牽引供電系統:交流供電系統
軌道供電的交流系統主要有兩種:
單相低頻交流系統 (15 kV 至 25 kV,頻率為 16$\frac{2}{3}$ Hz、25 Hz 和 50 Hz)
三相交流系統 (3.3 kV 至 3.6 kV,頻率為 16$\frac{2}{3}$ Hz)
單相低頻交流系統
在單相低頻軌道供電系統中,採用頻率為 16$\frac{2}{3}$ Hz 至 25 Hz、電壓為 15 kV 的交流電壓。
系統採用高壓交流電,可降低架空輸電線路上的電流,從而減少電壓降,並有助於將變電站的間距加大至約 50 至 80 公里。
使用低頻電源可降低線路阻抗,進而減少線路中的電流和電壓降,因此可以證明在較長距離安裝變電站是可行的。
低頻高壓交流電從變電站饋入架空輸電線路,由安裝有降壓變壓器的機車汲取,該變壓器將高壓轉換為約 300 至 400 V 的低壓。然後將此低壓施加到交流串勵電機,回線透過軌道提供。
在低頻下執行的交流串勵電機具有改進的換向效能,並且其功率因數和效率也得到提高。
在單相低頻系統中,低頻所需功率的獲得方式如下:
安裝一個專門的發電站,該發電站產生降低頻率的電力,並且配電線路直接從發電站以高壓饋電。當電氣化範圍在發電站 30 公里半徑內時,此方法適用。
第二種情況,如果沒有單獨的發電站,變電站將配備一個降壓變壓器,該變壓器將從輸電線路接收的高電壓降低到所需低值。變電站還配備了變頻器組。變頻器組是由三相同步電機驅動的單相交流發電機,它提供降低頻率的單相電源。
德國、瑞典、挪威等國家曾使用單相低頻軌道供電系統。該系統使用 15 kV 至 16 kV 電壓,頻率為 16$\frac{2}{3}$ Hz。在美國,使用 11 kV,頻率為 25 Hz。
三相交流系統
在三相交流系統中,使用感應電機提供所需的推進動力。通常使用的感應電機工作電壓為 3.3 kV,頻率為 16$\frac{2}{3}$ Hz。在這種軌道供電系統中,使用兩條架空導線,回線透過軌道獲得。
在三相交流軌道供電系統中,變電站接收到的電力電壓很高,頻率為標準的 50 Hz。然後,藉助降壓變壓器將電壓降至 3.3 kV,並透過安裝在變電站的變頻器將頻率降至 16$\frac{2}{3}$ Hz。
**使用感應電機的優點如下:**
高壓感應電機可降低流過架空線的電流,從而降低電壓降。
感應電機非常堅固耐用,執行可靠。
使用感應電機,可以應用再生制動,無需任何額外裝置。
**使用三相交流軌道供電系統的缺點如下:**
從兩條架空導線收集電力非常困難,尤其是在樞紐和交叉路口。
由於使用的感應電機通常以幾乎恆定的速度執行。然而,有各種改變速度的技術,但是這種速度變化是分級的,因此速度變化並不均勻。
使用低頻電源的優點
用於軌道供電的低頻交流電源具有以下優點:
低頻交流電源可改善交流電機的換向效能,進而提高其效率和功率因數。
低頻交流電源減少了對電話線的干擾。
在低頻下,輸電線路的電抗較小,從而減少了電壓降。由於線路壓降降低,因此變電站的間距可以達到 50 公里至 80 公里。
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