Pengubah Kereta Api: Jenis, Spesifikasi dan Aplikasi

 

pengenalan

-Kereta api berkelajuan tinggi, trem, rel ringan, metro dan kereta api konvensional semuanya bergantung pada bekalan kuasa yang boleh dipercayai untuk beroperasi dengan selamat dan cekap. Di sebalik bekalan kuasa ini terdapat rangkaian transformer kereta api khusus, yang direka untuk menukar dan mengagihkan kuasa elektrik untuk bahagian berlainan sistem elektrifikasi kereta api. Antaranya,daya tarikantransformermemainkan peranan penting. Ia digunakan dalam pencawang tarikan kereta api dan, dalam beberapa aplikasi, kereta api di atas kapal untuk menukar kuasa elektrik kepada voltan dan konfigurasi yang diperlukan oleh sistem cengkaman kereta api. Dalam artikel ini, kami menerangkan apa itu pengubah kereta api, cara pengubah daya tarikan berfungsi, jenis utama pengubah kereta api, spesifikasi utamanya, dan cara memilih pengubah yang betul untuk sistem bekalan kuasa kereta api.

 

Apakah pengubah daya tarikan kereta api?

Transformer kereta api direka bentuk untuk digunakan dalam sistem elektrifikasi kereta api untuk menukar, mengasing dan mengagihkan kuasa elektrik untuk kereta api dan peralatan yang berkaitan. Salah satu jenis utama ialah pengubah daya tarikan, yang membekalkan kuasa kepada sistem daya tarikan kereta api.

Pengubah daya tarikan kereta api, juga dikenali sebagai pengubah kuasa cengkaman, biasanya menukar-kuasa AC voltan tinggi daripada grid utiliti atau rangkaian bekalan kuasa kereta api kepada voltan yang sesuai untuk sistem cengkaman. Ia biasanya dipasang di pencawang tarikan kereta api, di mana ia membekalkan kuasa kepada sistem katenari atas atau-ketiga. Beberapa transformer daya tarikan juga direka untuk pemasangan terus pada kereta api elektrik.

Tidak seperti pengubah kuasa konvensional, pengubah daya tarikan mesti mengendalikan perubahan beban yang kerap dan pantas. Pecutan kereta api boleh menyebabkan peningkatan mendadak dalam arus, manakala brek dan perubahan dalam operasi kereta api boleh menghasilkan variasi selanjutnya dalam beban elektrik. Oleh itu, pengubah daya tarikan kereta api direka bentuk untuk operasi yang boleh dipercayai di bawah beban dinamik, tegasan elektrik, getaran dan keadaan keretapi yang menuntut lain.

Untuk pengenalan yang lebih luas kepada pembinaan dan komponen pengubah daya tarikan

lihat kamiGambaran Keseluruhan Traction Transformer.

 

3. Prinsip Kerja Transformer Keretapi

Prinsip kerja pengubah kereta api adalah berdasarkan aruhan elektromagnet. Dalam pencawang daya tarikan, pengubah menurunkan kuasa voltan tinggi-dari grid atau rangkaian bekalan kuasa kereta api kepada voltan yang sesuai untuk sistem daya tarikan kereta api.

Tinggi-Input Voltan: Elektrik daripada talian katenari atas atau sistem-rel ketiga disalurkan ke dalam belitan utama pengubah kereta api. Voltan masukan boleh berkisar antara 15 kV hingga 25 kV, bergantung kepada sistem kereta api.

 

Transformasi Voltan:Input voltan tinggi-mencergaskan penggulungan utama dan mencipta medan magnet yang berubah-ubah dalam teras pengubah. Melalui aruhan elektromagnet, medan magnet ini mendorong voltan yang lebih rendah dalam belitan sekunder, dengan voltan ditentukan oleh nisbah lilitan pengubah.

 

Peraturan Voltan: Pengubah kereta api melaraskan voltan untuk memadankan keperluan sistem daya tarikan kereta api, biasanya mengurangkannya kepada paras voltan yang lebih rendah sesuai untuk peralatan pendorong kereta api.

 

Penghantaran Kuasa: Kuasa yang diubah kemudiannya dihantar ke sistem daya tarikan, termasuk motor daya tarikan atau peralatan atas kapal lain, membolehkan kereta api beroperasi.

 

Perlindungan & Kawalan: Transformer kereta api mesti mengendalikan kedua-dua voltan input tinggi dan permintaan beban yang berbeza-beza semasa operasi kereta api. Peranti pelindung seperti pemutus litar dan penderia memantau suhu, voltan dan arus untuk memastikan operasi yang selamat dan boleh dipercayai.

 

Maklum Balas & Pelarasan: Pemantauan berterusan membolehkan sistem bertindak balas terhadap perubahan dalam keadaan beban dan operasi, membantu mengekalkan prestasi yang stabil dan mencegah kegagalan.

 

4. Jenis Transformer Keretapi

Terdapat beberapa jenis pengubah kereta api, dan reka bentuknya berbeza-beza bergantung pada sistem bekalan kuasa kereta api, lokasi pemasangan dan aplikasi. Jenis utama termasuk pengubah daya tarikan pegun, pengubah daya tarikan atas kapal, pengubah-auto dan pengubah daya-berbilang sistem.

 

4.1 Transformer Daya tarikan Pegun

Transformer cengkaman pegun dipasang di pencawang kereta api di sepanjang laluan kereta api. Mereka menurunkan kuasa voltan tinggi-dari grid atau rangkaian bekalan kuasa kereta api sebelum membekalkan elektrik ke kereta api melalui sistem katenari atas atau rel ketiga.

Transformer ini biasanya digunakan dalam sistem elektrifikasi keretapi untuk menyediakan bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai untuk kereta api elektrik.

 

4.2 Pengubah Daya Tarik Atas Kapal

Transformer daya tarikan di atas kapal dipasang terus pada kereta api elektrik atau lokomotif. Mereka mempunyai reka bentuk yang padat dan ringan kerana mereka mesti bergerak bersama kereta api sambil mengendalikan-permintaan kuasa tinggi sistem cengkaman.

Transformer ini menerima kuasa daripada sistem overhed kereta api dan menurunkannya kepada voltan yang sesuai untuk daya tarikan kereta api dan peralatan elektrik.

 

4.3 Traction Auto-Transformers

Transformer auto daya tarikan-digunakan dalam sistem bekalan kuasa kereta api, terutamanya dalam aplikasi kereta api-voltan tinggi dan-tinggi. Ia membantu mengekalkan voltan yang diperlukan di sepanjang laluan kereta api dan boleh mengurangkan penurunan voltan dan kehilangan kuasa pada jarak jauh.

Tidak seperti dua-pengubah penggulungan konvensional, pengubah-auto menggunakan belitan biasa untuk sebahagian daripada litar primer dan sekunder.

 

4.4 Berbilang-Pengubah Daya tarikan Sistem

Transformer daya tarikan berbilang{0}}sistem direka untuk kereta api elektrik yang beroperasi merentasi rangkaian kereta api dengan sistem elektrifikasi yang berbeza. Mereka boleh menampung voltan dan frekuensi bekalan yang berbeza, membolehkan kereta api beroperasi merentasi wilayah atau negara dengan piawaian kuasa kereta api yang berbeza.

 

4.5 Transformer untuk Sistem Daya tarikan AC dan DC

Transformer cengkaman kereta api juga boleh dikelaskan mengikut jenis bekalan kuasa kereta api.

Transformer cengkaman AC digunakan dalam sistem elektrifikasi kereta api AC, termasuk banyak rangkaian kereta api-jarak jauh dan-tinggi. Mereka menurunkan voltan AC masuk ke tahap yang diperlukan oleh sistem daya tarikan kereta api.

Sistem daya tarikan DC biasanya digunakan untuk kereta api metro, trem, dan kereta api pinggir bandar. Dalam sistem ini, transformer biasanya digunakan bersama-sama dengan penerus untuk menukar kuasa AC yang masuk kepada kuasa DC yang diperlukan oleh sistem kereta api.

Pilihan pengubah kereta api bergantung pada sistem elektrifikasi kereta api, voltan dan frekuensi, jenis pemasangan, keperluan kereta api, dan keadaan operasi.

 

5. Aplikasi Transformer Traksi Kereta Api

Transformer cengkaman kereta api digunakan terutamanya dalam sistem kereta api elektrik untuk menyediakan kuasa yang boleh dipercayai untuk kereta api dan peralatan kereta api yang berkaitan. Aplikasi mereka berbeza-beza mengikut jenis kereta api, kereta api, dan sistem elektrifikasi.

 

6. Reka Bentuk dan Spesifikasi Pengubah Traksi Kereta Api

Reka bentuk pengubah daya tarikan bergantung pada sistem elektrifikasi kereta api, jenis pemasangan, tahap voltan, keperluan kuasa dan keadaan operasi. Berbanding dengan pengubah kuasa standard, pengubah kereta api perlu menahan perubahan beban yang kerap, getaran mekanikal, tegasan elektrik dan keadaan operasi yang menuntut.

 

6.1 Teras dan Belitan

Teras pengubah menyediakan-laluan keengganan rendah untuk fluks magnet antara belitan. Bahan teras-berkualiti tinggi dan pembinaan tegar membantu pengubah mengekalkan prestasi yang boleh dipercayai di bawah beban kereta api yang turun naik.

Penggulungan direka mengikut voltan dan penarafan kuasa yang diperlukan. Bahan{1}}konduktor berkualiti tinggi dan sistem penebat digunakan untuk memberikan kekuatan mekanikal dan penebat elektrik yang diperlukan untuk aplikasi kereta api.

 

6.2 Voltan dan Kekerapan

Spesifikasi pengubah daya tarikan bergantung pada sistem bekalan kuasa kereta api. Tahap bekalan kereta api biasa termasuk:

• 15 kV, 16.7 Hz AC - digunakan dalam beberapa rangkaian kereta api Eropah.
• 25 kV, 50/60 Hz AC - digunakan secara meluas untuk elektrifikasi kereta api.
• Sistem daya tarikan 1.5 kV DC dan 3 kV DC - digunakan dalam beberapa rangkaian kereta api bandar dan konvensional.

Voltan keluaran dipilih mengikut keperluan sistem daya tarikan dan peralatan elektrik hiliran.

 

6.3 Penarafan Kuasa

Penarafan pengubah daya tarikan biasanya dinyatakan dalam kVA atau MVA dan bergantung pada kereta api, rangkaian kereta api, dan beban yang dijangkakan. Aplikasi yang berbeza mungkin memerlukan penarafan kuasa yang berbeza, daripada unit yang lebih kecil untuk rel ringan dan trem kepada-transformer berkapasiti lebih tinggi untuk-kereta api berkelajuan tinggi dan-sistem kereta api tugas berat.

Transformer juga mesti direka bentuk untuk menahan beban-jangka pendek dan perubahan pantas dalam beban semasa pecutan kereta api, brek dan operasi biasa.

 

6.4 Penyejukan dan Pembinaan

Transformer daya tarikan boleh menggunakan kaedah penyejukan yang berbeza bergantung pada keperluan pemasangan dan kuasa.

Transformer terendam minyak-menggunakan cecair penebat untuk penyejukan dan penebat.

Transformer jenis kering-menggunakan udara untuk penyejukan dan bahan penebat pepejal, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang tidak disukai minyak.

Untuk aplikasi atas kapal, pengubah juga mesti memenuhi keperluan ruang dan berat yang ketat. Bergantung pada reka bentuk kereta api, transformer boleh dipasang di bilik mesin, di bawah lantai, di-kawasan lantai rendah atau di atas bumbung.

 

6.5 Ketik Penukar dan Peraturan Voltan

Penukar pili boleh digunakan untuk melaraskan voltan pengubah mengikut keperluan sistem kuasa kereta api. Bergantung pada aplikasi, pengubah cengkaman boleh menggunakan-penukar pili semasa (OLTC) atau penukar paip-mati.

OLTC boleh melaraskan voltan semasa pengubah kekal bertenaga, manakala penukar pili-mematikan memerlukan pengubah diputuskan sambungannya sebelum kedudukan paip ditukar.

 

6.6 Kecekapan dan Kehilangan Tenaga

Transformer daya tarikan direka untuk kecekapan tinggi kerana ia beroperasi di bawah keadaan beban yang kerap dan berubah-ubah. Kehilangan tenaga mereka terutamanya termasuk kerugian teras dan kehilangan beban.

• Kerugian teras: Terutamanya disebabkan oleh histerisis dan arus pusar dalam teras pengubah. Kerugian ini kekal agak stabil apabila pengubah ditenagakan.
• Kerugian beban: Terutamanya disebabkan oleh rintangan belitan dan meningkat dengan kuasa dua arus beban.
• Kerugian lain: Kehilangan sesat, kehilangan dielektrik, dan kuasa yang digunakan oleh peralatan penyejukan juga boleh menyumbang kepada jumlah kerugian.

Kecekapan dan kerugian sebenar bergantung pada reka bentuk pengubah, kuasa undian, bahan, kaedah penyejukan, dan beban operasi. Oleh itu, kecekapan dan nilai kerugian pengubah hendaklah dinilai mengikut keperluan projek khusus dan piawaian yang berkenaan.

 

6.7 Perlindungan dan Pengujian

Perlindungan yang boleh dipercayai adalah penting kerana pengubah daya tarikan beroperasi di bawah beban elektrik dan dinamik yang tinggi. Fungsi perlindungan dan pemantauan biasa termasuk:

• Perlindungan arus lebih
• Perlindungan voltan lampau
• Pemantauan suhu
• Pemantauan penebat
• Perlindungan kerosakan tanah

Ujian pengubah daya tarikan dijalankan untuk mengesahkan prestasi elektrik, kekuatan penebat, prestasi suhu, dan kebolehpercayaan keseluruhan sebelum pengubah diletakkan dalam perkhidmatan.

Spesifikasi dan penarafan pengubah daya tarikan akhir hendaklah ditentukan mengikut sistem voltan kereta api, kekerapan, permintaan kuasa, keadaan pemasangan, kaedah penyejukan dan piawaian yang berkenaan.

 

6.8 Cabaran Reka Bentuk Utama

Transformer daya tarikan kereta api perlu mengimbangi beberapa keperluan, termasuk:

Kuasa tinggi: Mengendalikan beban yang tinggi dan cepat berubah.

Pengurusan terma: Menghilangkan haba di bawah keadaan operasi yang menuntut.

Kekuatan mekanikal: Menahan getaran dan tekanan mekanikal.

Kekompakan: Memenuhi had ruang dan berat, terutamanya untuk aplikasi atas kapal.

Kebolehpercayaan: Mengekalkan operasi yang stabil dengan penyelenggaraan minimum.

 

7. Bagaimana untuk Memilih Transformer Kereta Api?

Memilih pengubah kereta api yang betul bergantung pada sistem kuasa kereta api, keperluan beban, keadaan pemasangan dan piawaian yang berkenaan. Sebelum membuat pesanan, adalah penting untuk mengesahkan spesifikasi utama berikut.

 

7.1 Kuasa dan Voltan Terkadar

Transformer harus mempunyai kapasiti yang mencukupi untuk mengendalikan beban kereta api yang dijangkakan, termasuk beban puncak dan perubahan semasa operasi. Kuasa undian yang diperlukan dan paras voltan-tinggi hendaklah ditentukan mengikut sistem bekalan kuasa kereta api.

SCOTECH boleh menyediakan transformer dengan kuasa berkadar sehingga 100 MVA dan berkadar voltan tinggi sehingga 132 kV, dengan penarafan tersuai tersedia mengikut keperluan projek.

 

7.2 Keperluan Sambungan dan Fasa

Sambungan pengubah harus sepadan dengan sistem daya tarikan kereta api dan konfigurasi bekalan kuasanya. Aplikasi kereta api yang berbeza mungkin memerlukan susunan fasa dan sambungan penggulungan yang berbeza.

Pilihan sambungan yang tersedia termasuk:

• YN,d11
• YN,d11,d5
• V₀V₀
• Scott-disambungkan (3 fasa/2 fasa)
• Leblanc-disambungkan (3 fasa/2 fasa)
• Woodbridge-disambungkan (3 fasa/2 fasa)

 

7.3 Medium Penebat dan Penyejukan

Pilihan medium penebat dan penyejukan bergantung pada persekitaran pemasangan, keperluan prestasi dan spesifikasi projek.

SCOTECH boleh menyediakan pilihan yang berbeza, termasuk FR3, minyak mineral, silikon, hidrokarbon dan minyak sayuran.

Sistem penyejukan juga boleh dikonfigurasikan mengikut penarafan dan aplikasi pengubah, dengan radiator keluli-bergalvani atau tahan karat tersedia.

 

7.4 Tangki dan Aksesori

Tangki dan penutup pengubah harus memberikan kekuatan mekanikal dan perlindungan yang mencukupi untuk komponen dalaman. Bergantung pada keperluan projek, SCOTECH menawarkan tangki dan penutup keluli lembut atau{1}}karat.

Aksesori tambahan juga boleh dikonfigurasikan, termasuk:

• Relay Buchholz
• Pengubah arus (CT)
• Pada-muat penukar paip (OLTC)
• Kotak Marshalling
• Penunjuk suhu penggulungan
• Aksesori pemantauan dan perlindungan lain

 

7.5 Impedans dan Keperluan Tersuai

Galangan pengubah menjejaskan peraturan voltan dan prestasi litar- pintas, jadi ia harus dipilih mengikut keperluan sistem kereta api.

SCOTECH menyokong impedans tersuai dan boleh menyediakan perisai elektrostatik apabila diperlukan. Parameter pengubah lain juga boleh disesuaikan mengikut spesifikasi projek.

 

7.6 Piawaian dan Pengujian

Transformer kereta api hendaklah direka bentuk dan diuji mengikut piawaian yang diperlukan untuk projek dan pasaran tertentu. SCOTECH mereka bentuk transformer mengikut IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA dan piawaian lain yang berkaitan.

Sebelum memilih pengubah kereta api, sahkan penarafan kuasa, voltan, kekerapan, sambungan, penebat dan medium penyejukan, galangan, aksesori, keadaan pemasangan dan piawaian yang berkenaan yang diperlukan. Menyediakan butiran ini kepada pengilang transformer membantu memastikan reka bentuk akhir sepadan dengan sistem kuasa kereta api dan keperluan operasi.