После изобретения электродвигателя в 19 веке неизбежно возникла мысль об использовании его в качестве двигателя для транспортного средства. Одной из задач, стоявших перед изобретателями – это решение проблемы источника питания для силового привода. Проще всего это можно было решить, используя аккумуляторные батареи, установленные непосредственно на машине.
Однако их относительно низкая емкость приводила к тому, что для получения более – менее приемлемых результатов по скорости и продолжительности движения батареи занимали много места и коэффициент полезного действия такого транспортного средства оказывался крайне низок.
Кстати, даже в настоящее время, когда был достигнут значительный прогресс в создании высокоемкостных аккумуляторных батарей и высокотехнологичных интеллектуальных систем управления двигателем, электромобили не могут составить серьезную конкуренцию автомобилям с двигателями внутреннего сгорания.
Другой путь, путь использования внешнего источника питания, приводит к возникновению новой проблемы – проблемы передачи электрического тока от внешнего источника к движущему транспортному средству. При решении ее пути развития электротранспорта разошлись по нескольким самостоятельным, в чем — то схожим, в чем – то различным направлениям.
При использовании однопроводной схемы питания электропривода транспортное средство должно быть надежно соединено с землей. Это обеспечивается установкой его на металлические хорошо заземленные рельсы. Съем тока производится токоприемником. На электровозах и трамваях токоприемники, установленные на крыше, прижимаются пружиной к контактному проводу, находящемуся под напряжением.
На поездах метрополитена токосъем осуществляется через специальный рельс, расположенный на стене тоннеля и скользящий по нему токоприемник, находящийся на кузове вагона. Достоинством однопроводной схемы питания с заземленным корпусом является абсолютная безопасность от поражения электрическим током, поскольку потенциал электрического напряжения между землей и кузовом будет равен нуля при любых неисправностях электрооборудования транспортного средства. Это обстоятельство является немаловажным, учитывая высокое напряжение питания силового электропривода (от 550 водьт для трамвая до нескольких тысяч вольт для электровоза). Ну а основной недостаток – это строго фиксируемый маршрут движения, определяемый проложенными рельсами.
Двухпроводная схема питания электропривода предполагает изоляцию транспортного средства от земли и, соответственно, наличие двух токосъемников (троллейбус). С позиции сегодняшнего дня можно дать следующее определение:
Троллейбус (Trolleybus) – это транспортное средство, использующее двухпроводную схему питания силового электропривода от внешнего источника (контактной сети) и предназначенного для перевозки людей или грузов. Для увеличения маневренности (при отсутствии контактной сети и на ограниченное расстояние) на троллейбусе может быть установлен двигатель внутреннего сгорания как вспомогательный привод или использована аккумуляторная батарея как альтернативный источник электрического тока.
Как видим, отсутствие необходимости в рельсах позволило троллейбусу быть более маневренным в пределах некоторого диапазона отклонения от контактной сети (обычно это 4 – 5 метров), что немаловажно при движении в городских условиях. Однако с другой стороны возросла опасность поражения электрическим током из-за возможной утечки его на корпус троллейбуса. Это потребовало дополнительных мер для улучшения изоляции электрических цепей и создания систем для контроля токов утечки.
Прародителем современного троллейбуса можно считать «Electromote», созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом в 1882 году.
В наше время троллейбус мало похож на этот самодвижущий электрический экипаж, однако идея использования электродвигателя с питанием от внешнего источника через контактные провода в качестве силового привода получила свое дальнейшее развитие и распространение. В разное время вид и технические характеристики троллейбуса менялись.
Троллейбус в музее города Сэндтофт (Sandtoft), Англия
Первый советский троллейбус ЛК-1
Троллейбус фирмы Хесс (Hess), Швейцария
Современный троллейбус по конструкции близок к автобусу, тем более что они предназначены в основном для одних и тех же целей – перевозки пассажиров в городах. Однако в силу своей специфики конструкция троллейбуса имеет существенные отличия.
Если в автобусах, где при использовании двигателя внутреннего сгорания, необходимы сцепление и коробка передач, трансмиссия троллейбуса значительно проще. Тяговый электродвигатель (1) через карданный вал (2) передает усилие на редуктор заднего ведущего моста (3). Поскольку диапазон частоты вращения двигателя достаточно велик, от нуля на остановке до 4000 об/мин при максимальной скорости, необходимы специальное устройство для регулирования тока, протекающего через двигатель. Существуют несколько хорошо отработанных принципов построения таких устройств (систем управления).
В основном можно выделить следующие системы управления:
- Реостатно-контакторная система управления (РКСУ). Регулирование тока осуществляется подключением последовательно с тяговым двигателем цепочки мощных пусковых резисторов. Поочередное шунтирование их контактами специального контроллера приводит к увеличению тока, проходящего через электродвигатель и, соответственно, к разгону троллейбуса. Главным недостатком этой системы управления является бесполезный расход электроэнергии, идущий на нагрев резисторов, во время набора скорости.
- Тиристорно-импульсная система управления (ТИСУ). Создание этой системы стало возможным с появлением мощных тиристоров, т.е. полупроводниковых приборов, способных коммутировать электрический ток достаточной для троллейбуса величины и напряжения. Принцип действия ТИСУ заключается в изменении длительности импульсов тока, проходящего через тиристор и, соответственно, через тяговый электродвигатель. Увеличивая и уменьшая скважность и частоту импульсов, мы можем изменять ток, проходящий через двигатель, т. е. регулировать скорость движения троллейбуса. К недостаткам этой системы можно отнести повышенный уровень радиопомех, возникающих во время коммутации электрических цепей, по которым протекают большие токи.
- 3. Транзисторная система управления с асинхронным двигателем. Наиболее перспективная система управления, использующая в качестве элемента регулирования тока, протекающего через тяговый электродвигатель, мощные полевые транзисторы. Применение микропроцессорной системы для отслеживания параметров и управления током электродвигателя при различных режимах движения троллейбуса сделало эту систему самой экономичной из существующих. Однако она является самой дорогой и наиболее чувствительной к уровню электромагнитных помех.
Неотъемлемым атрибутом троллейбуса являются токоприемники, необходимые для передачи электроэнергии от контактной сети к силовому электроприводу. Конструкция токоприемника должна обеспечивать надежный токосъем в диапазоне скоростей движения при допустимом отклонении троллейбуса от контактной сети. В качестве примера рассмотрим токоприемник троллейбуса Зиу682.
Токоприемник состоит из металлической или пластмассовой трубы 4, внутри которой проложен провод 2, соединяющий аппараты троллейбуса с башмаком токоприемника 8. Основание 1 жестко соединено с крышей троллейбуса через фарфоровые изоляторы для предотвращения утечки тока. Конструкция соединения трубы и основания позволяет токоприемнику свободно перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскости. Пружины 3 предназначены для надежного прижима головки 5 к контактному проводу (14 – 16 кГ). Для предотвращения обрыва контактной сети при зацепе головки, крепление башмака устроено таким образом, что при возникновении такой ситуации происходит его стягивание. После этого башмак удерживается на токоприемнике башмакоуловителем 6.
Конструкция крепления головки 2 к башмаку 1 позволяет ей свободно вращаться и оставаться параллельной контактному проводу независимо от вертикального и горизонтального перемещения токоприемника. Токосъем осуществляется через сменяемую графитную или меднографитную вставку 4, а щечки 3 головки препятствуют отрыву от контактного провода.
Из других особенностей отличия троллейбуса от автобуса можно отметить широкое использование вспомогательных электрических агрегатов. В частности:
- электродвигателя для компрессора пневмосистемы
- электродвигателя для гидроусилителя руля
- электродвигателей для управления дверями
- электродвигателя для генератора подзарядки аккумуляторов или статического преобразователя для этой цели
- использование электрических отопителей для обогрева кабины водителя и салона.
В заключение, укажем на еще на некоторые особенности устройств с тяговым электроприводом, в частности троллейбусов. Это возможность перевода электродвигателя в режим генератора и использование этого для электрического торможения. Кроме этого, ток, вырабатываемый за счет кинетической энергии движущегося троллейбуса можно возвращать обратно в контактную сеть, т. н. рекуперативное торможение.
Поскольку тяговый электродвигатель напрямую связан с задним мостом, изменение направления движения троллейбуса осуществить легко. Для этого достаточно просто изменить направление движения тока через якорную обмотку двигателя.
Как вам статья?
