خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





کنتور برقی

    عنوان پروژه:بررسي انواع تجهيزات قطار برقي

    فهرست مطالب

    عنوان

    صفحه

    مقدمه

    1

    انواع پنتوگراف ها و مكانيزم اصلي آنها

    2

    مدار شكن

    3

    ترانسفورماتور

    4

    لكوموتيوهاي AC با موتورهاي كشش DC

    6

    نحوه عملكرد اينورتر

    9

    تغذيه DC

    10

    موتور DC

    10

    سيم پيچي آرميچر

    13

    كموتاسيون

    15

    راه اندازي موتورهاي DC

    16

    مدار قدرت DC

    19

    چرا مدار انتقالي لازم است؟

    21

    سيستم هاي خبردهنده براي ايجاد راه آهن بي خطر

    22

    منابع و ماخذ

    26

    مقدمه

    استفاده از قطارها و اتوبوسهاي برقي به سبب مزاياي مختلفي از جمله صرفه‌جويي در منابع انرژي، آلوده نكردن محيط زيست و كاهش بار ترافيك مسير درون شهري و بين شهري در كشورهاي مختلف دنيا رشد چشم‌گيري داشته است.

    قطارهاي برقي‌جهت تغذيه بار كشش خود از شبكه قدرت محلي استفاده مي‌كنند، چرا كه نصب يك شبكه برق مجزا براي اين منظور از لحاظ اقتصادي قابل توجيه نيست از آنجا كه اين قطارهاي AC يا DC بزرگ و به شدت متغيير با زمان هستند كه معمولا بصورت تك فاز تغذيه مي شوند، عملكرد آنها ولتاژ را دچار عدم تعادل بزرگي مي نمايد كه آن نيز به نوبه خود عملكرد سيستم قدرت را به شدت تحت تاثير قرار مي دهد، بنابراين لازم است كه اين عدم تعادل به نحوي جبران شود. براي بر طرف كردن مشكل عدم تعادل ولتاژ نياز به روشهاي جبران سازي است كه اين روشها شامل استفاده از ترانسفور مرها با اتصالات خاص، كاربرد جبران ساز ايستاي توان راكتيو(SVC) و جبران سازي ايستاي سنكرون (STAT COM) مي باشند كه اين جبران سازها هم نياز به كنترل براي اينكه ولتاژ را متعادل كنند دارند.

    موضوع اصلي اين پروژه بررسي تك تك اعضاي برقي تشكيل دهنده قطارهاي برقي و شرح كار آنها مي باشند.

    با توجه به شكل 1؛ مشاهده مي كنيم بلوك دياگرام يك لوكوموتيوAC را در شكل مي‌بينيم سيم مشكي كه داري برق AC تك فاز است و به وسيله دستگاهي بنام پنتوگراف اين برق AC تك فاز منتقل مي‌شود به بلوك الكتريكي واگن.

    (شكل 1)

    انواع پنتوگرافها و مكانيزم اصلي آنها:

    3 نوع پنتوگراف وجود دارد.

    1- پنتوگراف فالب الماسي: اين پنتوگراف داراي يك نوار است براي اين كه مرتبط كند سيم تغذيه بالاي سر را به پنتوگراف و اين نوار قابل تعويض است در اثر فرسودگي(به خاطر حركت سايشي) اين نوار همچنين قادر است تحمل كند جرقه اي را كه در هنگام جدا شدن نوار با سيم بالايي در طول حركت بوجود مي آيد. (شكل2)

    (شكل2 )

    اين نوار ثابت است توسط يك قسمتي‌كه ناميده مي‌شود كفشك كلكتوركه در داخل يك قاب قرار دارد.

    2- پنتوگراف باز و مجزا: (شكل 3و4) مشكل اساسي پنتوگرافها است نحوه اتصال پيوسته آنها در سرعتهاي خيلي زياد قطار- به همين منظور اتصال پنتوگرافها كنترل مي شود به وسيله فشار هوا در سرعتهاي بالا- همه پنتوگرافها هستند متصل به يك پيستون كه قرار دارد در يك سيلندر و فشار هوا در سيلندر ايجاد مي كند شرايط اتصال مطلوب را.

    (شكل 3)

    با توجه به شكل 4، مشاهده مي كنيد قسمتهاي مختلف يك پنتوگراف باز و مجزا را كه نوارهاي اتصال پنتوگراف حمايت مي شوند توسط شاخكها و محل قرار گرفتن اين شاخكها در انتهاي هر دو سر نوارهاي اتصال مي باشند. اين شاخكها در مواقع اضطراري همانند ترمز عمل كرد. و همچنين اين شاخكها داراي مجراي هواي فشرده اند تا در مواقعي كه كاهش فشار هواي فشرده داريم آن را جبران كند.

    (شكل 4)

    3- پنتوگراف بالدار يا شاخه اي: اين پنتوگراف داراي اين مزيت است كه نسبت به دو پنتوگراف قبلي داراي سروصداي كمتري است. منظور از سروصدا همان ساييده شدن سيم با نوار پنتوگراف است.

    پنتوگرافها بايد داراي مشخصات زير باشند:

    1- هنگامي كه قطار حركت مي كند بايد آن بطور پيوسته با سيم بالايي در حال تماس باشد.

    2- آن نبايد به ميزان خيلي زيادي با سيم بالايي ساييده شود با فرسايش آن خيلي زياد شود.

    3- مقاومت‌آيروديناميكي(مربوط به بحث‌گاز و‌هوا)‌كمي‌داشته‌باشد- كه‌اين‌بحث مربوط به مكانيك‌است.

        حال كه مفهوم پنتوگراف را فهميديم و انواع آن را ديديم به ادامه شكل 1 توجه كنيد.

    Circuit breaker: (مدار شكن)

    در اكثر قطارهاي برقي اين قسمت وجود دارد كه براي جدا كردن خط تغذيه از قطار در مواقعي كه :

    1-    خط به وجود آمده باشد

    2-    براي تعميرات

    كه بر دو نوع است:

    1-    مدار شكن هواي فشرده

    2-    مدار شكن خلا يا VCB

    در هر دوي اين مدار شكنها، هوا و خلا مورد استفاده قرار مي گيرند. براي خاموش كردن جرقه حاصل از باز شدن مدار شكن در دو موقعيت بالا.

    با توجه به شكل 1 در ادامه سيم پس از مدار شكن به قسمتي بنام ترانسفورماتور اصلي مي رسيم.

    ترانسفورماتور:

    ترانسفورماتورها شامل سيم پيچ اوليه و ثانويه كه هر دو به دور هسته بسته شده اند و عمل كم و زياد كردن ولتاژ را انجام مي دهند و به همين منظور به آنها ترانسفورماتورهاي كاهنده يا افزاينده گويند. در قطارهاي برقي اين ترانسفورماتور كاهنده است. يعني ولتاژ گرفته شده از سيم بالاي سر به منظور استفاده از موتورهاي AC سه فاز كم مي كند جالب است بدانيم يكي از تفاوتهايي كه بلوك دياگرام AC با بلوك دياگرام DC دارد همين ترانسفورماتور كاهنده است.

    حال كه به اين مطلب اشاره شد بهتر است هر دو نوع قطار با راه اندازي AC وdc را شناخته و با هم مقايسه كنيم با توجه به شكل 5و6 مشاهده مي شود كه:

    تفاوت AC با DC اين است كه در AC ما داراي ترانسفورماتور يا يك قسمت بنام مبدل اصلي كه شامل اين ورتر و يك سو ساز است ولي در DC شامل فيلتر راكتور و يك اينورتر كه شامل يك خازن هم مي شود هستيم. در DC علاوه بر اينها يك سري خازن و مقاومت براي حفاظت هم وجود دارد. در DC:                   حاصل  است

      كه DC است.

    (شكل 5)

    (شكل 6)

    ترانسفورمر بوست:

    نوع ديگري از ترانسفورماتور كه در روي سيم بالاي سر با توجه به شكل 7 قرار گرفته است(از توضيح ادوات ديگر روي شكل به دليل مكانيكي بودن بحث صرفه نظر شده است).

    اين ترانسفورماتور باعث افزايش ولتاژ و كاهش تلفات مي شود.

    (شكل 7)

    قبل از ادامه بحث به 2 سوال پاسخ مي دهيم.

    1-  چرا بيشتر از ولتاژ AC به جاي ولتاژ DC استفاده مي شود؟

    جواب: با توجه به شكل ولتاژ AC كه در زمانهاي مختلف متغيير و DC كه در زمانهاي مختلف ثابت است، يك علت اين است كه ولتاژ AC از تمام سطح مقطع سيم هادي در همه زمانها استفاده نكرده و اين منجر مي‌شود به سبك‌تر و ارزان‌تر شدن سيستم مورد استفاده از ولتاژ AC . چون سيم هادي سبكتر و ارزانتر مي شود. ولي در DC چون در همه زمانها از تمام مقطع سيم هادي استفاده مي شود، سيم هادي سنگين تر و گرانتر شده و در نتيجه سيستم سنگين تر و گرانتر مي شود.

    دليل دوم: كه بدون توضيح گفته مي شود اين است كه در ولتاژ DC نياز بع ريل سوم است

    دليل سوم: براي ولتاژ DC نياز به پستهاي تغذيه اي هميشگي است البته ولتاژ AC هم اين پستها را مي‌خواهد ولي براي يك راه آهن متوسط نسبت ولتاژ DC به AC براي داشتن پست 8 به 1 است. با وجود مشكلات ولتاژ DC براي مسيرهاي زياد و در خطوط اصلي از ولتاژ AC و براي مسيرهاي كوتاه و خطوط مترو از ولتاژ DC استفاده مي كنند. مزيت خطوط DC داشتن تلفات كمتر است.

    ولتاژ DC مورد استفاده شده حدود 3000 هزار ولت است و ولتاژ AC مورد استفاده شده در حدود 50000 هزار تا 15000 هزار ولت مي باشد.

    2-  چرا در حالتيكه موتور با ولتاژ AC قوي تر كار مي كند چرا ما نياز به تبديل AC به DC داريم ؟

    جواب: به دليل مسائل اقتصادي نياز داريم برق را از شبكه قدرت محلي گرفته و به دليل حركت قطار و مشكل گرفتن برق از سه فاز، ما فقط به وسيله پنتوگرافها از يك فاز برق گرفته و اين برق AC تك فاز، براي اين كه به مصرف موتور برسد بايد به AC سه فاز تبديل شود و از عمل هيچ قدرتي وجود ندارد كه در يك مرحله AC تك فاز را به AC سه فاز تبديل كند و براي اين كار بايد AC تك فاز به DC و از DC به AC سه فاز برويم.

    مي دانيم كه موتورهاي DC كنترل خيلي راحتي دارند و به همين خاطر براي قطارهاي قدرت بالاي تغذيه ACاز موتورهاي DC استفاده مي كنند.

    لكوموتيوهاي AC با موتورهاي كشش DC

    شكل 8 نشان مي دهد شما تيك كلي از يك لكوموتيو 25KV كيلو ولت AC كه تشكيل شده از پنتوگراف، ترانسفورماتور، مدار شكن، تپ چنجر، ركتيفاير و موتور DC با توجه به توضيحات قبل، ترانسفور مر كاهنده است و مقدار كاهش ولتاژ تا حدي مي باشد كه استفاده از اين ولتاژ و امكان مديريت براي موتورهاي كششي DC فراهم شود. تپ چنجر، روش كاري شبيه به روش كار كنترل مقاومتي مورد استفاده در تحريك DC دارد.

    تپ چنجر : سطح جريان به كار برده شده براي موتورها را كنترل مي كند كه اين كار را به وسيله قطع و وصل شدن انجام مي دهد.

    ركتيفاير: كه ولتاژ خروجي از تپ چنجر را به dc تبديل مي كند، 2 نمونه از ركتيفايرها پل ديودي و تريستور مي باشد.

    (شكل 8)

    پل ديودي: نمونه اي از پل ديودي در شكل 9 ديده مي شود در سيكل مثبت، ديودهاي1 و4 روشن و2 و3 خاموش و عسل يكسو سازي را انجام مي دهند و در سيكل منفي ديودهاي2 و3 روشن و1 و4 خاموش و مكانيزم اثر پل ديودي را با توجه به دو شكل پايين بهتر مي توان فهميد.

    (شكل 9)

     

     

                       Vm

     

     

     

     

                       Vm

                       

                        +                -

     

                  D1, 4           D2, 3

                     on                  on

     

    تريستور: عملكردي شبيه به ديود دارد و مي توان گفت يك ديود توسعه يافته است و اجازه مي دهد جريان فقط در يك جهت از آن جاري شود و عمل يكسوسازي را با تغيير زاويه آتش اش انجام مي دهد.

    شكل 10 نشان مي دهد مدار تحريك براي موتورهاي AC سه فاز (2 موتورAC) اين مدار تشابهات زيادي با شكل 8 دارد. چون موتورهاي AC نياز به راه اندازي ندارند از تپ چنجر استفاده نشده است. همه ادوات با شكل 8 مشابه اند بجز اينورتر كه برق DC را به AC تبديل مي كند. برق DC از ركتيفاير گرفته شده و توسط اينورتر به AC تبديل مي شود.

    (شكل 10)

     

     

    نحوه عملكرد اينورتر:

    همانطور كه در شكل 11 نشان داده شده است، موقعي كه سوئيچ S1 و S4 روشن اند وS2  و S3 خاموش مثبت E ولت به كار برده مي شود در پيچكهاي موتور، در حالت ديگر موقعي كه S1 و S4 خاموش وS2  و S3 روشن منفي E ولت در پيچكهاي موتور جاري مي شود.

    در حالتي كه ولتاژ جاري نمي شود همه كليدها خاموش اند - هر سوئيچ مي تواند خاموش و روشن شود در هر زمان- براي مثال سوئيچينگ on/off نشان داده شده در شكل 11(a)، يك ولتاژ سينوسي توليد مي كند كه ناميده مي شودAC . ولتاژ متوسط با خط چين نشان داده شده است. همچنين در شكل 11(b)، مشاهده مي كنيم كاهش ولتاژ متوسط به وسيله كنترل سوئيچي و در شكل 11(c)، مشاهده مي كنيم افزايش فركانس ولتاژ را با كنترل سوئيچي.

    (شكل 11)

    مطلبي كه توضيح آن كمتر از بقيه شد عمل يكسوسازي بود، به همين خاطر تعريف مي كنيم دو سيستم تغذيه اي AC و OC را.

    تغذيه AC :

    در اين سيستم مطلب جديدي براي توضيح دادن نيست و همان استفاده از ولتاژ AC به طور معمول و متداول است.

     

    تغذيه DC :

    در اين سيستم با توجه به شكل 12 مشاهده مي كنيم يك پل يكسوساز سيليكوني سه فاز را كه براي تبديل جريان متناوب به DC مورد استفاده قرار مي گيرد. قبلا اين يكسوسازهاي سه فاز داراي سيستم 6 پالس بودند كه آن كاهش مي داد هارمونيك ها را، ولي همچنين شكل موج ولتاژ را هم تغيير مي داد كه باعث كاهش توان مي شد. به منظور كاهش هارمونيكها و بر طرف كردن عيب بالا استفاده شد از ركتيفاير 12 پالس كه در اصل از دو مدار ركتيفاير 6 پالسه با اختلاف فاز ولتاژ ْ30 درجه تشكيل شده كه به صورت سري يا موازي در كنار هم قرار مي گيرند. با توجه به شكل 12 مشاهده مي كنيم قسمتي بنام پست مجزا كه اين قسمت براي از بين بردن افت ولتاژ در هنگامي كه ايستگاهها از هم خيلي دورند، تعبيه شده.

    فاصله بين ايستگاه ها در خطوط ارتباطي مترو تقربياً km  5 و در ديگر خطوط تقريباًkm 10 مي باشد.

    (شكل 12)

    موتور DC:

    در قطارهاي برقي از دو نوع موتور استفاده مي شود.

    1- موتور DC

    2- موتور AC

    از موتور DC به خاطر داشتن كنترل دور راحت و مطمئن براي قطارهاي قدرت بالا با تغذيه AC هم استفاده مي شود. ماشينهاي DC از دو قسمت تشكيل شده اند:

    1- قسمت ثابت كه استاتور نام دارد.2- قسمت متحرك كه روتور (آرميچر) ناميده مي شود.

    سيم پيچ تحريك (ميدان) بر روي استاتور قرار دارد (شكل 13)

    (شكل 13)

    ماشينDC  از دو قسمت تشكيل شده است. قسمت ثابت كه استاتور نام دارد و قسمت متحرك كه روتور (آرميچر) ناميده مي شود. سيم پيچي تحريك (سيم پيچي ميدان) بر روي استاتور قرار دارد. بر روي آرميچر تيغه‌هاي كموتاتور قرار دارد كه انتهاي‌كلافهاي‌آرميچر بر روي اين تيغه ها لحيم‌مي‌شود. اين تيغه‌هاي كموتاتور توسط دو يا چند جاروبك اتصال كوتاه مي شوند. وقتي آرميچر در ميدان مغناطيسي ناشي از قطبهاي استاتور مي چرخد در سيم پيچي آرميچر ولتاژ متناوبي القا مي شود كه اين ولتاژ متناوب به كمك تيغه هاي كموتاتور و جاروبكها يكسو شده و يك ولتاژ DC توليد خواهد شد.

    شكل (14) يك ماشين DC را نشان مي‌دهد كه در آن Ca و Cb تيغه هاي كموتاتور و B1 و B2 جاروبكها هستند. سرعت گردش يك ماشين D.C را يا با  نشان ميدهند كه واحد آن  است و يا با nm نمايش مي دهند كه واحد r.p.m (دور بر دقيقه) مي باشد.

    (شكل 14)

    رابطه بين اين دو واحد بصورت مقابل است:

     (1)                                                                                          

    ولتاژ القا شده در آرميچر برابر است با:

    (2)                                                                                                       

    كه در آن:

    N: تعداد دور كل سيم پيچي آرميچر                               P= تعداد قطبها

    a= تعداد مسيرهاي موازي                               : شار ميدان تحريك

    : سرعت مكانيكي گردش آرميچر

    با تعريف  خواهيم داشت:

    (3)                                                                                                                    

    اگر Z تعداد كل هاديهاي سيم پيچي آرميچر باشد، آنگاه :

    (4)                                                                                                                  

    از طرفي چون شار با جريان تحريك مرتبط است مي توان Ea را بصورت تابعي از جريان تحرك نوشت:

    (5)                                                                                                 

    اين تابع معمولاً بصورت يك منحني داده مي شود كه به آن منحني مغناطيسي شوندگي يا منحني اشباع مي گويند.(شكل 15)

    (شكل15)

    با توجه به شكل(15) مشاهده مي شود كه رابطه بين If و Ea خطي نيست و اين به دليل اشباع قسمتهاي آهني ماشين است. در بعضي از موارد به جاي منحني مغناطيس شوندگي، رابطه رياضي بين داده If و Ea مي شود. منحني مغناطيس شوندگي يا رابطه رياضي در يك سرعت خاص مي شود و در سرعتهاي ديگر بايستي با استفاده از رابطه (3) جهت يافتن منحني مغناطيس شوندگي و يا رابطه رياضي در سرعت جديد استفاده نمود (با فرض ثابت بودن شار ).

    گشتاور در ماشينهاي DC عبارتست از:

    (6)                                                                                                   

    Ia جريان آرميچر است. گشتاور در ژنراتورهاي D.C گشتاور مخالف و در موتورهاي D.C گشتاور محرك است.

    سيم پيچي آرميچر

    اگر  زاويه مكانيكي و  زاويه الكتريكي باشد، آنگاه براي يك ماشين p قطب خواهيم داشت:

    (7)                                                                                                   

    فاصله ميان دو قطب مجاور، گام قطبي يا دهانه قطب ناميده مي شود كه مقدار آن برابر است با:

    360 درجه مكانيكي

     

    =180 درجه الكتريكي= يك گام قطبي

    p

     (8)

     

    فاصله ميان دو لبه هر كلاف را گام كلاف مي‌گويند. اگر گام كلاف با يك گام قطبي برابر بود، سيم پيچي را گام كامل مي گويند و اگر گام كلاف كوچكتر از يك گام قطبي بود، سيم پيچي را گام كوتاه يا گام كسري مي گويند. سيم پيچي ماشينها AC از نوع گام كسري است در حاليكه در ماشينهاي DC از سيم پيچي با گام كامل استفاده مي شود.

    سيم پيچيها كلاً به دو نوع ساده و مركب تقسيم مي شوند. اين دو نوع سيم پيچي خو به انواع مختلف تقسيم مي شوند كه متداولترين آنها سيم پيچهاي حلقوي و موجي است. تعداد مسيرهاي موازي در هر يك از اين نوع سيم پيچها بصورت زير است:

    سيم پيچي ساده حلقوي (رويهم):

    (9)                                                                                                              a = p

    سيم پيچي ساده موجي:

    (10)                                                                                                  a = 2

    سيم پيچي مركب حلقوي:

    (11)                                                                                                 

    سيم پيچي مركب موجي:

    (12)                                                                                                 

    كه در آنها p تعداد قطبها و kw ضريب تركيب سيم پيچي است.

    شكل (16) مدل يك موتور سري را در حالت ماندگار نشان مي دهد. روابط حالت ماندگار موتور سري بصورت زير مي باشد:

    (شكل16)

    (13)                                                                             

    (14)                                                                                                

    (15)                                                                                              

    (16)                                                                                                   

    با صرفنظر از اشباع و عكس العمل آرميچر مي توان نوشته:

    (17)                                                                                                      

    c يك ضريب ثابت است. بنابراين رابطه گشتاور بصورت زير مي‌شود:

    (18)                                                                                                 

    با توجه به روابط (13) ، (14) ، (17) و (18) رابطه سرعت – گشتاور بصورت زير بيان مي شود:

    (19)                                                                            

    بنابراين با صرفنظر از اثرات اشباع و عكس العمل آرميچر، مشخصه سرعت- گشتاور بصورت هذلولي است كه در شكل (17) با منحني پر نشان داده شده است.

    با در نظر گرفتن اثرات اشباع و عكس العمل آرميچر، گشتاور بيشتري براي جريانهاي زياد مورد نياز است و اين جريانهاي زياد تمايل دارند كه شار فاصله هوايي  ثابتي ايجاد كنند كه در نتيجه گشتاور تقريباً متناسب با Ia باشد  و خواهيم داشت:

    (20)                                                                              

    بنابراين به ازاي مقدار مشخص گشتاور هنگامي كه شار فاصله هوايي  در اثر اشباع و عكس العمل مغناطيسي آميچر تقريباً ثابت باقي مي ماند مشخصه سرعت- گشتاور به خط صاف نزديك مي شود كه در شكل (18) با منحني خط چين نشان داده شده است.از شكل (18) ديده مي شود كه براي موتور سري كاهش سرعت در اثر افزايش گشتاور بار تقريباً ناچيز است.

    (شكل17)

    كموتاسيون

    كموتاسيون عملي است كه در طي آن يك كلاف آرميچر هنگام عبور از ناحيه اي به ناحيه اي ديگر در روي تيغه هاي كلكتور به وسيله جاروبكها اتصال كوتاه شده و در اثر آن جريان كلاف تغيير جهت مي دهد.

    عكس العمل آرميچر

    زماني كه جريان در سيم پيچهاي آرميچر برقرار مي شود شاري توليد مي شود كه با شار ميدان اصلي مخالفت مي كند كه به اين پديده عكس العمل آرميچر مي گويند. عكس العمل آرميچر در دو جهت طولي و عرضي است كه عكس العمل طولي باعث كاهش يا افزايش مقدار شار ميدان اصلي(بسته به جهت چرخش جاروبكها درموتور يا ژنراتور)وعكس‌العمل عرضي باعث تغيير شكل ميدان اصلي، اشباع در هسته استاتور و روتور، درست انجام نشدن عمل كموتاسيون و ازدياد تلفات ماشين مي شود.

    (شكل18)

    با توجه شكل (18) بالا:

    عناصر جديد مقاومتها با كنتاكتورهايي هستند (البته در اين شكل مقاومت آرميچر و مقاومت ميدان در داخل آرميچر و ميدان مفروض است)

    به مدار شكل (18) بالا كنترل DC مقاومتي گويند. منظور از كنترل مقاومت DC همان راه اندازي موتور با مقاومتهاي راه انداز است.

    راه اندازي موتورهاي D.C

    در لحظه راه اندازي چون هنوز سرعت صفر است، ولتاژ القايي در موتورها صفر مي باشد. بنابراين:

    (21)                                                                                                   

    با توجه به اينكه مقدار مقاومت‌آرميچر بسيار ناچيز است، مقدار جريان آرميچر فوق العاده زياد مي شود كه اين امر علاوه بر ضربات شديد مكانيكي كه به شفت موتور وارد مي كند، باعث فرسايش عايقها و سوختن سيم پيچهاي آرميچر مي شود. بنابراين در هنگام راه اندازي بايستي مقدار جريان آرميچر را كاهش داد كه براي اين كار يا از روش كاهش ولتاژ و يا از روش افزودن مقاومت راه انداز استفاده مي شود.

    راه اندازي به كمك كاهش ولتاژ وروردي

    در اين روش با استفاده از يك اتوترانسفور ولتاژ اوليه اعمالي به موتور را كاهش داده و پس از آنكه موتور سرعت گرفت به آرامي تپ اتوترانسفورماتور را تغيير مي دهند تا ولتاژ نامي به موتور اعمال گردد.

    راه اندازي به كمك مقاومت راه انداز

    معمولترين روش راه اندازي موتورهاي D.C راه اندازي به كمك مقاومت راه انداز است. در اين روش از يك مقاومت چند پله اي استفاده مي گردد كه در لحظه راه اندازي همه مقاومت راه اندازي و مقدار مقاومت هر پله را مشخص نمود. براي اين منظور شكل 19را در نظر بگيريد كه در آن يك موتور تحريك مستقل توسط مقاومت راه انداز با n پله در حال راه اندازي مي باشد. مي خواهيم پله هاي مقاومت راه انداز را طوري انتخاب نماييم كه جريان راه اندازي بين يك جريان ماكزيمم  و يك جريان مي نيمم  باشد و در طي دوره راه اندازي از اين محدوده خارج نشود.

     

    (شكل 19)

    اگر كل مقاومت راه انداز Rst باشد آنگاه در لحظه راه اندازي كه همه پله هاي مقاومت راه انداز در مدار است و ولتاژ القايي برابر صفر مي باشد، جريان آرميچر از صفر به  افزايش خواهد يافت:

    (22)                                                                             

    با استفاده از رابطه (22) مي توان مقدار مقاومت Rst را محاسبه نمود. با افزايش سرعت موتور مقدار ولتاژ القايي به Ea1 افزايش و مقدار جريان آرميچر به  كاهش مي يابد:

    (23)                                                                   

    با استفاده از رابطه (23) مي توان مقدار ولتاژ القايي Ea1 را محاسبه نمود. اكنون پله اول را از مدار خارج مي كنيم تا جريان دوباره به مقدار  افزايش يابد. اگر مقدار مقاومت راه انداز باقيمانده در مدار را Rst بناميم آنگاه :

    (24)                                                                   

    با استفاده از رابطه (24) مي توان مقدار مقاومت Rst1 را محاسبه نمود و بدين ترتيب مقدار مقاومت پله اول  از رابطه زير بدست مي آيد:

    (25)                                                                                       

    با تكرار همين روند مقدار مقاومتهاي پله هاي ديگر نيز بدست مي آيد. تعداد پله هاي مقاومت راه انداز n ، از رابطه زير محاسبه مي شود:

    (26)                                                                             

    جالب اينجاست كه در هر مرحله كم و زياد شدن مقاومتها صدا و تكان شديدي به خوبي احساس و شنيده مي شود. موقعي كه هيچ مقاومتي در سمت چپ مدار وجود ندارد يعني هم كنتاكتها بسته اند آنگاه موتور با ولتاژ خط كامل به كار برده مي شود.

    با توجه به شكل منحني WmT در موتور سري  و  در نتيجه جائيكه Ia زياد شود T هم زياد شده و بر عكس.

    تا قبل از شروع جنگ جهاني اول تا سال 1914، سرعت قطاهرها به طور دستي تنظيم مي شد ولي پس از آن سرعت قطارها به صورت اتوماتيك به كمك يك رله بسيار سريع بنام رله شياردار تنظيم مي شد.

    در شكل 19 مي بينيم يك موتوري را كه اصول كارش مثل موتور شكل 18 است با اين تفاوت كه 3 رله اضافي در آن وجود دارد كه به توضيح اين 3 رله مي پردازيم.

    (شكل 18)

    (شكل 19)

     

    1- رله شياردار

    همانطور كه در بالا اشاره شد از اين رله به منظور كنترل موتورهاي DC استفاده مي شود.2 رله ديگر، رله هاي حفاظتي هستند.

    2- رله بار زياد

    اين رله در بار زياد به خاطر كشيده شدن جريان زياد سوئيچ قدرت را قطع مي كنند تا به موتور صدمه وارد نشود. منظور از جريان زياد، جرياني بيشتر از ماكزيمم جريان طراحي شده موتور است. سوئيچ هاي قدرت يا و به وسيله فرمان راننده باز يا بسته مي شوند و يا به وسيله رله بار زياد باز مي شوند. در ايام قديم يعني سال 1905 به جاي رله بار زياد از فيوز استفاده مي شد.

    3- رله نبود ولتاژ

    اين رله تلفات قدرت را به هر دليلي در مدار مشخص مي سازد و باعث كنترل موتور به صورت مطمئن و پي‌در‌پي‌مي‌شود. نقش اين رله در لحظه اي كه سرعت قطار كم مي شود و قطار متوقف مي شود و يعني جريان صفر مي شود اين رله باز مي شود تا دوباره قطار به هر دليلي جريان دار نشود در حالتي كه قطار متوقف است.

    مدار قدرت DC

    شكل 20 و 21 نشان مي دهد، مدار كنترل قدرت تحريك موتور

    (شكل 20)

    (شكل 21)

    سوال: دو موتور سري D.C دو موتور سري D.C در يك قطار برقي، وقتي كه بطور مجزا به ولتاژ V400 وصل مي شوند. جريانهاي يكسان A60 مي كشند ولي يكي با سرعت r.p.m600 و ديگري با سرعت r.p.m700 مي چرخد. مقاومت معادل هر كدام از موتورها 25/0 است. دو موتور از نظر الكتريكي بصورت سري به هم متصل شده و بطور مكانيكي كوپله مي شوند و سپس مجموعه به ولتاژ V400 متصل مي گردد. اگر جريان كشيده شده A60 باشد، سرعت موتورها چقدر خواهد بود؟

    جواب: با فرض خطي بودن مدار مغناطيسي موتورها  مي شود، بنابراين:

    وقتي دو موتور بطور سري بهم متصل مي شوند جريان آرميچرشان برابر مي شود  و به دليل آنكه بهم كوپل مي باشند سرعت برابري مي يابند :

    با توجه به توضيح بالا مي توان گفت در حالتي كه دو موتور با هم سري شوند جريان آرميچرشان با هم برابر مي شود و به دليل اينكه دو موتور به هم كوپل مي شوند سرعت برابر دارند. در اين حالت گشتاور برابر است با مجموع گشتاور دو موتور در حالت كار مجزا كه اين گشتاور مقدار زيادي مي باشد.

    با توجه به مطالب گفته شده و دانستن اين مطلب كه در لحظه اي كه قطار متوقف است براي به راه افتادن آن نياز به نيرو(گشتاور) زيادي مي‌باشد به همين دليل از حالت اتصال سري‌دو موتور استفاده مي شود و سپس مرحله به مرحله مقاومتهاي راه انداز را از مدار خارج مي كنيم تا قطار سرعت بگيرد در حالتي كه همه مقاومتهات از مدار خارج شود سرعت قطار به 30 كيلومتر در ساعت مي رسد كه به اين حالت سري كامل گويند.

    هنگامي كه قطار به سرعت 30 كيلومتر در ساعت رسيد مدار به حالت مدار انتقالي مي رود و سپس به صورت موازي در مي آيد.

    چرا مدار انتقالي لازم است؟

    مي دانيم كه براي موتورها يك جريان ماكزيمم و مينيمم طراحي‌شده كه محدوده كار موتور را مشخص مي كند در حالت اتصال موازي مي دانيم جريان Ia برا يدو موتور نصف شده و اگر بلافاصله مدار از سري به موازي تبديل شود به موتورها آسيب وارد مي شود.

    مدار انتقال باعث مي شود كه جريان آرميچر در يك زمان بيشتري كم شود و وقتي به موازي تبديل شود به موتور فشار وارد نشود.

    وقتي مدار را از سري به انتقالي تبديل كرديم همه مقاومتهاي راه انداز سر جاي اول خودبرگشته و بعد به موازي تبديل مي كنيم و بعد مقاومتهاي راه انداز را از مدار خارج مي كنيم تا به سرعت طراحي شده براي قطار برسيم.

    مكانيزم اثر د ر حالت موازي:

    تقريباً نصف مي شود.

    با توجه به شكل 21 همانطور كه گفتيم، موتور DC به سرعت مطلوب مي رسد در حالت اتصال موازي در زماني كه هيچ مقاومتي در مدار نباشد.

    اين كار هم توسط ميدان شنت، شكل 22 انجام مي شود كه در اصل اين مجموعه مدار ايجاد شده در ميدان موتور براي تضعيف جريان جاري شده در ميدان است.

    (شكل 22)

    عمل تضعيف وقتي صورت مي پذيرد كه مقاومتها قرار بگيرند به صورت موازي با ميدان تضعيف ميدان مراحل گوناگوني دارد كه بستگي دارد به طرح موتور و اهداف خواسته  شده از آن در بعضي از قطارها براي تضعيف ميدان 6 مرحله وجود دارد.

     

    در ادامه بحث به سيستمهاي خبر دهنده براي ايجاد راه آهن بي خطر مي پردازد:

    قطارها نمي توانند حركت كنند به طور ايمن، بدون در نظر گرفتن دستگاهها و علائم خبر دهنده، در اينجا به توضيح يك وسيله از 4 وسيله زير كه تضمين مي كند امنيت راه آهن را مي پردازيم.

    1- سيستمهاي بلوكي

    2- سيستمهاي كنترل قطار

    3- سيستمهاي كنترلي ترافيك قطار

    4- لوازم ارتباطي بي سيم

    سيستمهاي بلوكي:

    فاصله ترمز كه بستگي دارد به توقف كامل قطار بعد از ترمز، اين فاصله طولاني‌تر است‌نسبت به وسايل نقليه جاده اي، بنابراين قطارها بر اساس فاصله ترمز در قسمتهاي خاص از خط آهن به كار برده مي شوند به هر يك از اين قسمتهاي خاص يك بلوك مي گويند هما طور كه در شكل23مي بينيد جريان ناشي از اتصال كوتاه، براي اين كه بدانيم قطار در آن بلوك وجود دارد استفاده مي شود در شكل 23مشاهده مي كنيم قسمتي از يك مدار الكتريكي خط آهن و نحوه كار آن را.

    (شكل 23)

    موقعي كه چرخهاي قطار مي گذرند از يك نقطه مشخص و تعيين شده بوسيله چرخها، عمل اتصال كوتاه صورت مي گيرد و جريان الكتريكي ناشي از اتصال كوتاه ممانعت مي كند از عبور قطار ديگر از اين محل و همچنين امكان برگشت قطار هم فراهم مي شود.

    يك سيستم بلوكي اتوماتيك مورد استفاده است در :

    1- مدارهاي الكتريكي راه آهن براي تعيين اتوماتيك قطارها در بلوكها

    2- به منظور كنترل سيگنالها براي هر بلوك.

    شكل 24 نشان مي دهد 3 سيگنال موجود را كه ؛

    1- قرمز:به منظور توقف‌ناگهاني‌قبل‌ از اينكه قطار وارد بلوك ديگري‌شده و با قطار ديگري برخورد‌كند.

    2- زرد: ايجاد شده براي احتياط تا قطار سرعتش از 45 كيلومتر در ساعت و در بعضي قسمتها از 55 كيلومتر در ساعت بيشتر نشود.

    3- سبز: به معني اينكه بلوك بعدي راه آهن خلوت است و قطار مي تواند با ماكزيمم سرعت به داخل آن برود.

    (شكل 24)

    در اين قسمت به توضيح تك تك اجزاء مورد استفاده در قطار برقي به ترتيب حروف الفبا مي پردازيم.

    Axle Brush      (جاروبك محوري)

    محل گرفتن مجموعه جريان از سيم بالاي سر در حاليكه قطار حركت مي كند.

    Battery            (باتري)

    همه قطارها نياز دارند به يك باتري براي توليد جريان در لحظه استارت و براي تامين كردن برق مداران ضروري همانند روشني هاي ضروري در هنگامي كه دچار مشكل شده. باتري معمولا متصل است به مدارات كنترل DC براي تامين برق DC آنها.

    Bucholz Relay      (رله بوخولس)

    اين رله در مدارات خنك كننده روغن در ترانسفورماتورهاي قطار برقي جاي گرفته تا اشكار كند كمي روغن را، در هنگام كمي فشار روغن، اين رله باعث مي شود سيستم قدرت trip بخورد.

    Camshaft           (ميل بادامك)

    اكثر مدارات قدرت تحريك DC استفاده مي كنند از يك ميل بادامك براي باز يا بسته كردن كنتاكتورهاي كنترل كننده مقاومتي- ميل بادامك به راه مي افتد به وسيله يك موتور الكتريكي يا يك سيلندر بادي.

    (DC ثابت  DC متغير : چاپر) Chopper control      

    (كنتاكتور)                 Contactor

    شبيه به رله است كه به صورت يك كليد راه اندازي از دور براي كنترل مدارات قدرت بالا به كار برده مي‌شود. فرق آن با رله اين‌است كه كنتاكتورها به‌طور طبيعي‌قفل مي‌شوند و با يك واكنش مجزا باز مي‌شوند.

    كنتاكتورهاي روشنايي دهنده دو تا مي باشند هر دو هسته را به كار مي اندازند، با يك ولتاژ كم كه يكي كليد را مي بندد و ديگري عمل تريپ را براي نور انجام مي دهد.

    Cooling Fans

    براي سرد نگه داشتن تريستورها و ديگر سيستم هاي قدرت، در داخل لكوموتيوهاي مدرن قرار گرفته يك سيستم مديريت هوا به طوري كه به صورت الكترونيكي كنترل شده به منظور اينكه همه سيستم در دماي‌طراحي شده ثابت نگه داشته شوند. فن ها قدرت مي گيرند، به وسيله اينورترهاي اضافي كه توليد مي‌كنند برق 3 فاز با ولتاژي در حدود 400 ولت.

    (ترمز ديناميكي)        Dynamic Braking

    سيستم ترمز يك قطار، مورد استفاده است در تحريك موتورهاي وسايل نقليه به منظور اينكه عمل كنند همانند ژنراتورها براي ايجاد تاثير اثر ترمز- قدرت توليدي در خط ترمز تلف مي شود همانند گرما در روي برد مقاومتها(ترمز رئوستاتيك) يا بوسيله عوض شدن جهت تغذيه تحريك(ترمز بازتوليد) اغلب سيستمهاي باز توليد وقتي كه سيستم تغذيه مورد قبولي در دسترس نباشد همانند ترمز رئوستاتيك داراي برد مقاومت مي شود.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    منابع و مآخذ:

    1-    خلاصه مباحث ماشين هاي الكتريكي، متين مشكين، انشارات پردازش، سال 1383.

    2-    سايت راه آهن ايران.

    3-    سايت دانشكده راه آهن دانشگاه علم و صنعت.

    4-    سايت راه آهن چين.

    5-    سايت راه آهن ژاپن.

     

     


    این مطلب تا کنون 23 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : ولتاژ ,موتور ,استفاده ,مدار ,جريان ,قطار ,مورد استفاده ,جريان آرميچر ,وجود دارد ,پيچي آرميچر ,قرار دارد ,مقدار جريان آرميچر ,مقدار ولتاژ القايي ,شوند جريان آرميچرشان ,حالت اتصال موازي ,
    کنتور برقی

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده