Ellok

Ellok Škoda ChS4-109. Moskva - Odessa -tåget i Vinnytsia järnvägsstation .
ČSD klass E 499.3
Siemens ES64U4 är den nuvarande bekräftade innehavaren som det snabbaste elektriska loket vid 357 km/h (222 mph) 2006.
En British Rail Class 91 på London King's Cross station.

Ett elektriskt lok är ett lok som drivs av elektricitet från luftledningar , en tredje skena eller energilagring ombord som ett batteri eller en superkondensator . Lok med omborddrivna drivmotorer , såsom dieselmotorer eller gasturbiner , klassas som dieselelektriska eller gasturbinelektriska och inte som elektriska lok, eftersom kombinationen av elektrisk generator och motor endast fungerar som ett kraftöverföringssystem .

Ellok drar nytta av elmotorernas höga verkningsgrad, ofta över 90 % (exklusive ineffektiviteten i att generera elektriciteten). Ytterligare effektivitet kan uppnås genom regenerativ bromsning , vilket gör att kinetisk energi kan återvinnas under bromsning för att få tillbaka kraften på linjen. Nyare elektriska lok använder AC motor-inverter drivsystem som ger regenerativ bromsning. Ellok är tysta jämfört med diesellok eftersom det inte finns något motor- och avgasljud och mindre mekaniskt buller. Bristen på fram- och återgående delar gör att elektriska lok är lättare på banan, vilket minskar spårunderhållet. Kraftverkskapaciteten är mycket större än någon enskild lokomotiv, så elektriska lok kan ha en högre effekt än diesellokomotiv och de kan producera ännu högre kortvarig överspänningskraft för snabb acceleration. Ellok är idealiska för pendeltågstrafik med täta stopp. Ellok används på godssträckor med genomgående höga trafikvolymer eller i områden med avancerade järnvägsnät. Kraftverk, även om de förbränner fossila bränslen, är mycket renare än mobila källor som lokomotivmotorer. Kraften kan också komma från koldioxidsnåla eller förnybara källor , inklusive geotermisk kraft , vattenkraft , biomassa , solkraft , kärnkraft och vindkraftverk . Ellok kostar vanligtvis 20 % mindre än diesellok, deras underhållskostnader är 25-35 % lägre och kostar upp till 50 % mindre i drift.

Den största nackdelen med elektrifiering är den höga kostnaden för infrastruktur: luftledningar eller tredje järnväg, transformatorstationer och kontrollsystem. Allmän politik i USA stör elektrifieringen: högre fastighetsskatter läggs på privatägda järnvägsanläggningar om de är elektrifierade. [ citat behövs ] EPA reglerar avgasutsläpp på lokomotiv och marinmotorer, liknande bestämmelserna om utsläpp från bilar och lastbilar, för att begränsa mängden kolmonoxid, oförbrända kolväten, kväveoxider och sotproduktion från dessa mobila kraftkällor. Eftersom järnvägsinfrastrukturen är privatägd i USA, är järnvägarna ovilliga att göra de nödvändiga investeringarna för elektrifiering. I Europa och på andra håll anses järnvägsnäten vara en del av den nationella transportinfrastrukturen, precis som vägar, motorvägar och vattenvägar, så finansieras ofta av staten. [ citat behövs ] Operatörer av rullande materiel betalar avgifter enligt järnvägsanvändning. Detta möjliggör de stora investeringar som krävs för den tekniskt och på lång sikt även ekonomiskt fördelaktiga elektrifieringen.

Historia

Likström

1879 Siemens & Halske försökståg
EL-1 elektriskt lokomotiv från Baltimore Belt Line, USA 1895: Ångloket togs inte loss för passage genom tunneln. Den överliggande ledaren var en ∩ sektionsstång på den högsta punkten i taket, så en flexibel, platt strömavtagare användes
Alco-GE Prototyp Class S-1 , NYC & HR nr. 6000 (DC)
En Milwaukee Road klass ES-2 , ett exempel på en större steeplecab switcher för en elektrifierad tung järnväg (DC) 1916

Det första kända elektriska loket byggdes 1837 av kemisten Robert Davidson från Aberdeen , och det drevs av galvaniska celler (batterier). Davidson byggde senare ett större lokomotiv vid namn Galvani , utställt på Royal Scottish Society of Arts Exhibition 1841. Det sju ton tunga fordonet hade två direktdrivna reluktansmotorer , med fasta elektromagneter som verkar på järnstänger fästa vid en träcylinder på varje axel, och enkla kommutatorer . Den drog en last på sex ton i fyra miles per timme (6 kilometer i timmen) en sträcka på en och en halv miles (2,4 kilometer). Den testades på Edinburgh och Glasgow Railway i september följande år, men den begränsade kraften från batterier hindrade dess allmän användning. Den förstördes av järnvägsarbetare, som såg den som ett hot mot deras anställningstrygghet.

Det första elektriska persontåget presenterades av Werner von Siemens i Berlin 1879. Loket drevs av en 2,2 kW serielindad motor och tåget, bestående av loket och tre vagnar, nådde en hastighet av 13 km/h . Under fyra månader transporterade tåget 90 000 passagerare på ett 300 meter långt (984 fot) cirkulärt spår. Elen (150 V DC) tillfördes genom en tredje isolerad skena mellan spåren. En kontaktrulle användes för att samla upp elen.

Världens första elektriska spårvagnslinje öppnade i Lichterfelde nära Berlin, Tyskland, 1881. Den byggdes av Werner von Siemens (se Gross-Lichterfelde Spårväg och Berlin Straßenbahn ). Volks elektriska järnväg öppnade 1883 i Brighton. Också 1883 Mödling och Hinterbrühl Spårvagn nära Wien i Österrike. Den var den första i världen i reguljär trafik som drevs från luftledning. Fem år senare, i USA var elektriska vagnar pionjärer 1888 på Richmond Union Passenger Railway , med hjälp av utrustning designad av Frank J. Sprague .

De första elektrifierade ungerska järnvägslinjerna öppnades 1887. Budapest (Se: BHÉV ): Ráckeve -linjen (1887), Szentendre -linjen (1888), Gödöllő -linjen (1888), Csepel -linjen (1912).

Mycket av den tidiga utvecklingen av elektriska rörelser drevs av den ökande användningen av tunnlar, särskilt i stadsområden. Rök från ånglok var skadlig och kommunerna var alltmer benägna att förbjuda användningen av dem inom sina gränser. Den första elektriskt arbetade tunnelbanelinjen var City and South London Railway , föranledd av en klausul i dess bemyndigandelag som förbjöd användningen av ångkraft. Det öppnade 1890, med hjälp av elektriska lokomotiv byggda av Mather och Platt . Elektricitet blev snabbt den strömförsörjning som valdes för tunnelbanor, understödd av Spragues uppfinning av tågstyrning med flera enheter 1897. Yt- och förhöjda snabbtransitsystem använde i allmänhet ånga tills de tvingades konvertera genom förordning.

Den första användningen av elektrifiering på en amerikansk huvudlinje var på en fyra mil lång sträcka av Baltimore Belt Line i Baltimore och Ohio Railroad (B&O) 1895 som förbinder huvuddelen av B&O med den nya linjen till New York genom en serie av tunnlar runt kanterna av Baltimores centrum. Parallella spår på Pennsylvania Railroad hade visat att kolrök från ånglok skulle vara en stor driftsfråga och en allmän olägenhet. Tre Bo+Bo- enheter användes initialt, EL-1-modellen. Vid södra änden av den elektrifierade delen; de kopplade till loket och tåget och drog det genom tunnlarna. Järnvägsinfarter till New York City krävde liknande tunnlar och rökproblemen var mer akuta där. En kollision i Park Avenue-tunneln 1902 ledde till att New York State lagstiftande församling förbjöd användningen av rökalstrande lok söder om Harlemfloden efter 1 juli 1908. Som svar började elektriska lokomotiv att fungera 1904 på New York Central Railroad . På 1930-talet elektrifierade Pennsylvania Railroad , som hade introducerat elektriska lokomotiv på grund av NYC-regleringen, hela sitt territorium öster om Harrisburg, Pennsylvania .

Chicago, Milwaukee, St. Paul och Pacific Railroad ( Milwaukee Road ), den sista transkontinentala linjen som byggdes, elektrifierade sina linjer över Klippiga bergen och till Stilla havet med början 1915. Några östkustlinjer, särskilt Virginian . Järnvägen och Norfolk och Western Railway , elektrifierade korta delar av sina bergskorsningar. Men vid denna tidpunkt var elektrifiering i USA mer förknippat med tät stadstrafik och användningen av elektriska lok minskade inför dieseliseringen. Diesel delade några av de elektriska lokomotivens fördelar över ånga och kostnaden för att bygga och underhålla kraftförsörjningsinfrastrukturen, vilket avskräckte nya installationer, ledde till att det mesta av elektrifieringen av huvudledningar utanför nordost eliminerades. Med undantag för några fångade system (t.ex. Deseret Power Railroad ) begränsades elektrifieringen år 2000 till den nordöstra korridoren och någon tjänst som pendlar; även där sköttes godstrafiken med diesel. Utvecklingen fortsatte i Europa, där elektrifieringen var utbredd. 1 500 V DC används fortfarande på vissa linjer nära Frankrike och 25 kV 50 Hz används av höghastighetståg.

Växelström

Det första praktiska elektriska växelströmsloket designades av Charles Brown , som då arbetade för Oerlikon , Zürich. 1891 hade Brown demonstrerat långdistanskraftöverföring, med hjälp av trefas AC , mellan en vattenkraftsanläggning i Lauffen am Neckar och Frankfurt am Main West, ett avstånd på 280 km. Med hjälp av erfarenhet som han hade fått när han arbetade för Jean Heilmann med konstruktioner av ångelektriska lokomotiv, observerade Brown att trefasmotorer hade ett högre effekt-till-vikt-förhållande än DC -motorer och, på grund av frånvaron av en kommutator , var enklare att tillverka och underhålla. De var dock mycket större än dåtidens likströmsmotorer och kunde inte monteras i golvboggier : de kunde bara bäras i lokkarosser. 1896 installerade Oerlikon det första kommersiella exemplet av systemet på Luganos spårväg . Varje 30-tons lok hade två 110 kW (150 hk) motorer som drivs av trefas 750 V 40 Hz matade från dubbla luftledningar. Trefasmotorer går med konstant hastighet och ger regenerativ bromsning och är därför väl lämpade för branta rutter; 1899 levererade Brown (då i samarbete med Walter Boveri ) de första trefasloken på huvudlinjen till den 40 km långa järnvägen Burgdorf–Thun (högsta punkten 770 meter), Schweiz. Den första implementeringen av industriell frekvens enfas AC-försörjning för lok kom från Oerlikon 1901, med hjälp av designerna av Hans Behn-Eschenburg och Emil Huber-Stockar ; installationen på Seebach-Wettingen-linjen på de schweiziska federala järnvägarna slutfördes 1904. Lokomotiven på 15 kV, 50 Hz 345 kW (460 hk), 48 ton använde transformatorer och roterande omvandlare för att driva DC-traktionsmotorer.

År 1894 utvecklade den ungerska ingenjören Kálmán Kandó en ny typ av 3-fas asynkrona elektriska drivmotorer och generatorer för elektriska lokomotiv. Kandós tidiga konstruktioner från 1894 applicerades först i en kort trefasig AC-spårväg i Évian-les-Bains (Frankrike), som byggdes mellan 1896 och 1898. 1918 uppfann och utvecklade Kandó den roterande fasomvandlaren , vilket gjorde det möjligt för elektriska lok att använda trefasmotorer samtidigt som de försörjs via en enda luftledning, som bär den enkla industriella frekvensen (50 Hz) enfas AC i de nationella högspänningsnäten.

En prototyp av ett Ganz AC-ellokomotiv i Valtellina, Italien, 1901

Italienska järnvägar var de första i världen som introducerade elektrisk dragkraft för hela längden av en huvudlinje snarare än bara en kort sträcka. Den 106 km långa Valtellina-linjen öppnades den 4 september 1902, designad av Kandó och ett team från Ganz-fabriken. Det elektriska systemet var trefas vid 3 kV 15 Hz. Spänningen var betydligt högre än vad som användes tidigare och det krävde nya konstruktioner för elmotorer och kopplingsanordningar. Det trefasiga tvåtrådssystemet användes på flera järnvägar i norra Italien och blev känt som "det italienska systemet". Kandó inbjöds 1905 att ta över ledningen av Società Italiana Westinghouse och ledde utvecklingen av flera italienska elektriska lok. Under perioden av elektrifiering av de italienska järnvägarna gjordes tester för vilken typ av ström som skulle användas: i vissa sektioner fanns en 3 600 V 16 + 2 ⁄ 3 Hz trefas strömförsörjning, i andra fanns det 1 500 V DC, 3 kV DC och 10 kV AC 45 Hz matning. Efter andra världskriget valdes 3 kV likström för hela det italienska järnvägssystemet.

En senare utveckling av Kandó, som arbetade med både Ganz- fabriken och Societa Italiana Westinghouse , var en elektromekanisk omvandlare , som tillät användningen av trefasmotorer från enfas AC, vilket eliminerade behovet av två luftledningar. År 1923 konstruerades det första fasomvandlarloket i Ungern på basis av Kandós konstruktioner och serietillverkningen började strax därefter. Den första installationen, vid 16 kV 50 Hz, var 1932 på den 56 km långa delen av de ungerska statliga järnvägarna mellan Budapest och Komárom . Detta visade sig vara framgångsrikt och elektrifieringen utvidgades till Hegyeshalom 1934.

En schweizisk Re 420 leder ett godståg längs södra sidan av Gotthardbanan , som elektrifierades 1922. Man kan se masterna och linorna i kontaktledningen.

I Europa fokuserade elektrifieringsprojekt till en början på bergsregioner av flera skäl: kolförsörjningen var svår, vattenkraft var lättillgänglig och elektriska lokomotiv gav mer dragkraft på brantare linjer. Detta gällde särskilt i Schweiz, där nästan alla linjer är elektrifierade. Ett viktigt bidrag till det bredare antagandet av AC-dragkraft kom från SNCF i Frankrike efter andra världskriget . Företaget hade bedömt den industriella frekvensväxelströmsledningen som drogs genom den branta Höllentaldalen, Tyskland, som var under fransk administration efter kriget. Efter försök beslutade företaget att prestandan hos AC-lok var tillräckligt utvecklad för att alla dess framtida installationer, oavsett terräng, skulle hålla denna standard, med tillhörande billigare och effektivare infrastruktur. SNCF-beslutet, som ignorerade de 2 000 miles (3 200 km) högspänningslikström som redan installerats på franska linjer, var inflytelserik i den standard som valts för andra länder i Europa.

Pikku-Pässi , ett litet elektriskt lok från företaget Finlayson i Tammerfors , Finland, på 1950-talet

På 1960-talet elektrifierades många europeiska huvudlinjer. Den europeiska ellokstekniken hade stadigt förbättrats från 1920-talet och framåt. Som jämförelse Milwaukee Road klass EP-2 (1918) 240 t, med en effekt på 3 330 kW och en maxhastighet på 112 km/h; 1935 hade tyska E 18 en effekt på 2 800 kW, men vägde bara 108 ton och hade en maxhastighet på 150 km/h. Den 29 mars 1955 nådde det franska loket CC 7107 331 km/h. 1960 SJ-loken Dm 3 på Svenska Järnvägar rekordhöga 7 200 kW. Lok som kunde trafikera kommersiella passagerare i 200 km/h dök upp i Tyskland och Frankrike under samma period. Ytterligare förbättringar resulterade från införandet av elektroniska styrsystem, som möjliggjorde användningen av allt lättare och kraftfullare motorer som kunde monteras inuti boggierna (standardiserat från 1990-talet och framåt på asynkrona trefasmotorer, matade genom GTO-växelriktare).

På 1980-talet ledde utvecklingen av mycket höghastighetstjänster till ytterligare elektrifiering. Japanska Shinkansen och franska TGV var de första systemen för vilka hängivna höghastighetslinjer byggdes från grunden. Liknande program genomfördes i Italien , Tyskland och Spanien ; i USA var den enda nya huvudlinjen en förlängning av elektrifiering över den nordöstra korridoren från New Haven, Connecticut , till Boston, Massachusetts , även om nya elektriska lätta järnvägssystem fortsatte att byggas.

Den 2 september 2006 uppnådde ett standardtillverkat Siemens ellok av Eurosprinter-typen ES64-U4 ( ÖBB Class 1216) 357 km/h (222 mph), rekordet för ett lokdraget tåg, på den nya linjen mellan Ingolstadt och Nürnberg . Detta lokomotiv används nu i stort sett oförändrat av ÖBB för att dra deras Railjet som dock är begränsad till en topphastighet på 230 km/h på grund av ekonomiska och infrastrukturella problem.

Typer

Driftskontrollerna för VL80R godslokomotiv från ryska järnvägarna . Hjulet styr motorkraften.
Elektriskt lok som används i gruvdrift i Flin Flon, Manitoba . Detta lok är utställt och är inte i drift för närvarande.

Ett ellok kan förses med ström från

De utmärkande designegenskaperna hos elektriska lok är:

  • Typ av elektrisk kraft som används, AC eller DC .
  • Metoden för att lagra (batterier, ultrakondensatorer) eller samla in (överföring) elektrisk kraft.
  • Medlen som används för att koppla dragmotorerna till drivhjulen (förare).

Lik- och växelström

Den mest grundläggande skillnaden ligger i valet av AC eller DC. De tidigaste systemen använde DC, eftersom AC inte var väl förstått och isoleringsmaterial för högspänningsledningar inte var tillgängligt. DC-lok går vanligtvis med relativt låg spänning (600 till 3 000 volt); utrustningen är därför relativt massiv eftersom de inblandade strömmarna är stora för att kunna överföra tillräcklig effekt. Strömförsörjning måste ske med täta intervall eftersom de höga strömmarna resulterar i stora förluster i överföringssystemet.

När AC-motorer utvecklades blev de den dominerande typen, särskilt på längre sträckor. Höga spänningar (tiotusentals volt) används eftersom detta tillåter användning av låga strömmar; överföringsförlusterna är proportionella mot strömmens kvadrat (t.ex. två gånger strömmen betyder fyra gånger förlusten). Således kan hög effekt ledas över långa avstånd på lättare och billigare ledningar. Transformatorer i loken omvandlar denna effekt till en låg spänning och hög ström för motorerna. Ett liknande högspänningssystem med låg ström kunde inte användas med likströmslok eftersom det inte finns något enkelt sätt att göra spännings-/strömtransformationen för DC så effektivt som uppnås med AC-transformatorer.

AC-traktion använder fortfarande ibland dubbla luftledningar istället för enfasledningar. Den resulterande trefasströmmen driver induktionsmotorer , som inte har känsliga kommutatorer och tillåter enkel realisering av en regenerativ broms . Hastigheten styrs genom att ändra antalet polpar i statorkretsen, med acceleration styrd genom att koppla in ytterligare motstånd i eller ut ur rotorkretsen. Tvåfasledningarna är tunga och komplicerade nära växlar, där faserna måste korsa varandra. Systemet användes flitigt i norra Italien fram till 1976 och är fortfarande i bruk på vissa schweiziska rackjärnvägar . Den enkla genomförbarheten av en felsäker elektrisk broms är en fördel med systemet, medan hastighetskontroll och tvåfasledningarna är problematiska.

Det svenska Rc-loket var det första serieloket som använde tyristorer med DC-motorer.

Likriktarlok , som använde växelströmstransmission och likströmsmotorer, var vanliga, även om likströmskommutatorer hade problem både med att starta och vid låga hastigheter. [ ytterligare förklaring behövs ] Dagens avancerade elektriska lok använder borstlösa trefasiga AC-induktionsmotorer . Dessa flerfasmaskiner drivs av GTO- , IGCT- eller IGBT- baserade växelriktare. Kostnaden för elektroniska enheter i ett modernt lok kan vara upp till 50% av kostnaden för fordonet.

Elektrisk dragkraft tillåter användning av regenerativ bromsning, där motorerna används som bromsar och blir generatorer som omvandlar tågets rörelse till elektrisk kraft som sedan matas tillbaka till linjerna. Detta system är särskilt fördelaktigt i bergiga operationer, eftersom nedåtgående lokomotiv kan producera en stor del av den kraft som krävs för uppåtgående tåg. De flesta system har en karakteristisk spänning och, när det gäller växelström, en systemfrekvens. Många lok har utrustats för att hantera flera spänningar och frekvenser när system kom att överlappa eller uppgraderas. Amerikanska FL9- lok var utrustade för att hantera kraft från två olika elsystem och kunde även fungera som dieselelektriska.

Medan dagens system huvudsakligen arbetar på AC, används många DC-system fortfarande – t.ex. i Sydafrika och Storbritannien (750 V och 1 500 V); Nederländerna , Japan , Irland (1 500 V); Slovenien , Belgien , Italien , Polen , Ryssland , Spanien (3 000 V) och Washington, DC (750 V).

Kraftöverföring

En modern halvströmavtagare
Tredje järnvägen vid West Falls Churchs tunnelbanestation nära Washington, DC, elektrifierad vid 750 volt. Den tredje skenan är överst på bilden, med en vit baldakin ovanför. De två nedre rälsen är de vanliga löpskenorna; ström från tredje skenan går tillbaka till kraftverket genom dessa.
Se även: Järnvägselektrifieringssystem

Elektriska kretsar kräver två anslutningar (eller för trefas AC, tre anslutningar). Från början användes banan för ena sidan av banan. Till skillnad från modelljärnvägar försörjer spåret normalt endast en sida, den andra sidan/sidorna av kretsen tillhandahålls separat.

Luftledningar

Järnvägar tenderar i allmänhet att föredra luftledningar , ofta kallade " kontaktledningar " efter det stödsystem som används för att hålla tråden parallell med marken. Tre insamlingsmetoder är möjliga:

  • Vagnstång : en lång flexibel stång, som kopplar in linan med ett hjul eller en sko.
  • Bågsamlare : en ram som håller en lång uppsamlingsstav mot vajern.
  • Strömavtagare : en gångjärnsram som håller uppsamlingsskorna mot vajern i en fast geometri.

Av de tre är strömavtagaremetoden bäst lämpad för höghastighetsdrift. Vissa lok använder både överliggande och tredje järnvägsuppsamling (t.ex. British Rail Class 92) . I Europa definieras den rekommenderade geometrin och formen för strömavtagare av standarden EN 50367/IEC 60486

Tredje skenan

Den ursprungliga Baltimore och Ohio Railroad elektrifieringen använde en glidsko i en kanal över taket, ett system som snabbt visade sig vara otillfredsställande. Den ersattes av en tredje räls , där en pickup ("skon") red under eller ovanpå en mindre räls parallellt med huvudspåret, ovan marknivå. Det fanns flera pickuper på båda sidor om lokomotivet för att kunna ta emot avbrotten i den tredje skenan som krävs av spårarbete. Detta system är att föredra i tunnelbanor på grund av de nära utrymmen det ger.

Kör hjulen

En av Milwaukee Road EP-2 "Bi-polar" el

Under den inledande utvecklingen av elektrisk framdrivning på järnväg, utformades ett antal drivsystem för att koppla dragmotorernas effekt till hjulen. Tidiga lok använde ofta axeldrivningar . I detta arrangemang är dragmotorn monterad inuti lokomotivets kropp och driver jackaxeln genom en uppsättning kugghjul. Detta system användes eftersom de första dragmotorerna var för stora och tunga för att monteras direkt på axlarna. På grund av antalet inblandade mekaniska delar var frekvent underhåll nödvändigt. Jackaxeldriften övergavs för alla utom de minsta enheterna när mindre och lättare motorer utvecklades,

Flera andra system utarbetades när elloket mognade. Buchli -drevet var ett helt fjäderbelastat system, där vikten av drivmotorerna var helt frånkopplad från drivhjulen. Först användes i elektriska lok från 1920-talet, användes Buchli-drevet främst av franska SNCF och schweiziska federala järnvägar . Fjäderdrevet genom en reduktionsväxel och en ihålig axel - fjäderpennan - flexibelt kopplad till drivaxeln. Pennsylvania Railroad GG1- lokomotivet använde en fjäderdrev. Återigen, när dragmotorer fortsatte att krympa i storlek och vikt, föll fjäderdrev gradvis i onåd i låghastighetsgodslok. I höghastighetspassagerarlok som används i Europa är fjäderdrevet fortfarande dominerande.

En annan drivenhet var det " bi-polära " systemet, där motorankaret var själva axeln, varvid motorns ram och fältmontering var fäst vid lastbilen (boggin) i ett fast läge. Motorn hade två fältpoler, vilket möjliggjorde en begränsad vertikal rörelse av ankaret. Detta system var av begränsat värde eftersom uteffekten från varje motor var begränsad. EP -2 bi-polära el som används av Milwaukee Road kompenserade för detta problem genom att använda ett stort antal drivna axlar.

Moderna elektriska fraktlok, liksom deras dieselelektriska motsvarigheter, använder nästan universellt axelhängda dragmotorer, med en motor för varje driven axel. I detta arrangemang är en sida av motorhuset uppburen av glidlager som åker på en slipad och polerad axeltapp som är integrerad med axeln. Den andra sidan av huset har ett tungformat utsprång som griper in i en matchande slits i truckens (boggi) bolster, vars syfte är att fungera som en vridmomentreaktionsanordning, såväl som stöd. Kraftöverföringen från motorn till axeln sker genom cylindrisk utväxling , där ett kugghjul på motoraxeln kopplar in en tjurväxel på axeln. Båda kugghjulen är inneslutna i ett vätsketätt hus innehållande smörjolja. Den typ av tjänst som loket används i bestämmer vilken utväxling som används. Numeriskt höga förhållanden finns vanligtvis på fraktenheter, medan numeriskt låga förhållanden är typiska för passagerarmotorer.

Hjularrangemang

Ett GG1 ellok

Whyte - notationssystemet för att klassificera ånglok är inte tillräckligt för att beskriva variationen av elektriska lokomotiv, även om Pennsylvania Railroad tillämpade klasser på sina elektriska lok som om de vore ånga. Till exempel, PRR GG1 -klassen indikerar att den är arrangerad som två 4-6-0 klass G-lok kopplade rygg-till-rygg.

UIC-klassificeringssystem användes vanligtvis för elektriska lok, eftersom det kunde hantera de komplexa arrangemangen av drivna och omotoriserade axlar och kunde skilja mellan kopplade och okopplade drivsystem.

Batterilok

Ett batterielektriskt lokomotiv i London under jorden vid West Ham-stationen som används för att transportera ingenjörståg

Ett batterielektriskt lokomotiv (eller batterilok) drivs av batterier ombord; ett slags batterielektriskt fordon .

Sådana lok används där ett diesellok eller ett konventionellt ellok skulle vara olämpligt. Ett exempel är underhållståg på elektrifierade linjer när elförsörjningen är avstängd. En annan användning för batterilok är i industriella anläggningar (t.ex. sprängämnesfabriker, olje- och gasraffinaderier eller kemiska fabriker) där ett förbränningsdrivet lokomotiv (dvs. ång- eller dieseldrivet ) kan orsaka säkerhetsproblem på grund av brandriskerna , explosion eller ångor i ett begränsat utrymme. Batterilok är att föredra för gruvjärnvägar där gas kan antändas av vagndrivna enheter som bildar ljusbågar vid uppsamlingsskorna, eller där elektriskt motstånd kan utvecklas i matnings- eller returkretsarna, särskilt vid rälsleder, och tillåta farliga strömläckage i marken.

Det första elektriska loket som byggdes 1837 var ett batterilok. Den byggdes av kemisten Robert Davidson från Aberdeen i Skottland , och den drevs av galvaniska celler (batterier). Ett annat tidigt exempel var vid Kennecott Copper Mine , Latouche, Alaska, där 1917 de underjordiska transportvägarna breddades för att möjliggöra arbete med två batterilokomotiv på 4 + 1 ⁄ 2 korta ton (4,0 långa ton; 4,1 t). 1928 beställde Kennecott Copper fyra elektriska lokomotiv i 700-serien med batterier ombord. Dessa lok vägde 85 korta ton (76 långa ton; 77 ton) och kördes på 750 volts vagntråd med avsevärd räckvidd medan de kördes på batterier. Loken gav flera decennier av service med hjälp av nickel-järnbatteri (Edison) teknologi. Batterierna byttes ut mot blybatterier , och loken togs i pension kort därefter. Alla fyra loken skänktes till museer, men ett skrotades. De andra kan ses på Boone and Scenic Valley Railroad , Iowa, och på Western Railway Museum i Rio Vista, Kalifornien.

Toronto Transit Commission drev tidigare på Torontos tunnelbana ett elektriskt batterilokomotiv byggt av Nippon Sharyo 1968 och gick i pension 2009.

London Underground driver regelbundet batterielektriska lok för allmänt underhållsarbete.

Från och med 2022 har batterilok med 7 och 14 MWh energikapacitet beställts av järnvägar och är under utveckling.

Supercapacitor kraftlagring

2020 meddelade Zhuzhou Electric Locomotive Company , tillverkare av lagrade elektriska kraftsystem som använder superkondensatorer som ursprungligen utvecklades för användning i spårvagnar , att de utökade sin produktlinje till att omfatta lokomotiv.

Ellok runt om i världen

Europa

NER No.1 , Locomotion museum, Shildon
FS Class E656 , ett ledat Bo'-Bo'-Bo'-lok, klarar lättare de snäva kurvorna som ofta finns på de italienska järnvägarna
Brittisk klass 91

Elektrifiering är utbredd i Europa, med elektriska multipelenheter som vanligtvis används för passagerartåg. På grund av högre täthetsplaner är driftskostnaderna mer dominerande med avseende på infrastrukturkostnaderna än i USA och elektriska lok har mycket lägre driftskostnader än diesel. Dessutom motiverades regeringar att elektrifiera sina järnvägsnät på grund av kolbrist som upplevdes under första och andra världskriget.

Diesellok har mindre effekt jämfört med elektriska lok för samma vikt och dimensioner. Till exempel matchades 2 200 kW hos ett modernt British Rail Class 66 diesellokomotiv 1927 av den elektriska SBB-CFF-FFS Ae 4/7 (2 300 kW), som är lättare. Men för låga hastigheter är dragkraften viktigare än kraften. Dieselmotorer kan vara konkurrenskraftiga för långsam godstrafik (som det är vanligt i Kanada och USA) men inte för passagerar- eller blandad passagerar-/godstrafik som på många europeiska järnvägslinjer, särskilt där tunga godståg måste köras i jämförelsevis höga hastigheter ( 80 km/h eller mer).

Dessa faktorer ledde till höga grader av elektrifiering i de flesta europeiska länder. I vissa länder, som Schweiz, är till och med elektriska shuntrar vanliga och många privata sidospår betjänas av elektriska lok. Under andra världskriget , när material för att bygga nya elektriska lokomotiv inte var tillgängligt, installerade de schweiziska federala järnvägarna elektriska värmeelement i pannorna på några ångshuntrar , matade från luftförsörjningen, för att hantera bristen på importerat kol.

Den senaste tidens politiska utveckling i många europeiska länder för att förbättra kollektivtrafiken har lett till ytterligare ett lyft för elektrisk dragkraft. Dessutom stängs luckor i det oelektrifierade spåret för att undvika att ellok ersätts med diesel för dessa sträckor. Den nödvändiga moderniseringen och elektrifieringen av dessa linjer är möjlig på grund av statens finansiering av järnvägsinfrastrukturen.

Brittiska elektriska multipelenheter introducerades först på 1890-talet, och nuvarande versioner tillhandahåller kollektivtrafik och det finns också ett antal elektriska lokklasser, såsom: Klass 76 , Klass 86 , Klass 87 , Klass 90 , Klass 91 och Klass 92 .

Ryssland och före detta Sovjetunionen

Se även: Järnvägselektrifiering i Sovjetunionen
Sovjetiskt elektriskt lok VL60 p k (ВЛ60 п к ), ca. 1960
Ryska fraktelektriska lok 3ES10 och 4ES5K

Ryssland och andra länder i det forna Sovjetunionen har en blandning av 3 000 V DC och 25 kV AC av historiska skäl.

De speciella "korsningsstationerna" (cirka 15 över fd Sovjetunionen - Vladimir , Mariinsk nära Krasnoyarsk, etc.) har ledningar omkopplingsbara från DC till AC. Lokbyte är väsentligt på dessa stationer och utförs tillsammans med kontaktledningskopplingen.

De flesta sovjetiska, tjeckiska (Sovjetunionen beställde elektriska passagerarlok från Škoda ), ryska och ukrainska lok kan endast fungera på AC eller DC. Till exempel är VL80 en AC-maskin, med VL10 en DC-version. Det fanns några halvexperimentella små serier som VL82, som kunde byta från AC till DC och som användes i små mängder runt staden Charkiv i Ukraina . Det senaste ryska passagerarloket EP10 är också ett dubbelsystem.

Historiskt har 3 000 V DC använts för enkelhets skull. Det första experimentspåret var i de georgiska bergen, sedan elektrifierades förortszonerna i de största städerna för EMU - mycket fördelaktigt på grund av den mycket bättre dynamiken hos ett sådant tåg jämfört med ångtåget, vilket är viktigt för förortstrafik med täta stopp . elektrifierades den stora bergslinjen mellan Ufa och Tjeljabinsk .

Under en tid ansågs elektriska järnvägar endast vara lämpliga för förorts- eller bergslinjer. Runt 1950 fattades ett beslut (enligt legenden av Joseph Stalin ) att elektrifiera den högt belastade prärielinjen Omsk - Novosibirsk . Efter detta blev elektrifieringen av de stora järnvägarna vid 3 000 V DC mainstream.

25 kV AC startade i Sovjetunionen omkring 1960 när industrin lyckades bygga det likriktarbaserade AC-wire DC-motorloket (alla sovjetiska och tjeckiska AC-lok var sådana; endast de postsovjetiska bytte till elektroniskt styrda induktionsmotorer) . Den första stora linjen med växelström var Mariinsk-Krasnoyarsk-Tayshet-Zima; linjerna i det europeiska Ryssland som Moskva-Rostov-on-Don följde.

På 1990-talet byggdes vissa DC-ledningar om som AC för att tillåta användningen av det enorma 10 MWt AC-loket av VL85. Linjen runt Irkutsk är en av dem. DC-loken som frigjordes av denna ombyggnad överfördes till St Petersburg-regionen.

Den transsibiriska järnvägen har varit delvis elektrifierad sedan 1929, helt sedan 2002. Systemet är 25 kV AC 50 Hz efter korsningsstationen i Mariinsk nära Krasnoyarsk, 3 000 V DC före den, och tågets vikter är upp till 6 000 ton.

Nordamerika

Kanada

CN Boxcab elektriska lokomotiv lämnar Mount Royal Tunnel 1989.

Historiskt har Kanada använt en mängd olika elektriska lokomotiv, främst för att flytta passagerare och last genom dåligt ventilerade tunnlar. Elektriska lok som var i bruk i Kanada inkluderar St. Clair Tunnel Co. Boxcab Electric , CN Boxcab Electric och GMD GF6C . Exo i Montreal driver ALP-45DP dual-mode elektro-diesel lokomotiv för att tillåta loken att korsa den dåligt ventilerade Mount Royal Tunnel . Loken går i elektriskt läge längs hela längden av Deux-Montagnes-linjen och längs Mascouche-linjen mellan Montreals centralstation och Ahuntsic-stationen . Loken går i dieselläge under resten av Mascouche-linjen och längs tre andra icke-elektrifierade linjer. Men med omvandlingen av Mount Royal Tunnel till huvudlinjen i Réseau express métropolitain lätta tunnelbanesystem och den permanenta trunkeringen av Mascouche-linjen till Ahuntsic station med start i januari 2020, körs loken uteslutande i dieselläge.

I likhet med USA har flexibiliteten hos diesellokomotiv och de relativt låga kostnaderna för deras infrastruktur fått dem att råda utom där juridiska eller operativa begränsningar dikterar användningen av elektricitet. Leder till begränsad elektrisk järnvägsinfrastruktur och i förlängningen elektriska lok som är verksamma i Kanada idag. Från och med 2021 finns det bara ett exempel idag, GMD SW1200MG som drivs av Iron Ore Company of Canada för en liten isolerad järnväg som transporterar rå malm från deras Carol Lake-gruva till en bearbetningsanläggning.

I framtiden planerar Torontos GO Transit att driva en flotta av nya elektriska lok som en del av sitt regionala Express Rail-initiativ . Möjligheten att använda vätebränslecellslok studeras också.

Förenta staterna

Huvudartikel: Järnvägselektrifiering i USA
En Siemens ACS-64 .

Elektriska lokomotiv används för passagerartåg på Amtraks nordöstra korridor mellan Washington, DC och Boston , med en förgrening till Harrisburg, Pennsylvania , och på några pendeltågslinjer . Masstransitsystem och andra elektrifierade pendlingslinjer använder elektriska flera enheter , där varje bil drivs. All annan långdistanspassagerartrafik och, med sällsynta undantag , all gods fraktas med dieselelektriska lok.

I Nordamerika har flexibiliteten hos diesellokomotiv och de relativt låga kostnaderna för deras infrastruktur fått dem att råda utom där juridiska eller driftsmässiga begränsningar dikterar användningen av elektricitet. Ett exempel på det senare är användningen av elektriska lok av Amtrak och pendeltåg i nordost. New Jersey Transit New York-korridoren använder elektriska lokomotiv ALP-46 , på grund av förbudet mot dieseldrift i Penn Station och Hudson- och East River-tunnlarna som leder till den. Vissa andra tåg till Penn Station använder dual-mode lokomotiv som också kan drivas av tredje järnvägskraft i tunnlarna och stationen.

Under ångtiden elektrifierades vissa bergsområden men dessa har avvecklats. Kopplingen mellan elektrifierat och icke-elektrifierat territorium är platsen för motorbyten; till exempel Amtrak- tågen utökade stopp i New Haven, Connecticut , när loken byttes, en försening som bidrog till beslutet att elektrifiera New Haven till Boston-segmentet i nordöstra korridoren 2000.

Asien

Kina

Se även: Lista över lokomotiv i Kina § Ellok
Två China Railway HXD3Ds transporterar ett långväga passagerartåg.

Kina har över 100 000 kilometer (62 000 mi) elektrifierad järnväg. Med de flesta gods- och långväga passagerartåg som körs med elektriska lokomotiv med hög effekt, vanligtvis över 7 200 kilowatt (9 700 hk) effekt. Tungt gods transporteras med flersektionslok med extremt hög effekt och når upp till 28 800 kilowatt (38 600 hk) på "Shen 24"-serien med sex sektioner av elektriska lok.

Indien

Se även: Lokomotiv_of_Indien § Elektriska

Alla elektrifierade huvudlinjer i Indien använder 25 kV AC overhead elektrifiering vid 50 Hz. Från och med mars 2017 Indian Railways 85 % av gods- och passagerartrafiken med elektriska lokomotiv och 45 881 km järnvägslinjer har elektrifierats.

Japan

Japans ellok EF65
Se även: Lista över järnvägselektrifieringssystem i Japan

Japan har kommit nära en fullständig elektrifiering, till stor del på grund av de relativt korta avstånden och den bergiga terrängen, vilket gör elservice till en särskilt ekonomisk investering. Dessutom vägs mixen av frakt till passagerarservice mycket mer mot passagerarservice (även på landsbygden) än i många andra länder, och detta har hjälpt till att driva statliga investeringar i elektrifieringen av många avlägsna linjer. Men samma faktorer leder till att operatörer av japanska järnvägar föredrar EMU framför elektriska lok. Delegering av elektriska lok till frakt och utvalda långdistanstjänster, vilket gör att den stora majoriteten av elektrisk rullande materiel i Japan körs med EMU.

Australien

Australiska ellok 3100/3200 klass

Både Victorian Railways och New South Wales Government Railways , som var banbrytande för elektrisk dragkraft i Australien i början av 1900-talet och fortsätter att driva 1 500 V DC elektriska multipelenheter , har dragit tillbaka sina elektriska lokomotiv.

I båda staterna visade sig användningen av elektriska lokomotiv på huvudsakliga interurbana vägar vara en kvalificerad framgång. I Victoria, eftersom endast en större linje ( Gippsland-linjen ) hade elektrifierats, realiserades inte de ekonomiska fördelarna med elektrisk dragkraft till fullo på grund av behovet av att byta lokomotiv för tåg som körde utanför det elektrifierade nätet. VR:s elloksflotta togs ur drift 1987 och elektrifieringen av Gippslandbanan avvecklades 2004. De 86 klassloken som introducerades till NSW 1983 hade en relativt kort livslängd då kostnaderna för att byta lok i yttersta gränserna av det elektrifierade nätet, hade en relativt kort livslängd. de högre avgifterna som tas ut för elanvändning, såg dieselelektriska lokomotiv göra intåg i det elektrifierade nätet. Elektriska biltåg används fortfarande för stadstrafik.

Queensland Rail implementerade elektrifiering relativt nyligen och använder den nyare 25 kV AC -tekniken med cirka 1 000 km av det smalspåriga nätverket nu elektrifierat. Den driver en flotta av elektriska lok för att transportera kol för export, varav den senaste 3 000 kW (4 020 HP) 3300/3400 Class. Queensland Rail bygger för närvarande om sina 3100- och 3200-lok till 3700-klassen, som använder AC-dragkraft och behöver bara tre lok på ett koltåg istället för fem. Queensland Rail får 30 3800-klasslok från Siemens i München, Tyskland, som kommer från slutet av 2008 till 2009. QRNational (Queensland Rails kol och gods efter separation) har ökat storleken på 3800-klasslok. De fortsätter att anlända sent in på 2010.

Se även

Källor

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electric_locomotive&oldid=1140134525 "