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电力机车和接触网电力系统第2部分电力需求

时间:2022-04-29 来源网站:怀化化工机械网

电力机车和接触网电力系统–第2部分:电力需求

高速全电力铁路机车使用悬链线系统和受电弓的功率传输装置,这似乎违反了良好的工程实践,因此不起作用。尽管如此,它还是可以通过每小时超过100英里的接触点传输数百安培的电流。

第1部分介绍了柴油机车和全电动机车的基础知识中国机械网okmao.com。这部分更详细地介绍了电源要求。

所需的机车额定功率主要取决于所要牵引的重量,所需的加速度,最大速度以及履带的性质(水平或上坡)。对于柴油电动和全电动设计,发动机功率通常在3,000至10,000马力之间。但是,柴油发电变得非常庞大和沉重,在高端出现了严重的冷却问题,这可能是一个非常实际的限制。

一些应用需要更大的扭矩和更少的速度(例如从矿山到磨房拉动装有矿石的汽车),而其他应用则需要更大的速度和更少的扭矩(对于水平上方的客车,维护良好的轨道),但是可以通过电动电机控制,所用电机的类型以及每种方法的动力传输连杆机构。全电动机车的效率及其无污染的排气导致了GG1,这也许是美国最终的机车 (图1)。该机车是由宾夕法尼亚州铁路公司定制设计和制造的,其车身造型由著名工业和室内设计师Raymond Loewy设计。

悬链电源系统

图1:时尚的双端GG1是为宾夕法尼亚州铁路建造的,代表了当时建造的全电动机车的终极成就;现在已经过时,其最高时速100英里/小时已被欧洲TGV等系统大大超越。图片:路边经典)

宾夕法尼亚铁路曾在1934年至1943年间制造了139架GG1鲍德温机车厂;流线型机车主要用于客运火车,前后对称,可双向使用,需要将其转向。这些大型发动机(460,000磅)可以达到100英里/小时的速度,并且电动机的峰值马力额定值为8,000马力(连续运行时为4,600+马力)。尽管它们是可靠且勤奋的发动机,但由于难以获得零件和提供维护,它们都在1980年代退役。同时,高度改进的控制电子设备和功率设备(例如IGBT和SCR)的可用性允许使用较小但足够强大的部件来完成通勤铁路任务。

给全电力机车供电

使用全电动机车甚至是自供电汽车(以自己的方式使用机车)并不是什么新鲜事。它在1800年代末期和1990年代初在欧洲使用,并启发了宾夕法尼亚铁路公司总裁亚历山大·卡萨特(Alexander J. Cassat),并在1900年代初在哈德逊河下修建了一条通往纽约和新泽西之间的双隧道。对于蒸汽动力发动机而言,这是不可能的,因为排气会“阻塞”发动机以及乘客(请参阅EE World References)。

如上所述,可以使用“鞋”将电力输送到机车,该“鞋”骑在安装在两个运行轨道附近的第三轨道之中或之上。早期使用这种方法,现在仍在许多本地通勤系统中使用。纽约地铁使用600 V DC电源。但是,它在机械上和电气上都不适合在更高的速度下运行,由于许多原因,在更高效率,高电压/功率水平下不切实际,并且存在维护问题。它将系统的全部电压电势置于实际的(不是电气的)接地水平,该水平容易被碎屑,电势(尽管是危险的)故意破坏,甚至可能对任何徘徊或掉落在轨道上的人造成触电。随着功率水平的提高,它支持的最大电压值也相对较低,具有很高的IR损耗。

取而代之的是,对于真正的高速操作,采用的是架空的受电弓-辅助线设计。考虑到所涉及的电压,电流和功率水平,其性能和可靠性令人印象深刻,尤其是考虑到“动态”传输了多少电流。使用Amtrak Northeast Corridor线路上的机车进行粗略的计算,而无需考虑解决任何损失或效率低下的问题,并给出幅度的概念:

机车的额定功率为8500马力,因此,我们粗略估算一下,功率为10,000马力,即约7.5 MW(1马力约为750 W)

架空电源电压为25,000 V(60 Hz)

功率=电压×电流,因此电流约为7.5 MW / 25 kV = 300 A.

毫无疑问,300 A的电流很大,而7.5 MW的功率传输很大(请注意,IR下降是电流,导线电阻和接触电阻而不是电压的函数)。回想一下,配电和轨道(电气的而不是火车的轨道)的第一个“规则”要确保电缆和互连线牢固可靠,以最大程度地减小接触电阻和高压电弧。

然而,接触网/受电弓的性质完全与该规则相矛盾。机车具有滑动式非固定接触,对于Amtrak Acela而言,最高时速可达100 mph(每小时160 km / hr),在欧洲TGV,中国超高速列车或日本Shinkansen子弹头列车上速度要快得多以200 km / hr的速度达到300 km / hr。然而,这种配对有效,并且经过时间,距离和速度的现场验证,效果良好。

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