Системы переменного тока и их преимущества

Аннотация: в работе рассмотрены системы однофазного переменного тока 27,5 кВ и система 2×25кВ.

Ключевые слова: переменный ток, подвижной состав, выпрямитель, электроэнергия, трансформатор, контактная сеть.

В системе переменного тока на электроподвижном составе стали устанавливать трансформаторы, которые позволяют, как известно, достаточно просто изменять величину напряжения, являются простыми и надежными. После трансформатора устанавливается выпрямитель, а дальше – тяговый электродвигатель постоянного тока. При этом напряжение на тяговом электродвигателе можно значительно понизить, тем самым повысив их надежность, а напряжение тяговой сети повысить, уменьшив потери в ней. Так было и сделано.

Рисунок 1  – Присоединение трансформаторов к общей схеме питающей линии 27,5кВ

На рисунке 1 приведена схема присоединения трансформаторов к общей схеме питающей линии. Благодаря которой напряжение тяговой сети переменного тока повысили до 25 кВ, на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ. При этом увеличилось расстояние между тяговыми подстанциями, уменьшилось сечение проводов тяговой сети, а, следовательно, и стоимость системы электроснабжения. На начальном этапе внедрения переменного тока снова возникли проблемы. Дело в том, что выпрямительная техника того времени была несовершенна. Для выпрямления переменного тока использовались ртутные выпрямители. А это достаточно сложные, дорогие и капризные агрегаты даже при работе в стационарных условиях, не говоря уже об их установке на электроподвижном составе. Это еще несколько задержало внедрение переменного тока.

С появлением полупроводниковых выпрямителей эта проблема тоже решилась. Пока шло становление системы переменного тока, система постоянного тока бурно внедрялась на сети железных дорог. Когда все проблемы по переменному току удалось решить, значительная часть дорог оказалась уже электрифицирована на постоянном токе. Таким образом, система электрификации переменного тока является более совершенной и в настоящее время принята основной. По нормам проектирования постоянный ток должен применяться для завершения электрификации направлений, ранее электрифицированных на этом токе и для электрификации участков, примыкающих к таким направлениям. Кроме того, в настоящее время разработана система тягового электроснабжения переменного тока 2×25 кВ. При этом напряжение питающей сети увеличено до 50 кВ, а напряжение в контактной сети сохранилось прежним 25 кВ. По этой системе электрифицирована Байкало-Амурская магистраль и ряд участков в центре России. В местах стыкования систем постоянного и переменного тока устраиваются станции стыкования, где происходит смена локомотивов переменного и постоянного тока.

Кроме того, существуют электровозы двойного питания, на переменный и постоянный ток, но в нашей стране они имеют ограниченное применение. Развитие полупроводниковой и микропроцессорной техники позволило снять ограничения на применение на электроподвижном составе двигателей переменного тока. Эти двигатели, особенно асинхронные, являются простыми и надежными. В настоящее время выпущены электровозы и электропоезда с двигателями переменного тока, ведутся дальнейшие исследования в этом направлении.

Контактная сеть на станции стыкования может переключаться на любой род тока - полностью или по частям. При этом электровоз, например, постоянного тока,  подходит к станции, ему подают в контактную сеть постоянный ток, он передвигает состав на заданный путь (если пассажирский - то к платформе), отцепляется, уходит на свою стоянку (где только постоянный ток), после этого ток в контактной сети переключается на переменный, со своего места приходит  электровоз переменного тока и прицепляется к оставленному составу. Ещё существуют двухсистемные электровозы, которым всё равно под каким родом тока ехать. Но они довольно дорогие и их мало.

Дальнейший рост грузонапряженности железных дорог, повышение массы поездов до 10 тысяч тонн, внедрение многократной тяги мощными электровозами создают трудности в электроснабжении и при переменном токе напряжением 25 кВ. Самым радикальным способом усиления электрифицированных линий в таких условиях, как уже отмечалось, было бы повышение напряжения в контактной сети, но это связано с большими капитальными затратами на усиление изоляции, постройку принципиально новых электровозов, реконструкцию некоторых постоянных устройств.

Читать работу полностью (оригинал работы):

Системы переменного тока и их преимущества