为什么无轨电车电力电缆使用直流而不是交流?

电器工程 力量 交流 直流
2022-01-08 02:14:45

我对无轨电车的多个方面感兴趣,作为从化石燃料动力公共汽车过渡到“绿色”公共交通的一种方式。

我自己不是电气工程师,但我对电气工程的理解虽然有限,但确实有一些了解。

阅读可用无轨电车的规格,似乎向它们传输电力的标准方式是通过直流 (600V) 电线。据我所知,使用交流电在更远(更远)的距离上传输电流更有效。

在这种情况下使用直流进行电力传输的原因是什么?

在这种情况下,直流电力传输是更高效(车内没有重型电力转换器;生产直流电机更便宜;更高效的直流电机等),对行人更安全,还是只是传统?

3个回答

带有架空线的手推车通常会瞬间断开,并且高电感会产生相同电流的电弧,允许一些连续性,但会降低电压或功率。而交流电可能会在 < 10 毫秒内切断。

但真正的原因是直流牵引电机启动所需的有效扭矩更大。

您可能会看到一些直流电机扭矩能力曲线。这些比通过控制方法应用以恒定电流加速无轨电车的交流电机更好地匹配负载与速度要求,直到达到速度。

荷兰的另一个优势是配备电池的直流电车可以延长路线。采用 IMC500 技术的 18 米巴士仅需在架空线下方行驶 20% 的路线。

据我所知,使用交流电在更远(更远)的距离上传输电流更有效。

如果你可以提高电压,那是真的。在无轨电车的情况下,电线在“最终用户”电压 600 V 下通电。请注意,架空将被分成独立的部分,这些部分将从最近的无轨电车变电站馈电。根据国家电网标准电压,变电站的馈电可能在 25 - 100 kV (AC) 范围内。通过这种方式,由于 600 V DC 部分相当短,因此损耗保持在较低水平。

在这种情况下使用直流进行电力传输的原因是什么?

  • 恒功率。直流一直开着。AC是脉冲的。
  • 变电站上更平衡的三相负载。使用多相整流器,一相始终供电。
  • 制动时可以轻松再生到线路中。
  • 对于给定的绝缘体击穿电压,DC 允许传输更多功率。

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图 1. 三相直流转换以更平衡的方式负载三相电源。单相交流电源将为电源提供脉冲负载。图片来源:电子教程

在这种情况下,直流电力传输效率更高(车内没有重型电力转换器;生产直流电机的成本更低;更高效的直流电机等)、对行人更安全,还是只是传统?

除了行人安全之外,可能是上述所有因素的组合。DC 的问题是切换更加困难,因为没有零交叉,电流降至零以帮助消除切换电弧。


从评论:

“请注意,开销将被分成独立的部分,这些部分将由最近的无轨电车变电站供电。” 这看起来又像是交流传输的论据。沿途需要维护的变电站更少。

无论如何,分段断路器都需要变电站,因此不会节省太多。它们还允许在变电站故障的情况下提供冗余,其中每一侧都可以为死区供电(通过桥接这些部分),尽管结果会产生一些电压降。

我想这在无轨电车的早期是有道理的,但现在随着廉价电子元件的出现,我想知道是否没有更强有力的论据支持交流电力传输。

您仍然缺少三相系统更平衡的负载、再生和网络高压绝缘成本的好处。

至少在荷兰(也被称为我居住的“这里”),这是出于历史原因。

无轨电车的历史可以追溯到 1882 年,1949 年在荷兰的阿纳姆(Arnhem)开始运行(仍在运行)。在没有我们今天所知的电子设备的情况下,直流电的速度控制更容易,并且可用的串联直流电机是非常适合牵引。

在无轨电车的早期,没有像我们今天这样简单的方法来整流交流电,因此决定在架空线上使用直流电。

直到 1950 年代,在架空电线上使用交流电来进行这种牵引并没有真正起飞,但是更换现有的车队和基础设施被认为过于昂贵,所以直流系统一直在使用。