Trefas AC-järnvägselektrifiering

Tåg med ett flerfas elektrifieringssystem på Petit train de la Rhune, Frankrike

Trefas AC-järnvägselektrifiering användes i Italien, Schweiz och USA i början av 1900-talet. Italien var den största användaren, från 1901 till 1976, även om linjer genom två tunnlar också använde systemet; Simplon -tunneln mellan Schweiz och Italien från 1906 till 1930 (men inte ansluten till det italienska systemet), och Cascade Tunnel of the Great Northern Railway i USA från 1909 till 1939. Den första normalspåriga linjen var i Schweiz, från Burgdorf till Thun (40 km eller 25 mi), från 1899 till 1933.

Fördelar

Systemet ger regenerativ bromsning med kraften tillbaka till systemet, så det är särskilt lämpligt för bergsjärnvägar (förutsatt att nätet eller ett annat lok på linjen kan ta emot kraften). Loken använder trefasa induktionsmotorer. I brist på borstar och kommutatorer kräver de mindre underhåll. De tidiga italienska och schweiziska systemen använde en låg frekvens ( 16 + 2 ⁄ 3 Hz) och en relativt låg spänning (3 000 eller 3 600 volt) jämfört med senare AC-system.

Nackdelar

Luftledningarna, som i allmänhet har två separata luftledningar och skenan för den tredje fasen, var mer komplicerad, och den låga frekvensen som användes krävde ett separat generations- eller konverterings- och distributionssystem. Tåghastigheten var begränsad till en till fyra hastigheter, med två eller fyra hastigheter erhållna genom polbyte eller kaskaddrift eller båda.

Historiska system

Följande är en lista över de järnvägar som har använt denna metod för elektrifiering tidigare:

Nuvarande system

Systemet används idag endast för rack (bergs)järnvägar, där luftledningarna är mindre komplicerade och begränsningar av tillgängliga hastigheter mindre viktiga. Moderna motorer och deras styrsystem undviker de fasta hastigheterna hos traditionella system, eftersom de är byggda med solid-state-omvandlare.

De fyra nuvarande sådana järnvägar är

Alla använder standardfrekvens (50 Hz eller 60 Hz (Brasilien)) snarare än lågfrekvens, med mellan 725 och 3 000 volt.

Spänning och frekvens

Denna lista visar spänningen och frekvensen som används i olika system, historiska och aktuella.

Två italienska trefaslok klass E.432

Konvertersystem

Denna kategori omfattar inte järnvägar med enfas (eller DC) försörjning som konverteras till trefas på loket eller motorvagnen, t.ex. den mesta järnvägsutrustningen från 1990-talet och tidigare med solid-state-omvandlare. Kando-systemet från 1930-talet som utvecklades av Kálmán Kandó vid Ganz Works , och som användes i Ungern och Italien, använde roterande fasomvandlare på loket för att konvertera enfasförsörjningen till tre faser, liksom fasdelningssystemet på Norfolk . och Western Railroad i USA.

Lokomotiv

FS klass E.550 (Italien 1906–65)
FS klass E330 (Italien 1914–63). Lägg märke till de långa bågsamlarna, med sina upphämtningspunkter längst ut på loket.

Vanligtvis hade loken en, två eller fyra motorer på karosschassit (inte på boggierna), och krävde ingen växling. Induktionsmotorerna , matas kraften tillbaka till systemet. Polbyte och kaskadarbete (sammankoppling) användes för att tillåta två eller fyra olika hastigheter, och motstånd (ofta flytande reostater) krävdes för att starta. I Italien använde godslok vanlig kaskad med två hastigheter, 25 och 50 km/h (16 och 31 mph); medan expresslok använde kaskad i kombination med polbyte, vilket gav fyra hastigheter, 37, 50, 75 och 100 km/h (23, 31, 46 och 62 mph). Med användning av 3 000 eller 3 600 volt vid 16 + 2 ⁄ 3 (16,7) Hz, kunde matningen matas direkt till motorn utan en inbyggd transformator.

Generellt matas motorn/motorerna med en enda axel, med andra hjul sammanlänkade med vevstakar, eftersom induktionsmotorn är känslig för hastighetsvariationer och med icke-länkade motorer på flera axlar skulle motorerna på slitna hjul göra lite eller till och med inget arbete eftersom de skulle rotera snabbare. Denna motorkarakteristik ledde till ett missöde i kaskadtunneln till ett GN östgående godståg med fyra elektriska lok, två på huvudet och två tryckande. De två påskjutarna tappade plötsligt strömmen och tåget saktade gradvis till att stanna, men den ledande enhetens ingenjör var omedveten om att hans tåg hade stannat och höll kontrollenheten i kraftläge tills den vanliga tiden för att passera tunneln hade förflutit. Eftersom han inte såg dagsljus stängde han slutligen av loket och upptäckte att hjulen på hans stationära lok hade malt igenom två tredjedelar av rälsväven.

Luftledningar

I allmänhet används två separata luftledningar, med skenan för den tredje fasen, men ibland används tre luftledningar. Vid korsningar, korsningar och korsningar ska de två ledningarna hållas isär, med kontinuerlig tillförsel till loket, som ska ha två strömförande ledare varhelst det stannar. Därför används två kollektorer per överliggande fas, men möjligheten att överbrygga en död sektion och orsaka kortslutning från den främre kollektorn på en fas till den bakre kollektorn i den andra fasen måste undvikas. Motståndet hos skenorna som används för den tredje fasen eller returen är högre för AC än för DC på grund av " hudeffekt ", men lägre för den låga frekvensen som används än för industriell frekvens. Förlusterna ökar också, dock inte i samma proportion, eftersom impedansen är till stor del reaktiv.

3-fas strömavtagare på ett Corcovado Rack Railway tåg i Brasilien

Loket behöver hämta ström från två (eller tre) luftledare. Tidiga lok på de italienska statliga järnvägarna använde en bred bågesamlare som täckte båda trådarna, men senare använde lokomotiven en bred strömavtagare med två samlarstänger, sida vid sida. Ett trefassystem är också benäget att få större längdgap mellan sektioner, på grund av komplexiteten hos tvåtrådsöverliggande, och därför behövs en lång pickupbas. I Italien uppnåddes detta med att de långa bågsamlarna nådde ända till lokets ändar, eller med ett par strömavtagare, också monterade så långt ifrån varandra som möjligt.

I USA användes ett par vagnstavar . De fungerade bra med en maxhastighet på 15 miles per timme (24 km/h). Dubbelledarströmavtagaren används på fyra bergsjärnvägar som fortsätter att använda trefaskraft ( Corcovado Rack Railway i Rio de Janeiro, Brasilien , Jungfraubahn och Gornergratbahn i Schweiz och Petit train de la Rhune i Frankrike).

Se även

Fotnoter

  •   Burch, Edward Parris (1911). Elektrisk dragkraft för järnvägståg; en bok för studenter, el- och maskiningenjörer, föreståndare för drivkraft och andra . New York: McGraw-Hill . OCLC 1086307472 .
  •   Cornolò, Giovanni; Gut, Martin (2000). Albertelli, Ermanno (red.). Ferrovie trifasi nel mondo, 1895-2000 [ Trefasjärnvägar i världen, 1895-2000 ] (på italienska). Parma. ISBN 978-8887372106 .
  •   Hollingsworth, Brian; Cook, Arthur (2000). "Klass E432 1-D-1". Moderna lok . s. 56–57. ISBN 0-86288-351-2 .
  •   Kalla-biskop, PM (1971). Italienska järnvägar (världens järnvägshistoria) . England: David och Charles. ISBN 978-0715351680 . sid. 98
  • Maccall, William Tolmé (1930) [1923]. Växelström: Elektroteknik (2:a upplagan). Cambridge: University Tutorial Press. sid. 412-3 & 423-5
  •   Meares, JW; Neale, RE (1933). Elektroteknikpraktik . Vol. III. London: Chapman och Hall. ASIN B00N997B1K . s. 542–3 (avsnitt 872) och s. 630–1 (avsnitt 919)
  •   Middleton, William D. (1974). När ångjärnvägarna elektrifierades . Milwaukee: Kalmbach Publishing Co. ISBN 0-89024-028-0 .
  •   Middleton, William D. (mars 2002). När Steam Railroads elektrifierade (2:a upplagan). Bloomington, Indiana: Indiana University Press . ISBN 978-0-253-33979-9 .
  •   Pedrazzini, Claudio (2017). Storia dell'elettrificazione e dei locomotori trifasi FS [ Historia om elektrifiering och trefaslok FS ] (på italienska). Brescia: Club Fermodellistico Bresciano. ISBN 978-88-942040-7-0 .
  •   Starr, Arthur Tisso (1953) [1937]. Generering, överföring och utnyttjande av elektrisk kraft (3:e upplagan). London: Pitman. OCLC 11069538 . s 347

externa länkar

Media relaterade till trefaselektrifiering på Wikimedia Commons

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Three-phase_AC_railway_electrification&oldid=1136557412 "