На чем работает трамвай
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.
ОБОРУДОВАНИЕ ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАМВАЕ.
Трамвай относится к общественному электро-транспорту, который предназначен для перевозки пассажиров и соединения в единое целое всех районов города. Трамвай приводится в движения четырьмя мощными электро-двигателями, получающими питание от контактной сети и отдающим назад в рельс и движущимся по рельсовому полотну.
В городе используются трамваи марки КТМ Усть – Катавского вагонно-строительного завода. Общие сведения о подвижном составе:
— высокая скорость движения, которая обеспечивается четырьмя мощными электро-двигателями, позволяющими развивать максимальную скорость вагона до 65 км/ч.
— большая вместимость, обеспечивается за счёт уменьшения количества сидящих мест и увеличения накопительных площадок, а так же за счёт соединения вагонов состав, а на новых трамвайных вагонах за счёт сочленения вагонов путём увеличения их длины и ширины. Благодаря этому их вместимость колеблется от 120 до 200 человек.
— безопасность движения, обеспечивается за счёт быстро действующих тормозов:
Электро-динамический тормоз. Торможения за счёт двигателя, используется для гашения скорости.
Аварийный электро-динамический тормоз. Используют для гашения скорости если пропало напряжение в контактной сети.
Барабанно-колодочный тормоз. Используется для остановки вагона и как стояночный тормоз.
Рельсовый тормоз. Используется для экстренной остановки в аварийной ситуации.
— комфортабельность обеспечивается за счёт подрессоривание кузова, установки мягких сидений, отопления и освещения.
Всё оборудование делится на механическое и электрическое. По назначению бывают пассажирские, грузовые и специальные.
Специальные вагоны делятся на снегоочистительные, рельсошлифовальные и вагоны-лаборатории.
Основной недостаток трамвая это малая манёвренность, если один встал то другие трамваи за ним то же остановились.
РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ТРАМВАЯ.
Трамвай движется в трёх режимах: тяги, выбега и торможения.
Режим тяги.
На трамвае действует сила тяги, она создаётся четырьмя тяговыми электро-двигателями и направлена в сторону движения трамвая. Силы сопротивления мешают движению, это может быть встречный ветер, профиль рельса или техническое состояние трамвая. Если трамвай неисправен силы сопротивления увеличиваются. Вес вагона направлен вниз тем самым обеспечивая сцепление колеса с рельсом. Нормальное движение трамвая будет при соблюдении условия когда сила тяги меньше силы сцепления (F тяги F сцепления), при этом колесо начинает вращаться на месте, то есть начинает буксовать. При буксовании происходит поджог контактного провода, выход из строя электрооборудования трамвая, появляются выбоины на рельсах. Чтобы буксования не было, при плохой погоде водитель должен плавно переводить рукоятку по ходовым позициям трамвая.
Режим выбега.
В режиме выбега двигатели отключаются от контактной сети и трамвай движется по инерции. Этот режим используется для экономии электроэнергии и для проверки технического состояния трамвая.
Режим торможения.
В режиме торможения включаются тормоза и появляется тормозная сила направленная в противоположную сторону движения трамвая. Нормальное торможение будет при условии, когда сила торможения меньше силы сцепления (F торможения
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Спецпроект “Трамвай” — как работает самый романтичный транспорт?
Гипнотическая медлительность трамвая и его звенящий, заливистый сигнал будоражили городских романтиков еще сто лет назад, да и, пожалуй, в следующем веке альтернативы очаровательным вагончикам не найдется. “Хорошие новости” провели целый день на рельсах и готовы рассказать о трамваях очень любопытные инсайды.
Ноль целых ноль десятых
Красавица Наташа Павлова вышагивает вдоль рельсов и объясняет: “Трамвай можно водить в обуви на каблуках, если они не выше четырех сантиметров. Перед выездом могут прямо с рулеткой обмерить! Это так же важно, как у врача осмотр пройти”. “А в трубку будете на медосмотре дуть?”, — спрашиваю.
“Ну если для фотосессии, то дуну, конечно. А так-то обычно после праздников дуем, ну или если водитель как-нибудь загадочно себя ведет”.
Алкотестер показывает у Наташи абсолютный ноль, тонометр намерил давление 130 на 80 — можно в космос лететь.
Хотя по сложности управления трамвай, конечно, не космолет “Буран”, ответственность на водителях лежит недюжинная, и здоровья они, в основном, крепкого.
Это наш “вежливый трамвай”. Водитель называет его “иномаркой” — непонятно, почему, ведь разработан и построен вагон в Усть-Катаве.
По салону тут и там наклеены стикеры с вежливыми слоганами, ну и вообще машина создает впечатление образцовой.
Пользуясь терминологией историков, оговоримся: это не “потемкинский” трамвай. Просто водители стараются держать все трамваи в полном порядке, ведь среди тружеников шпалы и пантографа постоянно проходят соревнования профессионального мастерства. В этом году Наталья Павлова заняла в конкурсе третье место.
Если вы угнали трамвай
Наташа хочет уточнить — что именно нужно продемонстрировать в управлении трамваем. Объясняю, что надо как в видеоигре GTA (“Большой автоугон”), когда на все про все пять кнопок и десять секунд времени. Ага, говорит, ну сначала надо запустить бортовую электронику: рубильник рядом с аккумулятором в самом хвосте вагона, за откидной дверцей.
Когда аккумулятор запущен, можно проследовать в кабину и поднять канатом пантограф — те самые “рога” на крыше вагона. Штука очень тяжелая и тугая.
Нога (в нашем случае ножка) водителя всегда давит педаль. Если педаль отпустить, срабатывает тормозная система и трамвай начинает заливисто звенеть. Так что без водителя в кабине вагон никуда не поедет, даже если в него вселится какой-нибудь Скайнет.
Слева выделен рычаг, который по сути педаль газа (правильное название — контроллер). Тумблер посередине отвечает за диапазон скоростей: в маневровом режиме трамвай перемещается практически шепотом. Чтобы двигаться по городу, переключаемся в «рабочий режим». Блок кнопок справа — управление тормозными системами.
“На сегодня аварий по плану нет”
“На сегодня аварий по плану нет” — это такая присказка на удачу, говорится перед рейсом. Хотя у трамвая четыре дублирующих друг друга системы тормозов и довольно невысокая максимальная скорость (больше 70 км/ч разгонять по «железке» уже очень страшно), ДТП с рельсовым транспортом происходят чуть ли не каждую неделю, в основном трамвайчики выходят “потерпевшими”.
Вообще, трамвай можно считать едва ли не самым быстрым общественным транспортом: если рельсы свободны, он (в среднем) движется практически как маршрутка. Путь от депо №2 до конечной на Чичерина со всеми остановками занимает чуть меньше 40 минут. Автор этих строк на личном авто преодолел этот путь (разумеется, соблюдая все правила дорожного движения) за 33 минуты.
Самая главная в трамвае кнопка — звонок. С помощью звонка вагон движется по городу вдвое быстрее: если не звенеть на перекрестках, 18-тонную махину будут постоянно блокировать автомобилисты, вставшие на рельсы. Мы подготовили timelapse видео, на котором хорошо виден “прерывистый” режим движения в удачный день — на рельсы никто не прется, не хамит. А вы блокируете трамвайное движение на перекрестках и при развороте? Позорище, не мешайте трамвайчику!
Самый первый пассажир
В 6:41 “вежливый трамвай” 19-го маршрута выходит в рейс. Первый пассажир садится в районе Каслинской. Иван Петрович — пенсионер, каждый день едет первым трамваем до конечной, там пересаживается в пригородную маршрутку и отправляется на дачу. Первым делом, завидев фотоаппарат, сетует: “Надо было в институте на пятерки учиться, не пришлось бы так рано вам на работу вставать”. Говорит так, что не поспоришь, поэтому отныне буду возить красный диплом инженера-конструктора с собой.
Остальные пассажиры
У нас по ходу пьесы еще одна задача: проверить пассажирскую бдительность. Оставляем на кресле холщовую сумку, вроде как без хозяина. К кондуктору один за другим подходят наши невольные подопытные попутчики: “Там сумка лежит”, “Проверьте, чья сумка”, “Вы посмотрите, что внутри?”. И так каждые две минуты. Успокаиваем и благодарим за внимательность.
Трамвай и желание
Смена водителя длится 12 часов, а чтобы выучиться потребуется 5,5 месяцев. Есть расхожее мнение, что рулят по рельсам только девушки, и есть даже вполне правдоподобная версия, почему так: в нашей стране, которая вечно готовится дать отпор иностранному врагу, тыловые паровозы должны были вести к победе именно представительницы слабого пола. На нынешний момент водителей-мужчин тоже много, так что предрассудки остаются предрассудками.
Еще один миф вокруг электротранспорта это то, что, мол, техника уж сильно устаревшая и уставшая. На самом деле, сегодняшний трамвай по уровню комфорта и оснащения кабины — транспорт самого что ни есть будущего. Самыми крутыми тачками поощряют лучших молодых водителей, к слову.
О строительстве супертрамваев, о “второй молодости” старых вагонов, о том, как сэкономить на покупке вагона 60 миллионов и почему самая современная машина пылится в ангаре — расскажем во второй части нашего спецпроекта. Вот вам пара фотографий для затравки.
За увлекательнейшую экскурсию благодарим водителя трамвая Наталью Павлову и руководителя аппарата МУП «ЧелябГЭТ» Сергея Слесаренко.
Как получает питание городской и междугородний электрический транспорт
Городской и междугородний электротранспорт стали для современного человека привычными атрибутами его повседневной жизни. Мы давно уже не задумываемся о том, как этот транспорт получает питание. Все знают, что автомобили заправляют бензином, педали велосипедов крутят ногами велосипедисты. Но как же питаются электрические виды пассажирского транспорта: трамваи, троллейбусы, монорельсовые поезда, метро, электропоезда, электровозы? Откуда и как подается к ним движущая энергия? Давайте поговорим об этом.
В былые времена каждое новое трамвайное хозяйство было вынуждено иметь собственную электростанцию, поскольку электрические сети общего пользования еще не были в достаточной степени развиты. В 21 веке энергия для контактной сети трамваев подается от сетей общего назначения.
Питание осуществляется постоянным током относительно невысокого напряжения (550 В), которое было бы просто не выгодно передавать на значительные расстояния. По этой причине вблизи трамвайных линий размещены тяговые подстанции, на которых переменный ток из сети высокого напряжения преобразуется в постоянный ток (с напряжением 600 В) для контактной сети трамвая. В городах, где ходят и трамваи и троллейбусы, данные виды транспорта обычно имеют общее энергохозяйство.
На территории бывшего Советского Союза представлены две схемы электроснабжения контактных сетей для трамваев и троллейбусов: централизованная и децентрализованная. Централизованная появилась первой. В ней крупные тяговые подстанции, оснащенные несколькими преобразовательными агрегатами, обслуживали все прилегающие к ним линии, или линии, находящиеся на расстоянии до 2 километров от них. Подстанции данного типа располагаются сегодня в районах высокой плотности трамвайных (троллейбусных) маршрутов.
Децентрализованная система начала формироваться после 60-х годов, когда стали появляться вылетные линии трамваев, троллейбусов, метро, как то из центра города вдоль шоссе, в отдаленный район города и т. п.
Здесь на каждые 1-2 километра линии установлены тяговые подстанции малой мощности с одним или двумя преобразовательными агрегатами, способные питать максимум два участка линии, причем каждый участок на конце может подпитываться соседней подстанцией.
Так потери энергии оказываются меньше, ибо фидерные участки выходят короче. К тому же если на одной из подстанций случится авария, участок линии все равно останется под напряжением от соседней подстанции.
У троллейбуса контактная сеть разделена секционными изоляторами на изолированные друг от друга сегменты, каждый из которых присоединен к тяговой подстанции при помощи фидерных линий (воздушных или подземных). Это легко позволяет производить избирательное отключение отдельных секций для ремонта в случае их повреждения. Если неисправность случится с питающим кабелем, возможна установка перемычек на изоляторы, чтобы запитать пострадавшую секцию от соседней (но это нештатный режим, связанный с риском перегрузки фидера).
Тяговая подстанция понижает переменный ток высокого напряжения от 6 до 10 кВ и преобразует его в постоянный, с напряжением 600 вольт. Падение напряжения на любой точке сети, согласно нормативам, не должно быть более 15%.
Троллейбусная контактная сеть отличается от трамвайной. Здесь она двухпровдная, земля не используется для отвода тока, поэтому данная сеть устроена сложнее. Провода располагаются друг от друга на небольшом расстоянии, поэтому требуется особо тщательная защита от сближения и замыкания, а также изоляция на местах пересечений троллейбусных сетей между собой и с трамвайными сетями.
Поэтому на местах пересечений устанавливаются специальные средства, а также стрелки на местах ветвлений. Кроме того выдерживается определенное регулируемое натяжение, предохраняющее от захлестов проводов во время ветра. Вот почему для питания троллейбусов используются штанги — другие приспособления просто не позволят соблюсти все эти требования.
Штанги троллейбусов чувствительны к качеству контактной сети, ведь любой ее дефект может послужить причиной соскока штанги. Есть нормы, согласно которым угол излома в месте крепления штанги не должен быть более 4°, а при повороте на угол более 12° устанавливаются кривые держатели. Токосъемный башмак движется вдоль провода и не может поворачивать вместе с троллейбусом, поэтому здесь необходимы стрелки.
Во многих городах земного шара с недавних пор ходят монорельсовые поезда: в Лас-Вегасе, в Москве, в Торонто и т.д. Их можно встретить в парках развлечений, в зоопарках, монорельсы используются для обзора местных достопримечательностей, и, конечно, для городского и пригородного сообщения.
Некоторые монорельсовые поезда устроены таким образом, что как-бы насажены на колею сверху, подобно тому, как человек сидит верхом на лошади. Некоторые монорельсы подвешиваются к балке снизу, напоминая гигантский фонарь на столбе. Безусловно, монорельсовые дороги более компактны чем обычные железные дороги, но их строительство обходится дороже.
Некоторые монорельсы имеют не только колеса, но и дополнительную опору на основе магнитного поля. Московский монорельс, например, движется как раз на магнитной подушке, создаваемой электромагнитами. Электромагниты находятся в подвижном составе, а в полотне направляющей балки — стоят постоянные магниты.
В зависимости от направления тока в электромагнитах подвижной части, монорельсовый поезд движется вперед или назад по принципу отталкивания одноименных магнитных полюсов — так работает линейный электродвигатель.
Кроме резиновых колёс у монорельсового поезда есть ещё и контактный рельс, состоящий из трёх токоведущих элементов: плюс, минус и земля. Напряжение питания линейного двигателя монорельса — постоянное, равное 600 вольт.
Электропоезда метрополитена получают электричество от сети постоянного тока — как правило, от третьего (контактного) рельса, напряжение на котором составляет 750—900 Вольт. Постоянный ток получают на подстанциях из переменного тока с помощью выпрямителей.
Контакт поезда с контактным рельсом осуществляется через подвижный токосъемник. Располагается контактный рельс права от путей. Токосъемник (так называемая «токоприемная лапа» ) находится на тележке вагона, и прижимается к контактному рельсу снизу. Плюс находится на контактном рельсе, минус — на рельсах поезда.
Кроме силового тока, по путевым рельсам течет и слабый «сигнальный» ток, необходимый для работы блокировки и автоматического переключения светофоров. Также по рельсам передается информация в кабину машиниста о сигналах светофоров и разрешенной скорости движения поезда метро на данном участке.
Электровозом называют локомотив, движимый тяговым электродвигателем. Двигатель электровоза получает питание от тяговой подстанции через контактную сеть.
Электрическая часть электровоза в целом содержит не только тяговые двигатели, но и преобразователи напряжения, а также аппараты, подключающие к сети двигатели и прочее. Токоведущее оборудование электровоза находится на его крыше или капотах, и предназначено для соединения электрооборудования с контактной сетью.
Регулировка тягового усилия и скорости движения электровоза достигается изменением напряжения на якоре двигателя и варьированием коэффициента возбуждения на коллекторных двигателях, или подстройкой частоты и напряжения питающего тока на асинхронных двигателях.
Регулирование напряжения выполняется несколькими способами. Изначально на электровозе постоянного тока все его двигатели соединены последовательно, и напряжение на одном двигателе восьмиосного электровоза составляет 375 В, при напряжении в контактной сети 3 кВ.
Преобразователи электроэнергии внутри электровоза необходимы для изменения рода тока и понижения напряжения контактной сети до необходимых величин, соответствующих требованиям тяговых электродвигателей, вспомогательных машин и прочих цепей электровоза. Преобразование осуществляется прямо на борту.
На электровозах переменного тока для понижения входного высокого напряжения предусмотрен тяговый трансформатор, а также выпрямитель и сглаживающие реакторы для получения постоянного тока из переменного. Для питания вспомогательных машин могут устанавливаться статические преобразователи напряжения и тока. На электровозах с асинхронным приводом обоих родов тока применяются тяговые инверторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток регулируемого напряжения и частоты, подаваемый на тяговые двигатели.
Электропоезд или электричка в классическом виде берет электричество с помощью токоприемников через контактный провод или контактный рельс. В отличие от электровоза, токоприемники электрички располагаются как на моторных вагонах, так и на прицепных.
Если ток подается на прицепные вагоны, то моторный вагон получает питание через специальные кабели. Токосъем обычно верхний, с контактного провода, осуществляется он токосъемниками в форме пантографов (похожих на трамвайные).
Обычно токосъем однофазный, но существует и трёхфазный, когда электропоезд использует токоприёмники специальной конструкции для раздельного контакта с несколькими проводами или контактными рельсами (если речь идет о метро).
Электрооборудование электрички зависит от рода тока (бывают электропоезда постоянного тока, переменного тока или двухсистемные), типа тяговых двигателей (коллекторные или асинхронные), наличия или отсутствия электрического торможения.
В основном электрическое оборудование электропоездов схоже с электрооборудованием электровозов. Однако на большинстве моделей электропоездов оно размещено под кузовом и на крышах вагонов для увеличения пассажирского пространства внутри. Принципы управления двигателями электропоездов примерно те же, что и на электровозах.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
