di presa, controllo a tiristori, controllo chopper e azionamenti di controllo a microprocessore.

Gli svantaggi di questo sistema includono la difficoltà nell'interruzione delle correnti ad alte tensioni quando viene sollevata la condizione di guasto e la necessità di localizzare le sottostazioni CC tra brevi distanze.

Sistema di elettrificazione in corrente alternata (AC)

Un sistema di trazione CA è diventato molto popolare al giorno d'oggi ed è più spesso utilizzato nella maggior parte dei sistemi di trazione a causa di numerosi vantaggi, come la disponibilità rapida e la generazione di CA che può essere facilmente aumentata o ridotta, facile controllo dei motori CA, minor numero di sottostazioni richieste e presenza di catenarie aeree leggere che trasferiscono basse correnti ad alte tensioni, e così via.

I sistemi di alimentazione dell'elettrificazione CA includono sistemi monofase, trifase e compositi. I sistemi monofase sono costituiti da un'alimentazione da 11 a 15 KV a 16,7 Hz e 25 Hz per facilitare la velocità variabile ai motori a commutazione CA.
Utilizza trasformatore step down e convertitori di frequenza per convertire dalle alte tensioni e dalla frequenza industriale fissa.

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Il monofase 25KV a 50Hz è la configurazione più comunemente usata per l'elettrificazione AC. Viene utilizzato per i sistemi di trasporto pesante e i servizi di linea principale poiché non richiede la conversione di frequenza. Questo è uno dei tipi di sistemi compositi ampiamente utilizzati in cui l'alimentazione viene convertita in CC per azionare motori di trazione CC.

Sistema di elettrificazione AC

Il sistema trifase utilizza un motore a induzione trifase per guidare la locomotiva ed è valutato a 3,3 KV, 16,7 Hz. Il sistema di distribuzione ad alta tensione con alimentazione a 50 Hz viene convertito in questa potenza del motore elettrico da trasformatori e convertitori di frequenza. Questo sistema impiega due linee aeree e il binario costituisce un'altra fase, ma questo solleva molti problemi agli incroci e agli incroci.

La figura sopra mostra il funzionamento di una locomotiva elettrica in corrente alternata in cui il sistema catenaria riceve alimentazione monofase dal sistema aereo. L'alimentazione viene aumentata dal trasformatore e quindi convertita in CC da un raddrizzatore. Un reattore di levigatura o un collegamento CC, filtra e leviga CC per ridurre le ondulazioni, quindi la CC viene convertita in CA da un inverter che varia la frequenza per ottenere la velocità variabile del motore di trazione (simile a VFD ).

Sistema composito

Questo sistema incorpora i vantaggi dei sistemi CC e CA. Questi sistemi sono principalmente di due tipi: un sistema monofase a tre fasi o sistema Kando e l'altro monofase a sistema CC.

Sistema da monofase a trifase o Kando

In un sistema Kando, una singola linea aerea trasporta l'alimentazione monofase di 16KV, 50Hz. Questa alta tensione viene ridotta e convertita in alimentazione trifase della stessa frequenza nella locomotiva stessa attraverso il trasformatore e convertitori .

Questa alimentazione trifase viene ulteriormente fornita al motore trifase a induzione che aziona la locomotiva. Poiché il sistema a due linee aeree del sistema trifase è sostituito da una singola linea aerea da questo sistema, è economico.

Come abbiamo già discusso nell'elettrificazione CA che un sistema da monofase a CC è molto popolare, è il modo più economico di una singola linea aerea e ha un'ampia varietà di caratteristiche del motore della serie CC.
In questo particolare sistema, un'alimentazione monofase da 25KV, 50Hz del sistema di linea aerea viene ridotta dal trasformatore all'interno della locomotiva e quindi convertita in CC dai raddrizzatori. La CC viene inviata al sistema di azionamento CC per azionare il motore in serie e per controllarne la velocità e i sistemi di frenatura.

Questo è tutto sui sistemi delle locomotive elettriche. E ci auguriamo di averti fornito ampie e pertinenti informazioni sui vari sistemi di alimentazione utilizzati nei sistemi di trazione.

Ti invitiamo a scrivere i tuoi suggerimenti, commenti e feedback su questo articolo o idee di progetto nella sezione commenti fornita di seguito e ci aspettiamo anche che i tuoi suggerimenti riducano gli incidenti di cortocircuito nei sistemi di trazione.

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