四连杆机构-pic fr. Internet
再说"回的那条线",动车组是靠什么实现回流的?
答案是靠「轮对」与「钢轨」相接触以实现回流的。
那,轮对又是个啥?轮对就是我们通常所说的"火车的车轮子 车轴"。
那么,你可能会想?
从「受电弓」获得的这么大的电流,它又是怎么通过「轮对」传到「钢轨」上的?这肯定得有条线吧?
对,其实这条线确实还挺讲究的。
目前主要有两种方式:
· 轴端接碳刷(动车组常用方式)
轴端接碳刷-pic fr. Ref. 1
· 轴身接碳刷(CRH2A采用的方式)
轴身接碳刷-pic fr. Ref. 1
通过上面的讲解,相信我们已经大致明白动车组的供电线路、受流以及回流装置了。
下面,我们再谈谈动车组的牵引传动方式以及具体的牵引传动设备。
先放一张总图。
牵引传递系统-pic fr. Me
这张图里有两个重要的信息:
· 动车组的牵引传动方式是"交-直-交",也就是从"交流电"到"直流电",再到"交流电"。
· 动车组的牵引传动设备主要有:「受电弓」→「变压器」→「牵引变流器」→「牵引电机」→「联轴节」→「齿轮箱」→「车抽」→车轮」。
先谈谈牵引传动方式。
我国CRH动车组的牵引传动方式是"交-直-交"。
那么你可能会问,为什么是"交-直-交"?,而不是"直-直","直-交","交-直",亦或"交-交"呢?
下面简单回答下。
Q1:为什么输入端是交流?而不是直流?
在1956年,我国铁道电气化刚起步,采用"交流式"还是"直流式"受到人们极大的关注,因为它关系到我国电气化铁路的长远发展方向。
当时,西南交通大学的曹建猷院士通过论证分析,建议电气化铁路采用单相交流25kV的供电制式。随后,1957年经国家正式批准,单相交流25kV的供电制式被定为我国电气化铁道的标准。
通过查阅相关文献,谈谈为什么动车组要采取这一供电制式呢?(非供电专业,不严谨处请指正)
这一供电制式主要有两个特点:一是高压(25kV),二是交流供电(AC)。下面逐点进行分析。
1) 为什么是高压?
a. 因为选择高压输电,将能降低输电线的能耗。
CRH动车组的运营速度一般在200公里及以上,其牵引功率要比地铁等城市轨道交通装备大很多。如CRH2A的牵引功率是4800kW,CRH380A的牵引功率是9600kW,而成都1号线地铁列车的牵引功率是2160kW。
我们知道P=UI。若U都取1500V,CRH2A、CRH380A和成1要达到自己需求的功率,那么CRH2A的、CRH380A、成1的电流分别是3200A、6400A、1440A。
在中学课本里,我们知道P=I²×R,电路中如果电流较大,电能的损失是很大的。很明显,动车组的电能损耗高于地铁。
因此,鉴于CRH动车组的大功率特性,选择高压输电,将能降低输电线的能耗——功率一定,电压变高,则电流变小,则损失的电能变小。
b. 因为选择高压输电,将能减少设备的运营费用。
直流供电与交流供电的供电规律都符合电压越高,负荷矩越大,供电距离越远的趋势。——Ref. 3
因此,鉴于CRH动车组运营里程较长的特点,选择高压输电,将能减少牵引变电所的数量,从而降低设备的运营费用。
2) 为什么是交流供电?
由上我们可知,选择高压输电大有益处。
但,你可能会问:为什么一定得选择交流高压供电?直流高压供电不可以吗?
其实,从技术上来说,直流高压输电也是可行的(随着电力电子技术的新突破),其问题的关键主要在于以下两点:
a. 交流变压比直流变压方便,变压效率高[Ref. 4]。b. 交流电有电流波形的过零点, 因此灭弧比直流容易[Ref. 5]。
因此,综上,CRH动车组为了降低输电线的能耗,降低设备的运营费用,选择高压输电;为了保障变压效率和质量,选择交流电压。
两者复合[高压 交流],就形成交流高压供电制式了,即单相交流25kV。
目前,国铁(运营普通列车与动车组)与城市轨道交通车辆(地铁等)的供电制式已形成国家标准[Ref. 6]。
· 国铁:单相交流AC 25kV,50Hz。
· 城市轨道交通车辆的供电制式为:DC 750/1500 V。
两者具体的技术特点可以参考下表[Ref. 6]。