Доброго времени суток, уважаемые подписчики и гости моего канала. В этой статье я расскажу, чем по сути отличается электрификация постоянным и переменным током на железной дороге, а также о плюсах и минусах каждого тока.
Чем вообще отличается постоянный и переменный ток
Перед тем, как перейти к электрификации железных дорог, сделаю небольшую справку. Как известно, электрический ток - это направленный поток электронов (заряженных частиц). При постоянном токе (DC - Direct Current), электроны всегда движутся в одном направлении, у переменного (AC - Alternative Current) их направление меняется.
У переменного тока есть такая характеристика, как частота. Что в розетке, что в контактной сети она равна 50Гц. Это значит, что направление потока частиц меняется 50 раз в секунду.
Постоянный ток, как правило, получают от батареек и аккумуляторов. Переменный же из генераторов, чаще всего трёхфазных. К слову из постоянного тока можно сделать переменный и наоборот. С помощью полупроводникового преобразователя можно преобразовать (тавтология - привет) постоянный ток в переменный. А переменный в постоянный можно преобразовать с помощью выпрямителя. Теперь переходим непосредственно к электрификации.
Источник: samelectrik.ru
Ток в контактной сети
Постоянный ток
В России электрифицировать железные дороги с самого начали стали постоянным током. Причины была простая: проще конструкция электрического подвижного состава.
В целом, конструкция электровоза постоянного тока заключается в токоприёмнике (он же пантограф), который снимает напряжение с контактной сети и передает его через реостатно-контактную систему на тяговые электродвигатели (ТЭД) коллекторного типа. Всё очень просто.
При электрификации постоянным током, напряжение в контактной сети составляет 3 кВ. С появлением рекуперации (переключении ТЭД в режим генератора при торможении) у локомотивов и электропоездов на постоянном токе значительно повысился КПД и соответственно экономическая выгода.
Но несмотря на все плюсы постоянки, были у неё и значительные минусы:
- Сложное устройство тяговых подстанций и необходимость их частого размещения (через каждые 20-30 километров)
- Очень большой расход меди, так как сечение контактного провода при электрификации постоянным током составляет около 500 квадратных миллиметров.
- Большие потери при передаче тока
Переменный ток
Электрифицировать железные дороги переменным током стали с развитием технологии производства полупроводников и появлением компактных выпрямителей с высоким КПД. Напряжение в контактной сети переменного тока - 25 кВ с частотой 50Гц.
Стало понятно, что электрифицировать железные дороги переменным током куда более целесообразно и выгодно. Потери в проводах резко уменьшились, поэтому тяговые подстанции уже не требовалось размещать так часто (не раз в 20-30 километров, а уже раз в 40-60 км). Помимо этого, упростилось оборудование этих самых подстанций.
По этим же причинам уменьшилось сечение контактной подвески и составляет оно 120-140 квадратных миллиметров. Соответственно уменьшился и расход меди, что также хорошо.
Сам процесс электрификации хоть и был упрощён, но для переменки требовалась другая конструкция подвижного состава. Электровозы теперь необходимо было оснащать трансформатором с выпрямительным устройством. Тяговые электродвигатели всё равно работали на постоянном токе, который поступал с выпрямителя.
Проблема была с рекуперацией. ТЭД при рекуперации на выходе даёт постоянный ток, который вновь нужно преобразовать в переменный. Помимо этого, требовалась четкая синхронизация мгновенных значений напряжения и фазы с контактной сети.
Но в итоге, подвижной состав переменного тока получается более мощным, хоть и с усложнённой конструкцией. В целом, в современных условиях рыночной экономики, выгоднее электрифицировать железные дороги переменным током. Но и они не лишены минусов:
- Как я уже написал, более сложная, а соответственно и более дорогая конструкция подвижного состава
- Хоть и мощность ПСа больше, рекуперация при переменном токе не дает такого выигрыша, как на постоянке. Следовательно, КПД ниже.
- Контактная сеть при переменном токе даёт наводки на линии СЦБ и связи. Из-за этого последние требуют точной калибровки
Дорогие читатели, проект нуждается в вашей поддержке! Поставьте лайк этой статье и подпишитесь на канал, чтобы не пропустить свежие материалы!
Читать далее:
• Почему я считаю надземные переходы через Ж/Д пути довольно бесполезной и неудобной для пассажиров мерой.
• РЖД возвращает всё больше паровозов на маршруты и это круто и интересно!
• Почему в метро всех городов России нет туалетов и мусорных урн?