城市和城际电动交通如何获取能源？

城市和城际电动交通已成为现代人日常生活中熟悉的属性。我们早已不再思考这种交通工具如何获取食物。大家都知道，汽车是加满汽油的，自行车是骑自行车的人踩的。但是，电车、无轨电车、单轨火车、地铁、电动火车、电力机车等电动客运交通工具是如何供电的？在哪里以及如何向它们提供驱动能量？让我们来谈谈它。

电车

在过去，由于公共电网尚未充分发展，每个新的有轨电车经济体都被迫拥有自己的发电站。在 21 世纪，电车网络的电力由通用网​​络提供。

电源由相对低压的直流电 (550 V) 提供，这对于长距离传输来说根本不经济。因此，牵引变电站位于电车线路附近，高压网络的交流电在这里被转换为直流电（电压为 600 V），用于电车接触网。在有轨电车和无轨电车同时运行的城市中，这些交通方式通常具有整体节能效果。

在前苏联境内，有轨电车和无轨电车的架空线路供电有两种方案：集中式和分散式。首先是集中式的。其中，配备多个转换单元的大型牵引变电站为所有相邻线路或距它们最远 2 公里的线路提供服务。这种类型的变电站如今位于电车（电车）线路密度高的地区。

分散式系统在60年代后开始形成，电车线路、无轨电车、地铁开始出现，例如从市中心沿着高速公路，到城市的偏远地区等。

在这里，每 1-2 公里的线路安装一个或两个转换器单元的低功率牵引变电站，最多可为线路的两个部分供电，每个末端部分都可以由相邻的变电站供电。

因此，能量损失更小，因为功率部分更短。此外，如果其中一个变电站发生故障，线路部分将保持由相邻变电站供电。

电车与直流线路的接触是通过其车顶上的受电弓进行的。这可以是受电弓、半受电弓、条形或弧形。有轨电车线路的架空电线通常比铁轨更容易悬挂。如果使用吊杆，则空气开关的布置方式类似于电车吊杆。电流通常通过铁轨流向地面。

电车

在无轨电车中，接触网络被分段绝缘子分成独立的段，每个段都通过馈线（架空或地下）连接到牵引变电站。这很容易允许在发生故障时关闭各个部分进行维修。如果电源电缆出现故障，可以在绝缘体上安装跳线以从相邻部分为受影响的部分供电（但这是一个与电源过载风险相关的异常模式）。

牵引变电站将高压交流电从6kV降到10kV，转换成电压为600V的直流电。根据标准，网络任一点的电压降不应超过 15%。

无轨电车的接触网与有轨电车不同。这里是双线的，地线不是用来漏电流的，所以这个网络比较复杂。导体彼此之间的距离很小，这就是为什么需要特别小心的保护措施以防止接近和短路，以及在无轨电车网络相互之间以及与有轨电车网络的交叉点处进行绝缘。

因此，在十字路口安装了特殊装置，并在连接点安装了箭头。此外，还保留了一些可调电压，以防止电线在风中重叠。这就是使用杆为无轨电车提供动力的原因——其他设备根本无法满足所有这些要求。

无轨电车动臂对接触网的质量很敏感，因为它的任何缺陷都可能导致动臂跳动。有规范规定，杆连接点的断裂角度不应超过 4°，当转角超过 12° 时，安装弯曲的支架。滑靴在钢丝上运行，不能随小车转动，所以这里需要箭头。

单轨

单轨列车近期已在全球多个城市运营：拉斯维加斯、莫斯科、多伦多等。它们可以在游乐园、动物园中找到，单轨铁路用于当地观光，当然也用于城市和郊区的通讯。

这种火车的轮子根本就不是铸铁的，而是铸铁的。车轮简单地沿着混凝土梁引导单轨列车——电源的轨道和线路（接触轨）位于钢轨上。

一些单轨铁路的设计方式是将它们放置在轨道顶部，类似于人坐在马背上的方式。一些单轨列车悬挂在下方的横梁上，就像一根杆子上的巨型灯笼。当然，单轨铁路比传统铁路更紧凑，但建造成本更高。

一些单轨列车不仅有轮子，还有基于磁场的额外支撑。例如，莫斯科单轨列车精确地运行在由电磁铁产生的磁垫上。电磁铁在机车车辆中，而在导向梁的帆布中则有永磁体。

根据移动部分电磁铁中的电流方向，单轨列车根据同名磁极的排斥原理向前或向后移动 - 这就是直线电机的工作原理。

除了橡胶轮外，单轨列车还有一个由三个载流元件组成的接触轨：正、负和接地。单轨直线电机的电源电压是恒定的，等于 600 伏。

地下

电动地铁列车从直流网络获得电力——通常是从第三（接触）轨道获得电力，其电压为 750-900 伏。在变电站中使用整流器从交流电中获得直流电。

列车与接触轨的接触是通过可移动的集电器实现的。接触总线位于轨道的右侧。集电器（所谓的“受电弓”）位于车厢的转向架上，并从下方压在接触总线上。正号在接触轨上，负号在火车轨道上。

除了电源电流之外，还有微弱的“信号”电流沿着铁轨流动，这是交通信号灯的阻断和自动切换所必需的。轨道还将有关交通信号和该部分地铁列车允许速度的信息传输到驾驶室。

电力机车

电力机车是以牵引电动机为动力的机车。电力机车的发动机通过接触网从牵引变电所获得电力。

电力机车的电气部分一般不仅包含牵引电动机，还包含电压变换器，以及将电动机接入网络的装置等。电力机车的现有设备位于车顶或其罩盖上，旨在将电气设备连接到接触网络。

来自架空线路的电流收集由屋顶上的受电弓提供，之后电流通过母线和套管馈送到电气设备。在电力机车的车顶上还有开关装置：空气开关、电流型开关和受电弓故障时用于断开网络的隔离开关。通过母线，电流被馈送到主输入端、转换和调节装置、牵引电机和其他机器，然后到达轮件并通过它们到达铁轨和地面。

电力机车的牵引力和速度的调节是通过改变电动机电枢中的电压和通过改变集电电动机的励磁系数或通过调节异步电动机的电源电流的频率和电压来实现的。

电压调节以多种方式完成。最初，在一台直流电机车上，它的所有电机都是串联的，八轴电机车上一台电机的电压为375V，接触网电压为3kV。

牵引电机组可以从串联连接切换为串并联（2 组 4 个电机串联，则每个电机的电压为 750 V）或并联（4 组 2 个电机串联，然后一台电机的此电压 — 1500 V）。为了获得电机的中间电压，将变阻器组添加到电路中，这使得可以以 40-60 V 的步长调整电压，尽管这会导致变阻器上的部分电力损失热的形式。

电力机车内部需要变流器来改变电流类型，将接触网电压降低到满足牵引电动机、辅机和电力机车其他电路要求的所需值。转换直接在船上完成。

在交流电力机车上，提供牵引变压器以降低输入高压，以及整流器和平波电抗器以从交流获得直流电。可以安装静态电压和电流转换器来为辅助机器供电。在具有两种电流的异步驱动的电力机车上，使用牵引逆变器，其将直流电转换为具有调节电压和频率的交流电，其被馈送到牵引电动机。

电力机车

经典形式的电动火车或电动火车借助受电弓通过接触线或接触轨接收电力。与电力机车不同，电力列车的集热器位于机动车和拖车上。

如果电流被提供给被牵引的汽车，则汽车通过特殊电缆供电。集电器通常在顶部，从接触线开始，由集电器以受电弓的形式（类似于有轨电车线路）进行。

通常，集电是单相的，但也有三相的，当电动火车使用特殊设计的受电弓与多根电线或接触轨（涉及地铁）分开接触时。

电车的电气设备取决于电流类型（有直流电、交流电或双系统电车）、牵引电动机的类型（集电式或异步）、有无电制动。

原则上，电车的电气设备与电力机车的电气设备类似。然而，在大多数电动火车模型中，它被放置在车身下方和车顶上，以增加车内的乘客空间。驱动电动火车发动机的原理与电力机车大致相同。