城市和城際電動交通如何獲取能源？

城市和城際電動交通已成為現代人日常生活中熟悉的屬性。我們早已不再思考這種交通工具如何獲取食物。大家都知道，汽車是加滿汽油的，自行車是騎自行車的人踩的。但是，電車、無軌電車、單軌火車、地鐵、電動火車、電力機車等​​電動客運交通工具是如何供電的？在哪里以及如何向它們提供驅動能量？讓我們來談談它。

電車

在過去，由於公共電網尚未充分發展，每個新的有軌電車經濟體都被迫擁有自己的發電站。在 21 世紀，電車網絡的電力由通用網絡提供。

電源由相對低壓的直流電 (550 V) 提供，這對於長距離傳輸來說根本不經濟。出於這個原因，牽引變電站位於靠近電車線路的地方，來自高壓網絡的交流電被轉換為電車接觸網絡的直流電（電壓為 600 V）。在有軌電車和無軌電車同時運行的城市中，這些交通方式通常具有整體節能效果。

在前蘇聯領土上，有軌電車和無軌電車的架空線路供電有兩種方案：集中式和分散式。首先是集中式的。其中，配備多個轉換單元的大型牽引變電站為所有相鄰線路或距它們最遠 2 公里的線路提供服務。這種類型的變電站如今位於電車（電車）線路密度高的地區。

分散式系統在60年代後開始形成，電車線路、無軌電車、地鐵開始出現，例如從市中心沿著高速公路，到城市的偏遠地區等。

在這裡，每 1-2 公里的線路安裝一個或兩個轉換器單元的低功率牽引變電站，最多可為線路的兩個部分供電，每個末端部分都可以由相鄰的變電站供電。

因此，能量損失更小，因為功率部分更短。此外，如果其中一個變電站發生故障，線路部分將保持由相鄰變電站供電。

電車與直流線路的接觸是通過其車頂上的受電弓進行的。這可以是受電弓、半受電弓、條形或弧形。有軌電車線路的架空電線通常比鐵軌更容易懸掛。如果使用吊桿，則空氣開關的佈置方式類似於電車吊桿。電流通常通過鐵軌流向地面。

電車

在無軌電車中，接觸網絡被分段絕緣子分成獨立的段，每個段都通過饋線（架空或地下）連接到牽引變電站。這很容易允許在發生故障時關閉各個部分進行維修。如果電源電纜出現故障，可以在絕緣體上安裝跳線以從相鄰部分為受影響的部分供電（但這是一個與電源過載風險相關的異常模式）。

牽引變電站將高壓交流電從6kV降到10kV，轉換成電壓為600V的直流電。根據標準，網絡任一點的電壓降不應超過 15%。

無軌電車的接觸網與有軌電車不同。這裡是雙線的，地線不是用來漏電流的，所以這個網絡比較複雜。導體彼此之間的距離很小，這就是為什麼需要特別小心的保護措施以防止接近和短路，以及在無軌電車網絡相互之間以及與有軌電車網絡的交叉點處進行絕緣。

因此，在十字路口安裝了特殊裝置，並在連接點安裝了箭頭。此外，還保留了一些可調電壓，以防止電線在風中重疊。這就是使用桿為無軌電車提供動力的原因——其他設備根本無法滿足所有這些要求。

無軌電車動臂對接觸網的質量很敏感，因為它的任何缺陷都可能導致動臂跳動。有規範規定，桿連接點的斷裂角度不應超過 4°，當轉角超過 12° 時，安裝彎曲的支架。滑靴在鋼絲上運行，不能隨小車轉動，所以這裡需要箭頭。

單軌

單軌列車近期已在全球多個城市運營：拉斯維加斯、莫斯科、多倫多等。它們可以在遊樂園、動物園中找到，單軌鐵路用於當地觀光，當然也用於城市和郊區的通訊。

這種火車的輪子根本就不是鑄鐵的，而是鑄鐵的。車輪簡單地沿著混凝土梁引導單軌列車——電源的軌道和線路（接觸軌）位於鋼軌上。

一些單軌鐵路的設計方式是將它們放置在軌道頂部，類似於人坐在馬背上的方式。一些單軌列車懸掛在下方的橫樑上，就像一根桿子上的巨型燈籠。當然，單軌鐵路比傳統鐵路更緊湊，但建造成本更高。

一些單軌列車不僅有輪子，還有基於磁場的額外支撐。例如，莫斯科單軌列車精確地運行在由電磁鐵產生的磁墊上。電磁鐵在機車車輛中，而在導向樑的帆布中則有永磁體。

根據移動部分電磁鐵中的電流方向，單軌列車根據同名磁極的排斥原理向前或向後移動 - 這就是直線電機的工作原理。

除了橡膠輪外，單軌列車還有一個由三個載流元件組成的接觸軌：正、負和接地。單軌直線電機的電源電壓是恆定的，等於 600 伏。

地下

電動地鐵列車從直流網絡獲得電力——通常是從第三（接觸）軌道獲得電力，其電壓為 750-900 伏。在變電站中使用整流器從交流電中獲得直流電。

列車與接觸軌的接觸是通過可移動的集電器實現的。接觸總線位於軌道的右側。集電器（所謂的“受電弓”）位於車廂的轉向架上，並從下方壓在接觸總線上。正號在接觸軌上，負號在火車軌道上。

除了電源電流之外，還有微弱的“信號”電流沿著鐵軌流動，這是交通信號燈的阻斷和自動切換所必需的。軌道還將有關交通信號和該部分地鐵列車允許速度的信息傳輸到駕駛室。

電力機車

電力機車是以牽引電動機為動力的機車。電力機車的發動機通過接觸網從牽引變電所獲得電力。

電力機車的電氣部分一般不僅包含牽引電動機，還包含電壓變換器，以及將電動機接入網絡的裝置等。電力機車的現有設備位於車頂或其罩蓋上，旨在將電氣設備連接到接觸網絡。

來自架空線路的電流收集由屋頂上的受電弓提供，之後電流通過母線和套管饋送到電氣設備。在電力機車的車頂上還有開關裝置：空氣開關、電流型開關和受電弓故障時用於斷開網絡的隔離開關。通過母線，電流被饋送到主輸入端、轉換和調節裝置、牽引電機和其他機器，然後到達輪件並通過它們到達鐵軌和地面。

電力機車的牽引力和速度的調節是通過改變電動機電樞中的電壓和通過改變集電電動機的勵磁係數或通過調節異步電動機的電源電流的頻率和電壓來實現的。

電壓調節以多種方式完成。最初，在一台直流電機車上，它的所有電機都是串聯的，八軸電機車上一台電機的電壓為375V，接觸網電壓為3kV。

牽引電機組可以從串聯連接切換為串並聯（2 組 4 個電機串聯，則每個電機的電壓為 750 V）或併聯（4 組 2 個電機串聯，然後一台電機的此電壓 — 1500 V）。為了獲得電機的中間電壓，將變阻器組添加到電路中，這使得可以以 40-60 V 的步長調整電壓，儘管這會導致變阻器上的部分電力損失熱的形式。

電力機車內部需要變流器來改變電流類型，將接觸網電壓降低到滿足牽引電動機、輔機和電力機車其他電路要求的所需值。轉換直接在船上完成。

在交流電力機車上，提供牽引變壓器以降低輸入高壓，以及整流器和平波電抗器以從交流獲得直流電。可以安裝靜態電壓和電流轉換器來為輔助機器供電。在具有兩種電流的異步驅動的電力機車上，使用牽引逆變器，其將直流電轉換為具有調節電壓和頻率的交流電，其被饋送到牽引電動機。

電力機車

經典形式的電動火車或電動火車借助受電弓通過接觸線或接觸軌接收電力。與電力機車不同，電力列車的集熱器位於機動車和拖車上。

如果電流被提供給被牽引的汽車，則汽車通過特殊電纜供電。集電器通常在頂部，從接觸線開始，由集電器以受電弓的形式（類似於有軌電車線路）進行。

通常，集電是單相的，但也有三相的，當電動火車使用特殊設計的受電弓與多根電線或接觸軌（涉及地鐵）分開接觸時。

電車的電氣設備取決於電流類型（有直流電、交流電或雙系統電車）、牽引電動機的類型（集電式或異步）、有無電制動。

原則上，電車的電氣設備與電力機車的電氣設備類似。然而，在大多數電動火車模型中，它被放置在車身下方和車頂上，以增加車內的乘客空間。驅動電動火車發動機的原理與電力機車大致相同。