Elektrisk lokomotiv - Electric locomotive

Elektrisk lokomotiv Škoda ChS4-109. The Moscow - Odessa tog i Vinnytsia jernbanestasjonen.
Den Siemens ES64U4 er den nåværende konstaterte holderen som den raskeste elektriske lokomotiv ved 357 km / t (222 km / h) i 2006.

Et elektrisk lokomotiv er et lokomotiv drevet av elektrisitet fra luftledninger , en tredje skinne eller energilagring ombord, for eksempel et batteri eller en superkondensator .

Lokomotiver med omborddrevne drivere , for eksempel dieselmotorer eller gasturbiner , er klassifisert som dieselelektriske eller gasturbinelektriske og ikke som elektriske lokomotiver, fordi kombinasjonen elektrisk generator/motor bare fungerer som kraftoverføringssystem .

Elektriske lokomotiver drar fordel av den høye effektiviteten til elektriske motorer, ofte over 90% (ikke inkludert ineffektiviteten ved å generere elektrisitet). Ytterligere effektivitet kan oppnås ved regenerativ bremsing , som gjør at kinetisk energi kan gjenvinnes under bremsing for å sette strømmen tilbake på linjen. Nyere elektriske lokomotiver bruker vekselstrømsmotor-inverter-drivsystemer som sørger for regenerativ bremsing. Elektriske lokomotiver er stille sammenlignet med diesellokomotiver siden det ikke er motor- og eksosstøy og mindre mekanisk støy. Mangelen på frem- og tilbakegående deler betyr at elektriske lokomotiver er lettere på banen, noe som reduserer sporvedlikeholdet. Kraftverkets kapasitet er langt større enn noen enkelt lokomotiv bruker, så elektriske lokomotiver kan ha en høyere effekt enn diesellokomotiver, og de kan produsere enda høyere kortsiktig overspenningskraft for rask akselerasjon. Elektriske lokomotiver er ideelle for pendeltogstjenester med hyppige stopp. Elektriske lokomotiver brukes på godsruter med gjennomgående høy trafikkmengde, eller i områder med avanserte jernbanenett. Kraftverk, selv om de brenner fossilt brensel, er langt renere enn mobile kilder som lokomotiver. Strømmen kan også komme fra rene eller fornybare kilder , inkludert geotermisk kraft , vannkraft , biomasse , solenergi , kjernekraft og vindturbiner . Elektriske lokomotiver koster vanligvis 20% mindre enn diesellokomotiver, vedlikeholdskostnadene er 25-35% lavere og koster opptil 50% mindre å kjøre.

Den største ulempen ved elektrifisering er de høye kostnadene for infrastruktur: luftledninger eller tredje jernbane, transformatorstasjoner og kontrollsystemer. Offentlig politikk i USA forstyrrer elektrifisering: høyere eiendomsskatt pålegges privateide jernbaneanlegg hvis de blir elektrifisert. EPA regulerer eksosutslipp på lokomotiver og marinemotorer, i likhet med forskrifter for utslipp av biler og lastebiler, for å begrense mengden karbonmonoksid, uforbrente hydrokarboner, nitrogenoksider og sotutslipp fra disse mobile strømkildene. Fordi jernbaneinfrastruktur er privateid i USA, er jernbaner uvillige til å gjøre nødvendige investeringer for elektrifisering. I Europa og andre steder regnes jernbanenettverk som en del av den nasjonale transportinfrastrukturen, akkurat som veier, motorveier og vannveier, så det er ofte finansiert av staten. Operatører av rullende materiell betaler avgifter i henhold til jernbanebruk. Dette muliggjør de store investeringene som kreves for teknisk og på sikt også økonomisk fordelaktig elektrifisering.

Historie

Likestrøm

1879 Siemens & Halske eksperimentelle tog
EL-1 elektrisk lokomotiv fra Baltimore Belt Line , US 1895: Damplokomotivet ble ikke løsrevet for passering gjennom tunnelen. Hovedlederen var en ∩ snittstang på det høyeste punktet i taket, så en fleksibel, flat strømavtaker ble brukt
Alco-GE Prototype Klasse S-1 , NYC & HR-nr. 6000 (DC)
En Milwaukee Road klasse ES-2 , et eksempel på en større steeplec switcher for en elektrifisert kraftig jernbane (DC) 1916

Det første kjente elektriske lokomotivet ble bygget i 1837 av kjemiker Robert Davidson fra Aberdeen , og det ble drevet av galvaniske celler (batterier). Davidson senere bygget et større lokomotiv heter Galvani , utstilt på Royal Scottish Society of Arts Exhibition i 1841. Den syv-tonns kjøretøy hadde to direkte-driv motvilje motorer , med faste elektromagneter som virker på jernskinner festet til en av tre sylinder på hver aksel, og enkle kommutatorer . Den trakk en last på seks tonn i 6 miles i timen (6 kilometer i timen) i en avstand på 2,4 kilometer. Den ble testet på Edinburgh og Glasgow Railway i september året etter, men den begrensede effekten fra batterier forhindret generell bruk. Det ble ødelagt av jernbanearbeidere, som så det som en trussel mot jobbsikkerheten.

Det første elektriske persontoget ble presentert av Werner von Siemens i Berlin i 1879. Lokomotivet ble kjørt av en 2,2 kW serie-viklet motor, og toget, bestående av lokomotivet og tre biler, nådde en hastighet på 13 km/t . I løpet av fire måneder fraktet toget 90 000 passasjerer på et 300 meter langt (984 fot) sirkelspor. Strømmen (150 V DC) ble tilført gjennom en tredje isolert skinne mellom sporene. En kontaktrulle ble brukt til å samle strømmen.

Verdens første elektriske trikkelinje åpnet i Lichterfelde nær Berlin, Tyskland, i 1881. Den ble bygget av Werner von Siemens (se Gross-Lichterfelde Tramway og Berlin Straßenbahn ). Volks elektriske jernbane åpnet i 1883 i Brighton. Også i 1883 åpnet Mödling og Hinterbrühl trikk nær Wien i Østerrike. Det var det første i verden i rutetjeneste drevet fra en luftledning. Fem år senere, i de amerikanske elektriske vognene ble pioner i 1888 på Richmond Union Passenger Railway , ved hjelp av utstyr designet av Frank J. Sprague .

De første elektrifiserte ungarske jernbanelinjene ble åpnet i 1887. Budapest (Se: BHÉV ): Ráckeve -linjen (1887), Szentendre -linjen (1888), Gödöllő -linjen (1888), Csepel -linjen (1912).

Mye av den tidlige utviklingen av elektrisk bevegelse ble drevet av den økende bruken av tunneler, spesielt i byområder. Røyk fra damplokomotiver var skadelig, og kommunene var i økende grad tilbøyelige til å forby bruk innenfor sine grenser. Den første elektrisk bearbeidede undergrunnsbanen var City and South London Railway , påkrevd av en klausul i dens muliggjørende handling som forbyr bruk av dampkraft. Den åpnet i 1890, ved hjelp av elektriske lokomotiver bygget av Mather og Platt . Elektrisitet ble raskt den foretrukne strømforsyningen for T-bane, støttet av Spragues oppfinnelse av togkontroll med flere enheter i 1897. Overflate og forhøyede hurtigtransportsystemer brukte vanligvis damp til de ble tvunget til å konvertere etter forskrift.

Den første bruken av elektrifisering på en amerikansk hovedlinje var på en fire mil lang strekning av Baltimore Belt Line i Baltimore og Ohio Railroad (B&O) i 1895 som forbinder hoveddelen av B&O til den nye linjen til New York gjennom en serie av tunneler rundt kantene i Baltimores sentrum. Parallelle spor på Pennsylvania Railroad hadde vist at kullrøyk fra damplokomotiver ville være et stort driftsproblem og en offentlig plage. Tre Bo+Bo- enheter ble opprinnelig brukt, EL-1-modellen. I sørenden av den elektrifiserte seksjonen; de koblet seg til lokomotivet og toget og trakk det gjennom tunnelene. Jernbaneinnganger til New York City krevde lignende tunneler og røykproblemene var mer akutte der. En kollisjon i Park Avenue-tunnelen i 1902 førte til at lovgiver i staten New York forbød bruk av røykgenererende lokomotiver sør for Harlem River etter 1. juli 1908. Som svar begynte elektriske lokomotiver å operere i 1904 på New York Central Railroad . På 1930 -tallet elektrifiserte Pennsylvania Railroad , som hadde innført elektriske lokomotiver på grunn av NYC -forordningen, hele territoriet øst for Harrisburg, Pennsylvania .

The Chicago, Milwaukee, St. Paul, og Pacific Railroad (Milwaukee Road), den siste trans linjen skal bygges, elektrifisert sine linjer på tvers av Rocky Mountains og Stillehavet starter i 1915. Noen East Coastlines, særlig Virginian Railway og Norfolk og Western Railway , elektrifiserte korte deler av fjellovergangene. På dette tidspunktet var imidlertid elektrifisering i USA mer forbundet med tett bytrafikk og bruken av elektriske lokomotiver gikk ned i lys av dieselisering. Diesel delte noen av de elektriske lokomotivets fordeler i forhold til damp og kostnadene ved å bygge og vedlikeholde strømforsyningsinfrastrukturen, noe som motvirket nye installasjoner, og forårsaket eliminering av de fleste hovedlinjelektrifisering utenfor Nordøst. Bortsett fra noen få systemer i fangenskap (f.eks. Deseret Power Railroad ), var elektrifiseringen innen 2000 begrenset til Nordøstkorridoren og noen pendeltjenester. selv der ble godstjenesten håndtert med diesel. Utviklingen fortsatte i Europa, der elektrifisering var utbredt. 1500 V DC brukes fortsatt på noen linjer i nærheten av Frankrike, og 25 kV 50 Hz brukes av høyhastighetstog.

Vekselstrøm

Den første praktiske AC elektrisk lokomotiv designet av Charles Brown , som da jobbet for Oerlikon , Zürich. I 1891 hadde Brown demonstrert langdistanse kraftoverføring, ved bruk av trefaset vekselstrøm , mellom et vannelektrisk anleggLauffen am Neckar og Frankfurt am Main West, en avstand på 280 km. Ved å bruke erfaring han hadde fått mens han jobbet for Jean Heilmann med dampelektriske lokomotivdesign, observerte Brown at trefasede motorer hadde et høyere forhold mellom effekt og vekt enn likestrømsmotorer og, på grunn av fravær av en kommutator , var enklere å produsere og vedlikeholde. Imidlertid var de mye større enn datidens likestrømsmotorer og kunne ikke monteres i gulvboggier : de kunne bare bæres i lokomotivkarosserier.

I 1894 utviklet den ungarske ingeniøren Kálmán Kandó en ny type 3-fase asynkrone elektriske motorer og generatorer for elektriske lokomotiver. Kandós design fra begynnelsen av 1894 ble først brukt i en kort trefaset AC-trikk i Évian-les-Bains (Frankrike), som ble bygget mellom 1896 og 1898.

I 1918 oppfant og utviklet Kandó den roterende faseomformeren , slik at elektriske lokomotiver kan bruke trefasede motorer mens de tilføres via en enkelt luftledning, som bærer den enkle industrielle frekvensen (50 Hz) enfaset vekselstrøm til de høye spenningsnettverkene.

I 1896 installerte Oerlikon det første kommersielle eksemplet på systemet på Lugano trikk . Hvert 30-tonn lokomotiv hadde to 110 kW (150 hk) motorer drevet av trefaset 750 V 40 Hz matet fra doble luftledninger. Trefasemotorer kjører med konstant hastighet og gir regenerativ bremsing , og er godt egnet for bratt graderte ruter, og de første hovedlinjens trefasede lokomotivene ble levert av Brown (da i samarbeid med Walter Boveri ) i 1899 på 40 km Burgdorf — Thun -linjen , Sveits. Den første implementeringen av enfaset vekselstrømforsyning for lokomotiver fra industriell frekvens kom fra Oerlikon i 1901, ved bruk av designene til Hans Behn-Eschenburg og Emil Huber-Stockar ; installasjonen på Seebach-Wettingen-linjen til de sveitsiske føderale jernbanene ble fullført i 1904. 15 kV, 50 Hz 345 kW (460 hk), 48 tonn lokomotiver brukte transformatorer og roterende omformere for å drive likestrømsmotorer.

En prototype av et elektrisk elektrisk elektrisk lokomotiv i Valtellina, Italia, 1901

Italienske jernbaner var de første i verden som introduserte elektrisk trekkraft over hele hovedlinjen i stedet for bare en kort strekning. 106 km Valtellina -linjen ble åpnet 4. september 1902, designet av Kandó og et team fra Ganz -verkene. Det elektriske systemet var trefaset ved 3 kV 15 Hz. Spenningen var betydelig høyere enn den ble brukt tidligere, og den krevde nye design for elektriske motorer og koblingsenheter. Det trefasede totrådede systemet ble brukt på flere jernbaner i Nord-Italia og ble kjent som "det italienske systemet". Kandó ble invitert i 1905 til å påta seg ledelsen av Società Italiana Westinghouse og ledet utviklingen av flere italienske elektriske lokomotiver. I løpet av elektrifiseringen av de italienske jernbanene ble det testet hvilken type strøm som skulle brukes: i noen seksjoner var det en 3600 V 16+23  Hz trefaset strømforsyning, i andre var det 1500 V DC, 3 kV DC og 10 kV AC 45 Hz forsyning. Etter 2. verdenskrig ble 3 kV likestrøm valgt for hele det italienske jernbanesystemet.

En senere utvikling av Kandó, som jobbet med både Ganz- verkene og Societa Italiana Westinghouse , var en elektromekanisk omformer , som tillot bruk av trefasede motorer fra enfaset vekselstrøm, noe som eliminerte behovet for to luftledninger. I 1923 ble det første fasekonverterlokomotivet i Ungarn konstruert på grunnlag av Kandós design og serieproduksjonen begynte like etter. Den første installasjonen, ved 16 kV 50 Hz, var i 1932 på 56 km -delen av de ungarske statsbanene mellom Budapest og Komárom . Dette viste seg å være vellykket, og elektrifiseringen ble utvidet til Hegyeshalom i 1934.

En Swiss Re 420 leder et godstog ned på sørsiden av Gotthardbanen , som ble elektrifisert i 1922. Mastene og linjene i kontaktledningen kan sees.

I Europa fokuserte elektrifiseringsprosjektene først på fjellområder av flere grunner: kullforsyningen var vanskelig, vannkraften var lett tilgjengelig, og elektriske lokomotiver ga mer trekkraft på brattere linjer. Dette var spesielt aktuelt i Sveits, der nesten alle linjer er elektrifisert. Et viktig bidrag til den bredere adopsjonen av AC -trekkraft kom fra SNCF i Frankrike etter andre verdenskrig . Selskapet hadde vurdert den industrielle frekvensstrømledningen som ble ført gjennom den bratte Höllental-dalen , Tyskland, som var under fransk administrasjon etter krigen. Etter forsøk bestemte selskapet at ytelsen til AC -lokomotiver var tilstrekkelig utviklet til at alle fremtidige installasjoner, uansett terreng, kunne være av denne standarden, med tilhørende billigere og mer effektiv infrastruktur. SNCF-avgjørelsen, som ignorerte 3200 km høyspennings DC som allerede var installert på franske ruter, var innflytelsesrik i standarden som ble valgt for andre land i Europa.

Pikku-Pässi , et lite elektrisk lokomotiv fra Finlayson- selskapet i Tampere , Finland, på 1950-tallet

På 1960 -tallet ble elektrifiseringen av mange europeiske hovedlinjer. Europeisk elektrisk lokomotivteknologi hadde forbedret seg jevnt fra 1920 -tallet og fremover. Til sammenligning veide Milwaukee Road klasse EP-2 (1918) 240 t, med en effekt på 3330 kW og en maksimal hastighet på 112 km/t; i 1935 hadde tyske E 18 en effekt på 2800 kW, men veide bare 108 tonn og hadde en maksimal hastighet på 150 km/t. 29. mars 1955 nådde det franske lokomotivet CC 7107 331 km/t. I 1960 produserte SJ klasse Dm 3 lokomotiver på svenske jernbaner rekord 7.200 kW. Lokomotiver som var i stand til kommersiell passasjertjeneste med 200 km/t dukket opp i Tyskland og Frankrike i samme periode. Ytterligere forbedringer kom fra introduksjonen av elektroniske kontrollsystemer, som tillot bruk av stadig lettere og kraftigere motorer som kunne monteres inne i boggiene (standardisering fra 1990-tallet og fremover på asynkrone trefasede motorer, matet gjennom GTO-omformere).

På 1980-tallet førte utviklingen av svært høyhastighetstjeneste til ytterligere elektrifisering. Den japanske Shinkansen og den franske TGV var de første systemene som det ble bygget dedikerte høyhastighetslinjer fra bunnen av. Lignende programmer ble gjennomført i Italia , Tyskland og Spania ; i USA var den eneste nye hovedtjenesten en forlengelse av elektrifisering over nordøstkorridoren fra New Haven, Connecticut , til Boston, Massachusetts , selv om nye elektriske bybanesystemer fortsatt ble bygget.

September 2006 oppnådde et standardproduksjon Siemens elektriske lokomotiv av Eurosprinter type ES64-U4 ( ÖBB klasse 1216) 357 km/t (222 mph), rekorden for et lokomotivt tog, på den nye linjen mellom Ingolstadt og Nürnberg . Dette lokomotivet brukes nå stort sett umodifisert av ÖBB for å hale Railjet, som imidlertid er begrenset til en toppfart på 230 km/t på grunn av økonomiske og infrastrukturelle bekymringer.

Typer

Driftskontrollene til VL80R godslokomotiv fra Russian Railways . Hjulet styrer motorkraften.
Elektrisk lokomotiv brukt i gruvedrift i Flin Flon, Manitoba . Dette lokomotivet er utstilt og er ikke i bruk for øyeblikket.

Et elektrisk lokomotiv kan leveres med strøm fra

De karakteristiske designfunksjonene til elektriske lokomotiver er:

  • Typen elektrisk strøm som brukes, vekselstrøm eller likestrøm .
  • Metoden for lagring (batterier, ultrakondensatorer) eller innsamling (overføring) av elektrisk kraft.
  • Midlene som brukes til å koble trekkmotorene til drivhjulene (drivere).

Likestrøm og vekselstrøm

Den mest grunnleggende forskjellen ligger i valget av AC eller DC. De tidligste systemene brukte DC, ettersom AC ikke var godt forstått og isolasjonsmateriale for høyspentledninger ikke var tilgjengelig. DC -lokomotiver kjører vanligvis med relativt lav spenning (600 til 3000 volt); utstyret er derfor relativt massivt fordi de involverte strømningene er store for å overføre tilstrekkelig kraft. Strøm må tilføres med jevne mellomrom, ettersom høye strømmer resulterer i store tap i overføringssystemet.

Etter hvert som vekselstrømsmotorer ble utviklet, ble de den dominerende typen, spesielt på lengre ruter. Høye spenninger (titusenvis av volt) brukes fordi dette tillater bruk av lave strømmer; overføringstap er proporsjonale med kvadratet av strømmen (f.eks. to ganger strømmen betyr fire ganger tapet). Dermed kan høy effekt ledes over lange avstander på lettere og billigere ledninger. Transformatorer i lokomotivene omdanner denne kraften til lavspenning og høy strøm for motorene. En lignende høyspenning, lavstrømsystemet kunne ikke brukes med likestrømslokomotiver fordi det ikke er noen enkel måte å gjøre spenning/strømtransformasjonen for DC så effektivt som oppnådd av vekselstransformatorer.

AC-trekkraft bruker fremdeles av og til to luftledninger i stedet for enfasede linjer. Den resulterende trefasestrømmen driver induksjonsmotorer , som ikke har følsomme kommutatorer og muliggjør enkel realisering av en regenerativ brems . Hastigheten styres ved å endre antall polpar i statorkretsen, med akselerasjon styrt ved å slå ytterligere motstander inn eller ut av rotorkretsen. Tofaselinjene er tunge og kompliserte nærbrytere, der fasene må krysse hverandre. Systemet ble mye brukt i Nord -Italia til 1976 og er fremdeles i bruk på noen sveitsiske stativbaner . Den enkle muligheten for en feilsikker elektrisk brems er en fordel med systemet, mens hastighetskontroll og tofaselinjene er problematiske.

Det svenske Rc -lokomotivet var det første serielokomotivet som brukte tyristorer med likestrømsmotorer.

Likeretterlokomotiver , som brukte vekselstrømsoverføring og likestrømsmotorer, var vanlige, selv om likestrømskommutatorer hadde problemer både ved start og ved lave hastigheter. Dagens avanserte elektriske lokomotiver bruker børsteløse trefasede AC-induksjonsmotorer . Disse flerfasede maskinene drives fra GTO -, IGCT - eller IGBT -basert omformere. Kostnaden for elektroniske enheter i et moderne lokomotiv kan være opptil 50% av bilens kostnad.

Elektrisk trekkraft tillater bruk av regenerativ bremsing, der motorene brukes som bremser og blir generatorer som forvandler togets bevegelse til elektrisk kraft som deretter mates tilbake til linjene. Dette systemet er spesielt fordelaktig i fjelloperasjoner, ettersom nedadgående lokomotiver kan produsere en stor del av kraften som kreves for stigende tog. De fleste systemer har en karakteristisk spenning og, når det gjelder vekselstrøm, en systemfrekvens. Mange lokomotiver har blitt utstyrt for å håndtere flere spenninger og frekvenser ettersom systemer kom til å overlappe hverandre eller bli oppgradert. Amerikanske FL9- lokomotiver var utstyrt for å håndtere strøm fra to forskjellige elektriske systemer og kunne også fungere som dieselelektrisk.

Selv om dagens systemer hovedsakelig fungerer på vekselstrøm, er mange likestrømssystemer fortsatt i bruk - f.eks. I Sør -Afrika og Storbritannia (750 V og 1500 V); Nederland , Japan , Irland (1500 V); Slovenia , Belgia , Italia , Polen , Russland , Spania (3000 V) og Washington, DC (750 V).

Kraftoverføring

En moderne halvpantograf
Tredje skinne ved West Falls Church metrostasjon nær Washington, DC, elektrifisert med 750 volt. Den tredje skinnen er øverst på bildet, med en hvit baldakin over den. De to nedre skinnene er de vanlige løpeskinnene; strøm fra den tredje skinnen går tilbake til kraftstasjonen gjennom disse.

Elektriske kretser krever to tilkoblinger (eller for trefaset vekselstrøm , tre tilkoblinger). Fra begynnelsen ble sporet brukt på den ene siden av kretsen. I motsetning til modelljernbaner leverer sporet normalt bare den ene siden, den andre siden (er) av kretsen leveres separat.

Luftledninger

Jernbaner pleier generelt å foretrekke luftledninger , ofte kalt " kontaktledninger " etter støttesystemet som ble brukt til å holde tråden parallell med bakken. Tre innsamlingsmetoder er mulige:

  • Vognstang : en lang fleksibel stang, som griper linjen med et hjul eller sko.
  • Sløyfe samler : en ramme som holder en lang oppsamlingsstang mot tråden.
  • Pantograph : en hengslet ramme som holder samleskoene mot tråden i en fast geometri.

Av de tre er pantografmetoden best egnet for høyhastighetsdrift. Noen lokomotiver bruker både overhead og tredje jernbanesamling (f.eks. British Rail Class 92 ). I Europa er anbefalt geometri og form på strømavtakere definert av standarden EN 50367/IEC 60486

Tredje skinne

Den opprinnelige Baltimore og Ohio Railroad -elektrifiseringen brukte en glidesko i en overliggende kanal, et system som raskt ble funnet å være utilfredsstillende. Den ble erstattet av en tredje skinne , der en pickup ("skoen") syklet under eller på toppen av en mindre skinne parallelt med hovedsporet, over bakkenivå. Det var flere pickuper på begge sider av lokomotivet for å imøtekomme pausene i den tredje skinnen som kreves av sporarbeid. Dette systemet foretrekkes i T -baner på grunn av de nære klaringene det gir.

Å kjøre hjulene

En av Milwaukee Road EP-2 "Bipolare" elektriske

Under den første utviklingen av jernbanens elektriske fremdrift ble det utviklet en rekke drivsystemer for å koble utmatningen fra trekkmotorene til hjulene. Tidlige lokomotiver brukte ofte drivaksler . I dette arrangementet er trekkmotoren montert inne i lokomotivet og driver drivakselen gjennom et sett med gir. Dette systemet ble brukt fordi de første trekkmotorene var for store og tunge til å monteres direkte på akslene. På grunn av antall mekaniske deler involvert, var hyppig vedlikehold nødvendig. Knektakseldriften ble forlatt for alle unntatt de minste enhetene da mindre og lettere motorer ble utviklet,

Flere andre systemer ble utviklet etter hvert som det elektriske lokomotivet modnet. Den Buchli kjøring var et fullt fjærbelastet system, hvor vekten av de drivende motorer er fullstendig frakoplet fra drivhjulene. Buchli -stasjonen ble først brukt i elektriske lokomotiver fra 1920 -årene, og ble hovedsakelig brukt av den franske SNCF og Swiss Federal Railways . Den fjærdriv ble også utviklet for denne tid og montert drivmotoren over eller på siden av akselen og koblet til akselen gjennom et reduksjonsgear og en hul aksel - hulakselen - fleksibelt forbundet med den drivende aksel. The Pennsylvania Railroad GG1 lokomotiv brukt en fjærpenn stasjon. Igjen, ettersom trekkmotorer fortsatte å krympe i størrelse og vekt, falt fjæredrev gradvis ut av gunst.

En annen stasjon var det " bi-polare " systemet, der motorankeret var selve akselen, motorens ramme og feltsamling var festet til lastebilen (bogie) i en fast posisjon. Motoren hadde to feltpoler, som tillot en begrenset mengde vertikal bevegelse av ankeret. Dette systemet var av begrenset verdi siden effekten til hver motor var begrenset. De EP-2 bi-polare elektrisk brukes av Milwaukee Road kompensert for dette problemet ved å bruke et stort antall drevne aksler.

Moderne elektriske lokomotiver, som sine dieselelektriske kolleger, bruker nesten universelt akselhengte trekkmotorer, med en motor for hver drevet aksel. I dette arrangementet er den ene siden av motorhuset understøttet av glidelagre som kjører på en bakken og polert tapp som er integrert i akselen. Den andre siden av huset har et tungeformet fremspring som går i inngrep med et matchende spor i lastebilstøtten (boggien), og har som formål å fungere som en dreiemomentreaksjonsinnretning, så vel som støtte. Kraftoverføring fra motoren til akselen utføres ved hjelp av tannhjulsgir , der et telt på motorakselen går i inngrep med et bull -tannhjul på akselen. Begge girene er innelukket i et væsketett hus som inneholder smøreolje. Tjenesten som lokomotivet brukes i, dikterer utvekslingsforholdet. Numerisk høye forholdstall er ofte funnet på godsenheter, mens numerisk lave forholdstall er typiske for personmotorer.

Hjularrangementer

Et elektrisk lokomotiv GG1

The Whyte notasjon system for klassifisering damplokomotiver er ikke tilstrekkelig for å beskrive rekke elektriske lokomotiv ordninger, selv om Pennsylvania Railroad brukt klassene til sine elektriske lokomotiver som om de var damp. For eksempel indikerer PRR GG1- klassen at den er arrangert som to 4-6-0 klasse G-lokomotiver koblet mot hverandre .

UIC -klassifiseringssystem ble vanligvis brukt for elektriske lokomotiver, ettersom det kunne håndtere de komplekse arrangementene av drevne og ikke -drevne aksler og kunne skille mellom koblede og frakoblede drivsystemer.

Batterilokomotiv

Et London-underjordisk batterielektrisk lokomotiv på West Ham stasjon som ble brukt til å frakte ingeniørtog

Et batterielektrisk lokomotiv (eller batterilokomotiv) drives av innebygde batterier; en slags batteri elektrisk kjøretøy .

Slike lokomotiver brukes der et diesel- eller konvensjonelt elektrisk lokomotiv ville være uegnet. Et eksempel er vedlikeholdstog på elektrifiserte linjer når strømforsyningen er slått av. En annen bruk for batterilokomotiver er i industrielle anlegg (f.eks. Eksplosivfabrikker, olje- og gassraffinaderier eller kjemiske fabrikker) der et forbrenningsdrevet lokomotiv (dvs. damp- eller dieseldrevet ) kan forårsake et sikkerhetsproblem på grunn av brannfare , eksplosjon eller røyk i et begrenset rom. Batteri lokomotiver er foretrukket for min jernbaner hvor gass kan antennes av tralledrevne enheter lysbue ved oppsamlings sko, eller hvor elektrisk motstand kan utvikle seg i tilførsels eller returkretser, spesielt ved skinneskjøter, og tillate farlig strømlekkasje inn i bakken.

Det første elektriske lokomotivet som ble bygget i 1837 var et batterilokomotiv. Den ble bygget av kjemiker Robert Davidson fra Aberdeen i Skottland , og den ble drevet av galvaniske celler (batterier). Et annet tidlig eksempel var ved Kennecott Copper Mine , Latouche, Alaska , der 1917 de underjordiske transportmåtene ble utvidet for å gjøre det mulig å arbeide med to batterilokomotiver på 4+12 korte tonn (4,0 lange tonn; 4,1 t). I 1928 bestilte Kennecott Copper fire 700-serie elektriske lokomotiver med innebygde batterier. Disse lokomotivene veide 85 korte tonn (76 lange tonn; 77 t) og opererte på 750 volt overhengende tralletråd med betydelig ytterligere rekkevidde mens de kjørte på batterier. Lokomotivene ga flere tiår med service ved hjelp av nikkel-jern batteri (Edison) teknologi. Batteriene ble byttet ut med blybatterier , og lokomotivene ble pensjonert kort tid etterpå. Alle fire lokomotivene ble donert til museer, men ett ble skrotet. De andre kan sees på Boone and Scenic Valley Railroad , Iowa, og på Western Railway Museum i Rio Vista, California.

The Toronto Transit Commission tidligere operert på Toronto subway et batteri elektrisk lokomotiv bygget av Nippon-Sharyo i 1968 og trakk seg tilbake i 2009.

London Underground driver regelmessig batterielektriske lokomotiver for generelt vedlikeholdsarbeid.

Elektriske lokomotiver rundt om i verden

Europa

NER No.1, Locomotion museum, Shildon
FS klasse E656 , et leddet Bo'-Bo'-Bo 'lokomotiv, klarer lettere de tette kurvene som ofte finnes på de italienske jernbanene
Britisk klasse 91

Elektrifisering er utbredt i Europa, med elektriske flere enheter som vanligvis brukes til persontog. På grunn av tidsplaner med høyere tetthet er driftskostnadene mer dominerende med hensyn til infrastrukturkostnadene enn i USA, og elektriske lokomotiver har mye lavere driftskostnader enn diesel. I tillegg var regjeringer motivert til å elektrifisere jernbanenettene sine på grunn av kullmangel under den første og andre verdenskrig.

Diesellokomotiver har mindre effekt sammenlignet med elektriske lokomotiver med samme vekt og dimensjoner. For eksempel ble 2 200 kW på et moderne British Rail Class 66- diesellokomotiv matchet i 1927 av det elektriske SBB-CFF-FFS Ae 4/7 (2300 kW), som er lettere. For lave hastigheter er imidlertid trekkraften viktigere enn kraften. Dieselmotorer kan være konkurransedyktige for langsom godstrafikk (slik det er vanlig i Canada og USA), men ikke for passasjer- eller blandet passasjer-/godstrafikk som på mange europeiske jernbanelinjer, spesielt der tunge godstog må kjøres i relativt høye hastigheter ( 80 km/t eller mer).

Disse faktorene førte til høye grader av elektrifisering i de fleste europeiske land. I noen land, som Sveits, er til og med elektriske skodder vanlige, og mange private sidespor betjenes av elektriske lokomotiver. Under andre verdenskrig , da materialer for å bygge nye elektriske lokomotiver ikke var tilgjengelige, installerte Swiss Federal Railways elektriske varmeelementer i kjelene på noen dampskodder , matet fra luftforsyningen, for å håndtere mangelen på importert kull. I Sverige ble til og med elektriske roterende snøploger brukt som A4 roterende snøplog.

Svensk statsbane A4 Elektrisk roterende snøplog

Den siste politiske utviklingen i mange europeiske land for å forbedre kollektivtransporten har ført til et nytt løft for elektrisk trekkraft. I tillegg lukkes hullene i det ikke -elektriske sporet for å unngå å erstatte elektriske lokomotiver med diesel for disse seksjonene. Den nødvendige modernisering og elektrifisering av disse linjene er mulig på grunn av finansiering av jernbaneinfrastrukturen av staten.

Britiske elektriske flere enheter ble først introdusert på 1890 -tallet, nåværende versjoner gir offentlig transport, og det finnes også en rekke elektriske lokomotivklasser, for eksempel: Klasse 76 , Klasse 86 , Klasse 87 , Klasse 90 , Klasse 91 og Klasse 92 .

Russland og tidligere Sovjetunionen

Sovjetisk elektrisk lokomotiv VL60 p k (ВЛ60 п к ), ca. 1960
Sovjetisk elektrisk lokomotiv VL-23 (²-23)

Russland og andre land i det tidligere Sovjetunionen har en blanding av 3000 V DC og 25 kV AC av historiske årsaker.

De spesielle "veikryssstasjonene" (rundt 15 over det tidligere Sovjetunionen - Vladimir , Mariinsk nær Krasnoyarsk, etc.) har ledninger som kan byttes fra DC til AC. Lokomotivbytte er avgjørende på disse stasjonene og utføres sammen med kontaktledningsbryteren.

De fleste sovjetiske, tsjekkiske (Sovjetunionen bestilte elektriske lokomotiver for passasjerer fra Škoda ), russiske og ukrainske lokomotiver kan kun operere på AC eller DC. For eksempel er VL80 en AC -maskin, med VL10 en DC -versjon. Det var noen halveksperimentelle små serier som VL82, som kunne bytte fra AC til DC og ble brukt i små mengder rundt byen Kharkov i Ukraina . Det siste russiske passasjelokomotivet EP10 er også et dobbelt system.

Historisk sett ble 3000 V DC brukt for enkelhet. Det første eksperimentelle sporet var i de georgiske fjellene, deretter ble forstadsonene i de største byene elektrifisert for EMUer - veldig fordelaktig på grunn av den mye bedre dynamikken i et slikt tog sammenlignet med dampen, noe som er viktig for forstadsbetjening med hyppige stopp. . Da ble den store fjellgrensen mellom Ufa og Tsjeljabinsk elektrifisert.

For en stund ble elektriske jernbaner bare ansett for å være egnet for forstads- eller fjelllinjer. Rundt 1950 ble det fattet en beslutning (ifølge legenden av Joseph Stalin ) om å elektrifisere den høyt belastede sletteprærelinjen Omsk - Novosibirsk . Etter dette ble elektrifisering av de store jernbanene ved 3000 V DC mainstream.

25 kV AC startet i Sovjetunionen rundt 1960 da industrien klarte å bygge det likeretterbaserte AC-wire DC-motorlokomotivet (alle sovjetiske og tsjekkiske AC-lokomotiver var slike; bare de post-sovjetiske byttet til elektronisk styrte induksjonsmotorer) . Den første store linjen med vekselstrøm var Mariinsk-Krasnoyarsk-Tayshet-Zima; linjene i det europeiske Russland som Moskva-Rostov ved Don fulgte.

På 1990 -tallet ble noen DC -linjer gjenoppbygd som AC for å tillate bruk av det enorme 10 MWt AC -lokomotivet til VL85. Linjen rundt Irkutsk er en av dem. DC -lokomotivene som ble frigjort ved denne ombyggingen ble overført til St. Petersburg -regionen.

Den transsibirske jernbanen har vært delvis elektrifisert siden 1929, helt siden 2002. Systemet er 25 kV AC 50 Hz etter kryssstasjonen Mariinsk nær Krasnoyarsk, 3000 V DC før den, og togvektene er opptil 6000 tonn.

Nord Amerika

Canada

CN Boxcab elektrisk lokomotiv forlater Mount Royal Tunnel , 1989.

Historisk sett har Canada brukt en rekke elektriske lokomotiver, først og fremst for å flytte passasjerer og last gjennom dårlig ventilerte tunneler. Elektriske lokomotiver som var i bruk i Canada inkluderer St. Clair Tunnel Co. Boxcab Electric , CN Boxcab Electric og GMD GF6C . I likhet med USA har fleksibiliteten til diesellokomotiver og de relativt lave kostnadene ved infrastrukturen ført til at de har seiret bortsett fra der juridiske eller operasjonelle begrensninger tilsier bruk av elektrisitet. Ledende til begrenset elektrisk jernbaneinfrastruktur og forlengelse av elektriske lokomotiver som opererer i Canada i dag. To eksempler eksisterer i dag:

I fremtiden planlegger Torontos GO Transit å drive en flåte med nye elektriske lokomotiver som en del av sitt Regional Express Rail -initiativ . Muligheten for å bruke hydrogenbrenselcellelokomotiver blir også undersøkt.

forente stater

Elektriske lokomotiver brukes for persontogene på Amtrak 's Nordøst Corridor mellom Washington, DC , og Boston , med en gren til Harrisburg, Pennsylvania , og på noen commuter rail linjer. Massetransportsystemer og andre elektrifiserte pendlerlinjer bruker elektriske flere enheter , hvor hver bil er drevet. All annen langdistansepassasjertjeneste og, med sjeldne unntak , blir all gods trukket av dieselelektriske lokomotiver.

I Nord -Amerika har fleksibiliteten til diesellokomotiver og de relativt lave kostnadene ved infrastrukturen ført til at de har seiret bortsett fra der juridiske eller operasjonelle begrensninger tilsier bruk av elektrisitet. Et eksempel på sistnevnte er bruk av elektriske lokomotiver fra Amtrak og pendlerbaner i nordøst. New Jersey Transit New York-korridoren bruker elektriske lokomotiver ALP-46 , på grunn av forbudet mot dieseldrift i Penn Station og Hudson- og East River-tunnelene som fører til den. Noen andre tog til Penn Station bruker lokomotiver med to moduser som også kan operere med tredje jernbanestrøm i tunnelene og stasjonen.

I løpet av damptiden ble noen fjellområder elektrifisert, men disse har blitt avviklet. Krysset mellom elektrifisert og ikke-elektrifisert territorium er stedet for motorendringer; for eksempel hadde Amtrak -tog forlengede stopp i New Haven, Connecticut , da lokomotiver ble byttet, en forsinkelse som bidro til beslutningen om å elektrifisere New Haven til Boston -segmentet i Northeast Corridor i 2000.

Asia

Kina

To China Railway HXD3Ds som kjører et langdistansetog.

Kina har over 100 000 kilometer elektrifisert jernbane. Med de fleste stamlinjegodstransport og langdistanse persontog operert med elektriske lokomotiver med høy effekt, vanligvis over 7200 kilowatt (9.700 hk) effekt. Tung last fraktes med ekstrem kraftige flerseksjonelle lokomotiver og når opptil 28 800 kilowatt (38 600 hk) på "Shen 24" -serien på seks seksjon elektriske lokomotiver.

India

Indian Railways 12.000 hk godsklasse WAG-12 elektrisk lokomotiv
Indian Railways passasjerklasse WAP-7 elektrisk lokomotiv
Indian Railways godsklasse WAG-9 elektrisk lokomotiv

Alle elektrifiserte ruter i India bruker 25 kV AC overhead -elektrifisering ved 50 Hz. Fra mars 2017 henter Indian Railways 85% av gods- og persontrafikken med elektriske lokomotiver og 45.881 km jernbanelinjer.

Japan

Japan elektrisk lokomotiv EF65

Japan har kommet nær fullstendig elektrifisering, hovedsakelig på grunn av de relativt korte avstandene og det fjellrike terrenget, som gjør elektrisk service til en spesielt økonomisk investering. I tillegg vektes blandingen av frakt til passasjertjeneste mye mer mot passasjertjeneste (selv i landlige områder) enn i mange andre land, og dette har bidratt til å drive statlige investeringer til elektrifisering av mange eksterne linjer. Imidlertid fører de samme faktorene til at operatører av japanske jernbaner foretrekker EMU fremfor elektriske lokomotiver. Religion av elektriske lokomotiver til gods og utvalgte langdistansetjenester, noe som gjør at de aller fleste elektriske rullende materiell i Japan drives med EMUer.

Australia

Både viktorianske jernbaner og New South Wales Government Railways , som var banebrytende for elektrisk trekkraft i Australia på begynnelsen av 1900 -tallet og fortsetter å drive 1500 V DC elektriske flere enheter , har trukket sine elektriske lokomotiver tilbake.

I begge delstater viste bruken av elektriske lokomotiver på hovedstadsruter å være en kvalifisert suksess. I Victoria, fordi bare en hovedlinje ( Gippslandbanen ) hadde blitt elektrifisert, ble de økonomiske fordelene ved elektrisk trekkraft ikke fullt ut realisert på grunn av behovet for å bytte lokomotiver for tog som kjørte utenfor det elektrifiserte nettverket. VRs elektriske lokomotivflåte ble trukket ut av drift innen 1987 og elektrifiseringen av Gippsland -linjen ble demontert i 2004. Lokomotivene i 86 -klassen som ble introdusert for NSW i 1983 hadde en relativt kort levetid da kostnadene ved å bytte lokomotiver i ekstremitetene av det elektrifiserte nettverket, sammen med de høyere avgiftene som kreves for strømbruk, så dieselelektriske lokomotiver gjøre innhopp i det elektrifiserte nettverket. Elektrisk kraft bil tog er fortsatt brukes for urbane persontransport.

Queensland Rail implementerte elektrifisering relativt nylig og bruker den nyere 25 kV AC -teknologien med rundt 1000 km av smalsporingsnettet som nå er elektrifisert. Den driver en flåte med elektriske lokomotiver for å transportere kull for eksport, den siste av disse er 3300/3400 klasse 3.000 kW (4.020 HK). Queensland Rail bygger for øyeblikket sine lokomotiv i 3100- og 3200 -klassen inn i 3700 -klassen, som bruker AC -trekkraft og trenger bare tre lokomotiver på et kulltog i stedet for fem. Queensland Rail får 30 3800 lokomotiver i klasse 38 fra Siemens i München, Tyskland, som kommer fra slutten av 2008 til 2009. QRNational (Queensland Rail's kull og gods etter separasjon) har økt størrelsen på 3800 klasse lokomotiver. De fortsetter å ankomme sent i 2010.

Se også

Referanser

Kilder

Eksterne linker