牵引供电系统:交流供电系统
轨道供电的交流系统主要有两种:
单相低频交流系统 (15 kV 至 25 kV,频率为 16$\frac{2}{3}$ Hz、25 Hz 和 50 Hz)
三相交流系统 (3.3 kV 至 3.6 kV,频率为 16$\frac{2}{3}$ Hz)
单相低频交流系统
在单相低频轨道供电系统中,采用频率为 16$\frac{2}{3}$ Hz 至 25 Hz、电压为 15 kV 的交流电压。
系统采用高压交流电,可降低架空输电线路上的电流,从而减少电压降,并有助于将变电站的间距加大至约 50 至 80 公里。
使用低频电源可降低线路阻抗,进而减少线路中的电流和电压降,因此可以证明在较长距离安装变电站是可行的。
低频高压交流电从变电站馈入架空输电线路,由安装有降压变压器的机车汲取,该变压器将高压转换为约 300 至 400 V 的低压。然后将此低压施加到交流串励电机,回线通过轨道提供。
在低频下运行的交流串励电机具有改进的换向性能,并且其功率因数和效率也得到提高。
在单相低频系统中,低频所需功率的获得方式如下:
安装一个专门的发电站,该发电站产生降低频率的电力,并且配电线路直接从发电站以高压馈电。当电气化范围在发电站 30 公里半径内时,此方法适用。
第二种情况,如果没有单独的发电站,变电站将配备一个降压变压器,该变压器将从输电线路接收的高电压降低到所需低值。变电站还配备了变频器组。变频器组是由三相同步电机驱动的单相交流发电机,它提供降低频率的单相电源。
德国、瑞典、挪威等国家曾使用单相低频轨道供电系统。该系统使用 15 kV 至 16 kV 电压,频率为 16$\frac{2}{3}$ Hz。在美国,使用 11 kV,频率为 25 Hz。
三相交流系统
在三相交流系统中,使用感应电机提供所需的推进动力。通常使用的感应电机工作电压为 3.3 kV,频率为 16$\frac{2}{3}$ Hz。在这种轨道供电系统中,使用两条架空导线,回线通过轨道获得。
在三相交流轨道供电系统中,变电站接收到的电力电压很高,频率为标准的 50 Hz。然后,借助降压变压器将电压降至 3.3 kV,并通过安装在变电站的变频器将频率降至 16$\frac{2}{3}$ Hz。
**使用感应电机的优点如下:**
高压感应电机可降低流过架空线的电流,从而降低电压降。
感应电机非常坚固耐用,运行可靠。
使用感应电机,可以应用再生制动,无需任何额外设备。
**使用三相交流轨道供电系统的缺点如下:**
从两条架空导线收集电力非常困难,尤其是在枢纽和交叉路口。
由于使用的感应电机通常以几乎恒定的速度运行。然而,有各种改变速度的技术,但是这种速度变化是分级的,因此速度变化并不均匀。
使用低频电源的优点
用于轨道供电的低频交流电源具有以下优点:
低频交流电源可改善交流电机的换向性能,进而提高其效率和功率因数。
低频交流电源减少了对电话线的干扰。
在低频下,输电线路的电抗较小,从而减少了电压降。由于线路压降降低,因此变电站的间距可以达到 50 公里至 80 公里。