Как устроен и работает троллейбус
Жители многих городов настолько привыкли ездить на троллейбусах, что на вряд ли задумываются о том, что пользуются в этот момент экологически чистым и довольно экономичным видом транспорта, чем-то вроде многоместного электромобиля. А между тем, устройство троллейбуса не менее интересно, чем устройство, скажем, трамвая. Давайте же погрузимся в данную тему несколько глубже.
Современный троллейбус имеет довольно сложную электрическую часть. Его система управления базируется на полупроводниках с микропроцессорным управлением, работающих совместно с пневматической подвеской, системой ABS и плотно взаимодействующей со всеми частями сложной электронно-информационной системы. Сюда же относятся возможность автономного хода, система регуляции микроклимата и т. д.
Таким образом, троллейбус сегодняшнего дня — это полноценное городское общественное транспортное средство, отвечающее всем требованиям касательно безопасности, комфортабельности и экономичности.
Эволюция троллейбуса развивалась постепенно, приблизительно так же, как это происходило у автобусов. Нетрудно догадаться, что конструкции кузовов первых троллейбусов и их ходовые части изначально базировались именно на низкопольных автобусах, таких как Богдан-Е231, МАЗ-203Т и другие. Однако троллейбус как таковой появился значительно позже. И такие современные городские машины как Электрон-Т191 и АКСМ-321, например, сразу разрабатывались как троллейбусы. Но преемственность кузова от модели к модели, тем не менее до сих пор прослеживается.
Предок троллейбуса в конце XIX века:
Еще со времен Советского Союза повелось, что на данное транспортное средство от контактной сети через троллеи подается постоянное напряжение 550 вольт. Это стандарт. В таких условиях полностью загруженный троллейбус способен развить на ровной дороге скорость около 60 км/ч.
Его тяговый привод изначально и предназначался для городского движения, поэтому ограничивает максимум скорости значением в 65 км/ч. Но даже на такой скорости транспортное средство способно легко маневрировать в пределах 4,5 метров в ту или иную сторону от контактной линии. Теперь давайте обратим внимание на электрическую составляющую этого замечательного транспортного средства.
Главным силовым агрегатом троллейбуса является тяговый электродвигатель. В классическом варианте он представляет собой двигатель постоянного тока: цилиндрический остов, якорь с щеточно-коллекторным узлом, полюса, подшипниковые щиты и вентилятор.
Большинство тяговых двигателей постоянного тока троллейбусов — двигатели последовательного или смешанного возбуждения. Двигатели с транзисторным или тиристорным управлением работают только с системой последовательного возбуждения.
Так или иначе, тяговые двигатели троллейбусов представляют собой довольно внушительные машины постоянного тока, рассчитанные на мощности порядка 150 кВт, и требующие для нормальной устойчивой работы установки дополнительного тягового преобразователя постоянного тока. Сам двигатель может весить около тонны и потреблять ток около 300 А при рабочем моменте на валу более 800 Н*м (при оборотах вала 1650 об/мин).
Некоторые из моделей современных троллейбусов несут на себе асинхронные тяговые двигатели переменного тока, управляемые специальными тяговыми преобразователями переменного тока. Двигатели подобного рода получаются менее громоздкими, при том более мощными, им не требуется регулярное обслуживание (по сравнению с коллекторными).
Но таким двигателям необходим особый полупроводниковый преобразователь. Сам двигатель может иметь пару датчиков частоты вращения, которые устанавливаются на вал. Большинство асинхронных тяговых двигателей переменного тока питаются напряжением 400 В, имеют короткозамкнутый ротор и трехфазную обмотку статора с классическим соединением «звезда».
Обычно двигатель размещается в задней части кузова троллейбуса. На его приводящем валу имеется фланец, с помощью которого через карданный вал осуществляется механическая передача на ведущий мост через ведущую шестерню.
Корпус двигателя полностью изолирован от кузова, так что попадание высокого напряжения на его проводящие части исключено. Это обеспечивается тем, что фланец изготовлен из изолирующего материала, а крепление двигателя на кронштейнах никогда не обходится без изолирующих втулок.
Современный тяговый двигатель троллейбуса приводится в действие транзисторно-импульсной системой управления на IGBT-транзисторах, которая считается более совершенной чем тиристорная и тем более реостатная схемы.
В системе содержится секция коммутации для подключения диагностического компьютера с целью регулировки и настройки схемы управления двигателем, а также для контроля состояния тягового оборудования в целом. Такая система управления наиболее экономична в плане расхода энергии, к тому же именно она обеспечивает бесконтактный пуск и разгон транспортного средства без лишних потерь энергии, как это было бы в реостатной системе.
В результате именно грамотное управление тяговым двигателем обеспечивает троллейбусу плавный пуск, регулирование скорости без рывков и надежное торможение. Регулируемое импульсное напряжение с током якоря порядка 50 А позволяет троллейбусу плавно тронуться вне зависимости от наличия люфтов в его механических передачах.
Управление скоростью получается бесступенчатым в том числе благодаря возможности ослабления тока обмотки возбуждения когда скорость транспортного средства достигает 25 км/ч. При торможении также используется регулируемый ток — это называется динамическим торможением.
Движение троллейбуса задним ходом имеет ограничение по скорости — не более 25 км/ч. Благодаря электронике, торможение имеет приоритет перед пуском. При необходимости возможно изменение рабочей полярности токоприемников.
Непосредственно транзисторно-импульсная система троллейбуса работает следующим образом. Нажатие на пусковую педаль приводит к срабатыванию датчика Холла, уровень аналогового сигнала от которого прямо связан с текущим углом положения педали.
Данный сигнал преобразуется в цифровой, и уже в цифровой форме подается на микропроцессорный регулятор тягового блока, откуда команды подаются на платы драйверов силовых транзисторов.
Драйвера силовых транзисторов, в свою очередь, регулируют ток силовых транзисторов в зависимости от команд, поступающих с микропроцессорного регулятора тягового блока. Управляющее напряжение драйверов — низковольтное (изменяется в пределах от 4 до 8 вольт) именно его значение и определяет рабочий ток обмоток тягового двигателя.
Как вы уже догадались, силовые транзисторы служат здесь полупроводниковыми контакторами, управляемыми напряжением, только в отличие от обычного контактора, здесь ток может изменяться очень-очень плавно. Поэтому нет надобности в реостатах, достаточно простой технологии ШИМ (широтно-импулсьной модуляции).
Если троллейбусу необходимо затормозить, то двигатель переводится в режим генератора, и торможение по сути обеспечивают магнитные поля якоря, которые также регулируются. Так достигается торможение практически до полной остановки транспортного средства. Кстати, основная часть управляющей транзисторно-импульсной электроники троллейбуса размещена на его крыше.
В процессе торможения современного троллейбуса работает система рекуперации энергии. Это значит, что энергия, вырабатываемая тяговым двигателем в режиме генератора при торможении, возвращается в контактную сеть и может быть повторно использована как для нужд параллельно питающегося от данной сети электротранспорта, так и для питания приборов самого троллейбуса (гидроусилителя руля, системы отопления и т. д.) Если троллейбус проходит под стрелкой, то применяется реостатное торможение.
Практически весь тяговый привод троллейбуса состоит из нескольких частей:
блока управления на IGBT-транзисторах;
контроллера хода и тормоза;
панельного компьютера либо коммутационного блока для соединения с внешним компьютером.
При помощи панельного или внешнего компьютера проводят диагностику тягового двигателя троллейбуса, смотрят параметры его работы, изменяют если нужно настройки микропроцессорного регулятора. Все параметры о работе и текущем состоянии тягового привода хранятся в цифровой форме.
Некоторые модели систем управления следят за токами утечки и имеют соответствующую систему защиты — автоматическое отключение от сети. Опционально здесь же может присутствовать счетчик потребленной на движение и рекуперированной при торможении энергии.
Отдельно стоит упомянуть защитную электронику троллейбуса, которая служит для повышения уровня безопасности пассажиров. Например, троллейбус не двинется с места при открытых пассажирских дверях или при отсутствии воздуха в тормозной системе.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Устройство и описание работы троллейбуса
После изобретения электродвигателя в 19 веке неизбежно возникла мысль об использовании его в качестве двигателя для транспортного средства. Одной из задач, стоявших перед изобретателями – это решение проблемы источника питания для силового привода. Проще всего это можно было решить, используя аккумуляторные батареи, установленные непосредственно на машине.
Однако их относительно низкая емкость приводила к тому, что для получения более – менее приемлемых результатов по скорости и продолжительности движения батареи занимали много места и коэффициент полезного действия такого транспортного средства оказывался крайне низок.
Кстати, даже в настоящее время, когда был достигнут значительный прогресс в создании высокоемкостных аккумуляторных батарей и высокотехнологичных интеллектуальных систем управления двигателем, электромобили не могут составить серьезную конкуренцию автомобилям с двигателями внутреннего сгорания.
Другой путь, путь использования внешнего источника питания, приводит к возникновению новой проблемы – проблемы передачи электрического тока от внешнего источника к движущему транспортному средству. При решении ее пути развития электротранспорта разошлись по нескольким самостоятельным, в чем — то схожим, в чем – то различным направлениям.
При использовании однопроводной схемы питания электропривода транспортное средство должно быть надежно соединено с землей. Это обеспечивается установкой его на металлические хорошо заземленные рельсы. Съем тока производится токоприемником. На электровозах и трамваях токоприемники, установленные на крыше, прижимаются пружиной к контактному проводу, находящемуся под напряжением.
На поездах метрополитена токосъем осуществляется через специальный рельс, расположенный на стене тоннеля и скользящий по нему токоприемник, находящийся на кузове вагона. Достоинством однопроводной схемы питания с заземленным корпусом является абсолютная безопасность от поражения электрическим током, поскольку потенциал электрического напряжения между землей и кузовом будет равен нуля при любых неисправностях электрооборудования транспортного средства. Это обстоятельство является немаловажным, учитывая высокое напряжение питания силового электропривода (от 550 водьт для трамвая до нескольких тысяч вольт для электровоза). Ну а основной недостаток – это строго фиксируемый маршрут движения, определяемый проложенными рельсами.
Двухпроводная схема питания электропривода предполагает изоляцию транспортного средства от земли и, соответственно, наличие двух токосъемников (троллейбус). С позиции сегодняшнего дня можно дать следующее определение:
Троллейбус (Trolleybus) – это транспортное средство, использующее двухпроводную схему питания силового электропривода от внешнего источника (контактной сети) и предназначенного для перевозки людей или грузов. Для увеличения маневренности (при отсутствии контактной сети и на ограниченное расстояние) на троллейбусе может быть установлен двигатель внутреннего сгорания как вспомогательный привод или использована аккумуляторная батарея как альтернативный источник электрического тока.
Как видим, отсутствие необходимости в рельсах позволило троллейбусу быть более маневренным в пределах некоторого диапазона отклонения от контактной сети (обычно это 4 – 5 метров), что немаловажно при движении в городских условиях. Однако с другой стороны возросла опасность поражения электрическим током из-за возможной утечки его на корпус троллейбуса. Это потребовало дополнительных мер для улучшения изоляции электрических цепей и создания систем для контроля токов утечки.
Прародителем современного троллейбуса можно считать «Electromote», созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом в 1882 году.
В наше время троллейбус мало похож на этот самодвижущий электрический экипаж, однако идея использования электродвигателя с питанием от внешнего источника через контактные провода в качестве силового привода получила свое дальнейшее развитие и распространение. В разное время вид и технические характеристики троллейбуса менялись.
Троллейбус в музее города Сэндтофт (Sandtoft), Англия
Первый советский троллейбус ЛК-1
Троллейбус фирмы Хесс (Hess), Швейцария
Современный троллейбус по конструкции близок к автобусу, тем более что они предназначены в основном для одних и тех же целей – перевозки пассажиров в городах. Однако в силу своей специфики конструкция троллейбуса имеет существенные отличия.
Если в автобусах, где при использовании двигателя внутреннего сгорания, необходимы сцепление и коробка передач, трансмиссия троллейбуса значительно проще. Тяговый электродвигатель (1) через карданный вал (2) передает усилие на редуктор заднего ведущего моста (3). Поскольку диапазон частоты вращения двигателя достаточно велик, от нуля на остановке до 4000 об/мин при максимальной скорости, необходимы специальное устройство для регулирования тока, протекающего через двигатель. Существуют несколько хорошо отработанных принципов построения таких устройств (систем управления).
В основном можно выделить следующие системы управления:
Неотъемлемым атрибутом троллейбуса являются токоприемники, необходимые для передачи электроэнергии от контактной сети к силовому электроприводу. Конструкция токоприемника должна обеспечивать надежный токосъем в диапазоне скоростей движения при допустимом отклонении троллейбуса от контактной сети. В качестве примера рассмотрим токоприемник троллейбуса Зиу682.
Токоприемник состоит из металлической или пластмассовой трубы 4, внутри которой проложен провод 2, соединяющий аппараты троллейбуса с башмаком токоприемника 8. Основание 1 жестко соединено с крышей троллейбуса через фарфоровые изоляторы для предотвращения утечки тока. Конструкция соединения трубы и основания позволяет токоприемнику свободно перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскости. Пружины 3 предназначены для надежного прижима головки 5 к контактному проводу (14 – 16 кГ). Для предотвращения обрыва контактной сети при зацепе головки, крепление башмака устроено таким образом, что при возникновении такой ситуации происходит его стягивание. После этого башмак удерживается на токоприемнике башмакоуловителем 6.
Конструкция крепления головки 2 к башмаку 1 позволяет ей свободно вращаться и оставаться параллельной контактному проводу независимо от вертикального и горизонтального перемещения токоприемника. Токосъем осуществляется через сменяемую графитную или меднографитную вставку 4, а щечки 3 головки препятствуют отрыву от контактного провода.
Из других особенностей отличия троллейбуса от автобуса можно отметить широкое использование вспомогательных электрических агрегатов. В частности:
В заключение, укажем на еще на некоторые особенности устройств с тяговым электроприводом, в частности троллейбусов. Это возможность перевода электродвигателя в режим генератора и использование этого для электрического торможения. Кроме этого, ток, вырабатываемый за счет кинетической энергии движущегося троллейбуса можно возвращать обратно в контактную сеть, т. н. рекуперативное торможение.
Поскольку тяговый электродвигатель напрямую связан с задним мостом, изменение направления движения троллейбуса осуществить легко. Для этого достаточно просто изменить направление движения тока через якорную обмотку двигателя.
На чем едет троллейбус
Если Вы живете в городе, то, скорее всего, часто встречаетесь с электротранспортом. В этой статье рассмотрим принцип работы, недостатки и преимущества трамвая и троллейбуса с точки зрения электрической части. Возможно, возникали вопросы: «Почему над троллейбусом два провода, а над трамваем один?», «Зачем трамваю ездить по рельсам?».
Электроснабжение транспортного хозяйства бывает двух типов: централизованное и децентрализованное. В первом случае одна мощная подстанция производит питание прилегающей к ней большой контактной сети (целая ветка), разбитой на участки, которые расположены на разном расстоянии от подстанции. Во втором случае каждый участок сети питается от двух или одной маломощной подстанции. На линии возле подстанции размещается изолятор, который разделяет ее на два участка. Это более надежный способ, потому что при выходе из строя подстанции, всегда можно запитать аварийный участок от соседней.
Схема электроснабжения трамвая и троллейбуса изображена на рисунке 1. Для того чтобы питать контактную сеть, электрическая энергия проходит ряд преобразований: на электростанции (1) вырабатывается электроэнергия и передается на подстанцию (2), которая повышает напряжение для уменьшения потерь при транспортировке по высоковольтным линиям электропередач ЛЕП (3) на большое расстояние. В городе, на понижающей подстанции (4) происходит уменьшение напряжение до 6 или 10 кВ. Далее кабельными линиями (5) происходит соединение с тяговыми подстанциями (6), в которых и происходит преобразование переменного тока в постоянный с напряжением 600В. Контактная сеть (8,9) запитывается от тяговых подстанций. Номинальное напряжение для токоприемника передвижных составов считается 550В.
С троллейбусной контактной сетью немного иначе. Здесь корпус изолирован от соприкосновения с землей (контакт только через резиновые покрышки). Таким образом, контактная сеть состоит из двух проводов, один из которых плюс, а второй – минус (смотри рисунок 2). Но возникает опасность короткого замыкания при появлении контакта между двумя проводами контактной сети. Такое может получится при сильном ветре или падении троллей.
Токосъемник троллейбуса – это обычно штанга. Есть случаи, когда в городе трамваи используют штанговые токоприемники, тогда трамвай и троллейбус могут осуществлять движение по одной контактной сети.
У трамваев есть вероятность, что обратный тяговый ток уйдет в землю, так могут образовываться блуждающие токи, которые плохо влияют на пролегающие вблизи трубы, кабели.
Корпус трамвая постоянно соединен с землей, а вот троллейбус изолирован от нее. Из-за этого в троллейбусе ведется жесткий контроль по утечке тока на корпус. Есть возможность поражения электрическим током при посадке/высадке, когда вы одновременно касаетесь корпуса и земли.
Контактная сеть троллейбуса или почему мы едем медленнее чем нам хотелось бы)
Все вы видели, как троллейбус на прямой ровной дороге едет медленно, или на долгом повороте еле тащится. Раньше меня это раздражало, а потом я познакомился с контактной сетью (дальше КС). Все что будет описано дальше, упрощено для лучшего восприятия.
1. Шины грузовой компенсации.
Нужны нашей КС что бы при перепадах температур, провода не обвисали при жаре или не рвались при лютом морозе. Скорость прохождения до 20км\ч. Скорость установлена не просто так, эти планки на проводах могут повернуться или погнуться и на большой скорости зацепишься и будешь собирать провода по земле, а если не повезет то еще и рога загнешь в каральку.)
2. Кривые малого радиуса.
3. Стрелки. Автоматические и сходные.
Ну на пикабу обсуждали уже много раз. Скорость прохождения стрелок до 10км\ч. На автоматических стрелках штанги могут уйти не туда, разойтись на провода разных направлений ну и конечно слететь весело брякая по крыше и проводам. Обычно более опытные водители проходят их вообще пешком скоростью не более 5км\ч. Делается это от греха подальше, что бы потом не прыгать вокруг троллейбуса и подвергать свою жизнь опасности.
Служат нам так же как и перекрестки на дорогах, скорость прохождения до 20км\ч. Опять таки опытные водители снижают скорость еще больше.
5. Секционный изолятор
Скорость проезда на нем не ограничена)))
Так же вот копипаста с ПТЭ водителя троллейбуса.
Наибольшая скорость движения троллейбусов на перегонах устанавливается организацией ГЭТ с соблюдением требований, приведенных в ПДД и настоящих правилах.
Водитель должен вести троллейбус со скоростью, не превышающем установленного ограничения, учитывая при этом интенсивность движения, состояние и наполнение троллейбуса, дорожные и метеорологические условия, в частности видимость в направлении движения.
При возникновении опасности для движения, которую водитель в состоянии обнаружить, он должен принять возможные меры к снижению скорости вплоть до полной остановки троллейбуса.
Скорость движения не должна превышать, км/ч:
40 — на спусках от 4,0 (40) до 5,0 (50) % (‰),
35 — на спусках свыше 5,0 (50) до 7,0 (70) % (‰),
30 — на спусках свыше 7,0 (70) до 9,0 (90) % (‰),
20 — на железнодорожных переездах, при прохождении воздушных пересечений контактной сети, при прохождении шин грузовой компенсации контактной сети, при буксировке троллейбуса, при проезде мест, где на проезжей части улицы ведутся какие-либо работы;
15 — при проезде мимо шествий, колонн воинских частей, при проезде мимо стоящих трамвайных вагонов или объезде остановившихся в пути троллейбусов или автотранспорта, при плохой видимости лежащих впереди участков пути, при прохождении кривых малого радиуса (до 70 м);
10 — при прохождении воздушных стрелок контактной сети;
5 — при проезде мест скопления пешеходов, при движении назад, при движении в пределах депо, при плохой видимости (густом тумане и метели), при движении троллейбуса с предельным отклонением штанг токоприемника от оси подвески контактного провода, на участке дороги, покрытой водой (или мокрым снегом).
1. Запрещается движение троллейбусов, если дорога покрыта водой (или мокрым снегом) на высоту более 150 мм.
2. В осенне-зимний период в условиях гололеда допускаемая скорость, должна быть уменьшена вдвое.
На горных дорогах, проходящих за чертой города, в том числе и на затяжных спусках свыше 40 ‰ (4 %) скорость движения регламентируется особыми правилами.
Скорость движения троллейбусов на участках с тяжелыми условиями движения, уклонах, путепроводах и местах, требующих особого режима движения, устанавливается организацией ГЭТ. В этих местах должны быть установлены соответствующие знаки ограничения скорости движения.
От себя добавлю. Троллейбусы могут гонять и они гоняют по ночам(когда дороги пусты). Но у нас в обязанности входит обеспечение безопасности движения и обеспечение сохранности подвижного состава поэтому днем мы ездим соблюдая все осторожности.
Если вам интересно на что способен троллейбус в плане маневрирования, то каждый год проводится конкурс водителей и обычно в этот день двери депо открыты для всех, сходите и посмотрите на езду по полигону.
