1.2.1 牽引供電系統(tǒng)的種類

電力是車輛運輸過程的驅動能源。涉及到有關電的問題時，全書通常使用電能這一術語。在電能通過接觸網(wǎng)被輸送到電力牽引車輛時，使用電功率這個詞就具有了更大的現(xiàn)實意義。

為了分清電力牽引所采用的各種類型的電能，通常規(guī)定電流類型。早期電力牽引采用直流。其原因是用于驅動的串聯(lián)整流子電機的扭矩—速度雙曲線特性對于鐵路系統(tǒng)極為有利。

所以目前在全球范圍尚有超過一半的電力牽引系統(tǒng)仍為直流。既有直流牽引制式的缺點是標稱電壓低，而傳輸牽引電源需要大電流。

因此20世紀初期人們力圖把串聯(lián)電機在牽引技術方面的長處與交流電的可變壓特性結合起來。當時的目標是將由公共電網(wǎng)供電的單相交流串聯(lián)電機作為驅動系統(tǒng)，在德國和歐洲中部公共電網(wǎng)的頻率為50Hz。

受當時技術發(fā)展水平的局限，上述驅動系統(tǒng)存在如下問題：

—由于在輸入端繞組中產(chǎn)生與頻率成正比的電壓，使50Hz單相串聯(lián)電機的整流子磨損嚴重;

—與電氣化鐵道平行敷設的電纜線路產(chǎn)生很強的與頻率成正比的感應干擾;

—由于電氣化鐵道的單相取流，在饋電的50Hz三相電網(wǎng)中出現(xiàn)非正常的、明顯的電壓不平衡值。

這些問題在當時未能得到圓滿解決。

在德國經(jīng)過不斷的努力，研制出了頻率為 (50/3) Hz =16.7Hz的單相交流電源，這種單相電能是在鐵路專用高壓電網(wǎng)中產(chǎn)生和分配的。在1912年和1913年間三個德國牽引電力公司采用了這種牽引電流制式，奧地利、瑞士、挪威和瑞典也陸續(xù)采納了這種電流制式。經(jīng)證實這種16.7Hz單相交變電流形式對高速和大功率繁忙鐵道的牽引供電系統(tǒng)是非常有效和適用的。

圖1.1所示為歐洲干線鐵路所使用的牽引電流系統(tǒng)。

圖1.1 歐洲干線鐵路牽引供電系統(tǒng)

1940年由豪倫塔爾鐵路公司 (Hollentalbahn) 第一次進行了交流50Hz牽引供電系統(tǒng)的試驗。

由于大功率電子學領域的飛速發(fā)展，AC 25kV、50Hz牽引電流已成為目前那些開始鐵路電氣化的國家優(yōu)先采用的電流制式。

目前電力牽引運輸通常采用的這三種電流制式，因其使用目的不同，標稱電壓也不相同。其標稱電壓及其電壓允許范圍列于表1.1中。

截止至1997年底，在世界范圍的電氣化干線鐵路的長度超過了182000km，其中

—DC (直流) 1.5kV，約20 000km，占11%;

—DC3kV，約70 000km，占38%;

—AC (交流) 16.7Hz、15kV，33 000km，占18%;

—AC50Hz、25kV，約60 000km，占33%。

而城市公共交通系統(tǒng)還一直采用DC 600V，750V，1 200V或者1 500V設備。

表1.1 符合EN(歐洲標準) 50163標準的電氣化鐵道歐洲電壓系統(tǒng)

(V)

(V)

(V)

(V)

(V)

(V)

DC 750V

DC 1.5kV

DC 3.0kV

750

1500

3000

500

1000

2000

900

1800

3600

950

1950

3900

1269

2538

5075

AC 25kV 50Hz

25000

17500

19000

27500

29000

38746

注 U_n——標稱電壓;

U_min1——最低持續(xù)電壓;

U_min2——最長持續(xù)時間10min的最低非持續(xù)電壓;

U_max1——最高持續(xù)電壓;

U_max2——最長持續(xù)時間5min的最高非持續(xù)電壓;