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2.3 列车驱动与变频电机
PWM变频电机通过弓网系统获取电能,以此驱动列车运转。
接触网上的高压交流电,通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电,在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电,输入三相异步/同步牵引电动机,通过传动系统带动车轮运行。
简单介绍一下弓网系统的结构。
火车通过车体顶部升起的受电弓(结构类似于消防车的云梯)与“轨道上面的电线”,即接触网相连,那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属,即接触部分的材质问题,应该分开看:
1)“电线”,即接触线(contact wire),是金属材质的,目前最常见的是铜合金的,铝材质的已经很少见;
2)受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的,但受电弓(pantograph)与接触线直接接触的部分并不是金属,而是由受电弓顶部的受流滑板(collector strips)完成。
这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触,但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损,加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能,因此,其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能,这个碳板就是受电弓滑板。
3.2 弓网材质选择
其实我觉得题主你问到点子上了,但还差一点点就能成为极好的问题。我们衡量一个系统用的可靠性时,总希望找一个或者若干个标准,它们能将危险量化,在此基础上将危险分类。在弓网匹配中,这个标准是损耗。
受电弓滑板早期也有非碳材质的,在此不表,我只提一个决定性的需求,在了解这个需求之后,你就会明白滑板的材质问题的由来:
这个需求叫做弓网配合。
当然,弓网配合是个很大的课题,细化到答主的问题上,就是:“受电弓接触线和受电弓滑板的材质选择有什么考究”
这个其实就是我刚才提到的,损耗:
题主你设想一下,弓和网之间接触,有摩擦,那必然就会有磨损,也就有损耗。 (小知识:在通过电流的时候,摩擦不仅是两个物体之间的相对运动,因为掺杂了电的作用。对于这种现象,有一个专门的词概括,叫载流摩擦。具体到本题中,可以解释为:载流摩擦比同条件下的机械摩擦带来的损伤更大)
因为摩擦必然存在,所以损耗不可避免。
那么我们选择被消耗的部分,肯定是我们监测、维修过程中最容易完成的环节。
换言之,如果一个设备一定会发生故障,我们肯定希望故障发生在容易检修的部分。
任何设备都会老化、损伤。
因此,在设计包含摩擦副的设备时,我们会将容易检修的那一部分的强度降低;对于不容易检修的部分,则提高其强度。
这样,设备故障时,故障更可能发生在这些强度较低、同时也是容易检修的部分。这样一来,检修的成本与工作量大大降低。
这是一种将损害集中以方便处理的设计思路。
听上去很不爽是吧?反正我第一次明白的时候整个人都不好了...脑洞再开大点,我们辛苦设计设备,就是为了让它们坏得精彩么?
其实,从设备运转效率方面考虑,这种设计是很合理的,铁路的弓网系统就是一个很典型的例子。
比较一下列车接受电流的设备,也就是列车弓网的两部分,接触网接触线和受电弓滑板:
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