Тролейбус

Троллейбус (англ. trolleybus, від trolley – контактний провід, роликовий струмоприймач та bus – автобус), засіб безрейкового наземного міського транспорту з кузовом вагонного типу на пневмоколесному ходу, що використовує двопровідну схему електричного живлення від зовнішнього джерела (контактної мережі). Тролейбус, як і автобус, рухається автомобільною дорогою з твердим покриттям, що дозволяє використовувати існуючу дорожню мережу міста практично без переобладнання. Максимальна швидкість тролейбуса 60-75 км/год. Контактну мережу тролейбуса поділено на ряд сегментів, ізольованих один від одного за допомогою секційних ізоляторів. Кожен сегмент підключається до однієї або кількох тягових підстанцій за допомогою підземних або повітряних фідерних ліній, що дозволяє вибірково відключити окрему секцію у разі її пошкодження або проведення ремонтних робіт. Тягові підстанції здійснюють перетворення поступаючого з енергосистеми змінного струму напругою зазвичай 6-10 кВ (у Росії) на постійний напругою 550-600 В. У тролейбусі встановлюється в основному штанговий струмоприймач (розташований на даху тролейбуса), що забезпечує передачу постійного струму від повітряної контактної мережі за допомогою струмознімальної головки зі змінною контактною вставкою (так званим черевиком) до тягового електродвигуна. Штанги та контактні черевики закріплені шарнірами, що дозволяє тролейбусу (на відміну від трамвая) відхилятися від контактної мережі на 4–5 метрів (наприклад, при об'їзді перешкоди або під час зупинки).При розгалуженні контактної мережі, для спрямування тролейбуса у потрібному напрямку, використовується тролейбусна стрілка (механізм, що спрямовує штанги тролейбуса в місцях розгалуження контактної мережі).

До механічної частини тролейбуса відносяться трансмісія, ходова частина, органи управління. Для управління тяговим електродвигуном (потужність 70-120 кВт), з діапазоном частоти обертання від нуля (на зупинці) до 4000 об/хв (при максимальній швидкості), служать контактори, що перемикають силовий ланцюг, які приводяться в дію контролером, пов'язаним з педаллю, встановлену біля місця водія. Розрізняються реостатно-контакторна система управління (регулювання струму здійснюється підключенням послідовно з тяговим двигуном ланцюжка потужних пускових резисторів); тиристорно-імпульсна (змінюється тривалість імпульсів струму, що проходить через потужний тиристор і відповідно через тяговий електродвигун); транзисторна система управління – найбільш перспективна та економічна (як елемент регулювання струму електродвигуна використовуються потужні польові транзистори з мікропроцесорною системою для регулювання та управління струму при різних режимах руху тролейбуса). Тролейбус може оснащуватися системою автономного ходу, яка дозволяє постачати електроенергією (наприклад, через акумулятор, суперконденсатор або генератор, що працює від двигуна внутрішнього згоряння) двигун тролейбуса у випадку, якщо з якихось причин немає доступу до контактної мережі.

Перший тролейбус створив у Німеччині інженер Ст. фон Сіменс у 1882 р. У 1909 р. М.Шиманн (Німеччина) розробив штанговий струмоприймач на тролейбусі, і цей пристрій з невеликими змінами застосовується досі. Перший вітчизняний тролейбус ЛК-1 (названий на честь Л. М. Кагановича) випущений 1933 р. у Москві. Більш продуктивним підвищення пасажиромісткості виявилося використання причепів, тролейбусних поїздів і особливо зчленованих тролейбусів (середня місткість 160–240 людина), які з'явилися наприкінці 1950-х – початку 1960-х гг. Від тролейбуса з причепом невдовзі відмовилися на користь зчленованих. На початку 21 ст. екологічні, економічні та інші проблеми, спричинені масовою автомобілізацією, відродили інтерес до міського електротранспорту та у Західній Європі. Однак більшість європейських країн зробили ставку на трамвай як на більш енергоефективний та пасажиромісткий транспорт.

Опубліковано 16 грудня 2022 р. о 17:58 (GMT+3). Останнє оновлення 16 грудня 2022 р. о 17:58 (GMT+3). Зв'язатися з редакцією

Як влаштований та працює тролейбус

Жителі багатьох міст настільки звикли їздити на тролейбусах, що навряд чи замислюються про те, що користуються в цей момент екологічно чистим і досить економічним видом транспорту, на кшталт багатомісного електромобіля. А тим часом, пристрій тролейбуса не менш цікавий, ніж пристрій, скажімо, трамвая. Давайте ж поринемо в цю тему дещо глибше.

Сучасний тролейбус має досить складну електричну частину. Його система управління базується на напівпровідниках з мікропроцесорним управлінням, що працюють спільно з пневматичною підвіскою, системою ABS і щільно взаємодіє з усіма частинами складної електронно-інформаційної системи.Сюди відносяться можливість автономного ходу, система регуляції мікроклімату тощо. буд.

Таким чином, тролейбус сьогоднішнього дня — це повноцінний міський громадський транспортний засіб, який відповідає всім вимогам щодо безпеки, комфортності та економічності.

Еволюція тролейбуса розвивалася поступово, приблизно так, як це відбувалося в автобусів. Неважко здогадатися, що конструкції кузовів перших тролейбусів та їх ходові частини спочатку базувалися саме на автобусах з низькою підлогою, таких як Богдан-Е231, МАЗ-203Т та інші. Проте тролейбус як такий з'явився значно пізніше. І такі сучасні міські машини як Електрон-Т191 та АКСМ-321, наприклад, одразу розроблялися як тролейбуси. Але наступність кузова від моделі до моделі, проте досі простежується.

Предок тролейбуса наприкінці ХІХ століття:

Ще з часів Радянського Союзу повелося, що на цей транспортний засіб від контактної мережі через тролеї подається постійна напруга 550 вольт. Це стандарт. У таких умовах повністю завантажений тролейбус здатний розвинути на рівній дорозі швидкість близько 60 км/год.

Його тяговий привід спочатку і призначався для міського руху, тому обмежує максимум швидкості значенням 65 км/год. Але навіть на такій швидкості транспортний засіб здатний легко маневрувати в межах 4,5 метрів на ту чи іншу сторону від контактної лінії. Тепер звернемо увагу на електричну складову цього чудового транспортного засобу.

Головним силовим агрегатом тролейбуса є тяговий електродвигун. У класичному варіанті він являє собою двигун постійного струму: циліндричний кістяк, якір із щітково-колекторним вузлом, полюси, підшипникові щити і вентилятор.

Більшість тягових двигунів постійного струму тролейбусів – двигуни послідовного чи змішаного збудження. Двигуни з транзисторним або тиристорним керуванням працюють лише із системою послідовного збудження.

Так чи інакше, тягові двигуни тролейбусів є досить значними машинами постійного струму, розраховані на потужності близько 150 кВт, і вимагають для нормальної стійкої роботи установки додаткового тягового перетворювача постійного струму. Сам двигун може важити близько тонни і споживати струм близько 300 А при робочому моменті на валу понад 800 Нм (при обертах валу 1650 об/хв).

Деякі моделі сучасних тролейбусів несуть на собі асинхронні тягові двигуни змінного струму, керовані спеціальними тяговими перетворювачами змінного струму. Двигуни подібного роду виходять менш громіздкими, при тому потужнішими, їм не потрібне регулярне обслуговування (порівняно з колекторними).

Але таким двигунам необхідний спеціальний напівпровідниковий перетворювач. Сам двигун може мати кілька датчиків частоти обертання, які встановлюються на вал. Більшість асинхронних тягових двигунів змінного струму живляться напругою 400 В, мають короткозамкнений ротор і трифазну статорну обмотку з класичним з'єднанням «зірка».

Зазвичай двигун розміщується у задній частині кузова тролейбуса. На його валу є фланець, за допомогою якого через карданний вал здійснюється механічна передача на провідний міст через провідну шестерню.

Корпус двигуна повністю ізольований від кузова, тому попадання високої напруги на його провідні частини виключено.Це забезпечується тим, що фланець виготовлений із ізолюючого матеріалу, а кріплення двигуна на кронштейнах ніколи не обходиться без ізолюючих втулок.

Сучасний тяговий двигун тролейбуса приводиться в дію транзисторно-імпульсною системою управління на IGBT-транзисторах, яка вважається більш досконалою, ніж тиристорна і тим більше реостатна схема.

У системі міститься секція комутації для підключення діагностичного комп'ютера з метою регулювання та налаштування схеми керування двигуном, а також контролю стану тягового обладнання в цілому. Така система управління найбільш економічна в плані витрати енергії, до того ж саме вона забезпечує безконтактний пуск та розгін транспортного засобу без зайвих втрат енергії, як це було б у реостатній системі.

В результаті саме грамотне керування тяговим двигуном забезпечує тролейбусу. плавний пуск, регулювання швидкості без ривків та надійне гальмування. Регульована імпульсна напруга зі струмом якоря порядку 50 А дозволяє тролейбусу плавно рушити незалежно від наявності люфтів у його механічних передачах.

Управління швидкістю виходить безступінчастим у тому числі завдяки можливості ослаблення струму обмотки збудження, коли швидкість транспортного засобу досягає 25 км/год. При гальмуванні також використовується регульований струм це називається динамічним гальмуванням.

Рух тролейбуса заднім ходом має обмеження за швидкістю — не більше 25 км/год. Завдяки електроніці гальмування має пріоритет перед пуском. При необхідності можлива зміна робочої полярності струмоприймачів.

Безпосередньо транзисторно-імпульсна система тролейбуса працює наступним чином.Натискання на пускову педаль призводить до спрацьовування датчика Холла, рівень аналогового сигналу якого прямо пов'язаний з поточним кутом положення педалі.

Цей сигнал перетворюється на цифровий, і вже у цифровій формі подається на мікропроцесорний регулятор тягового блоку, звідки команди подаються на плати драйверів силових транзисторів.

Драйвера силових транзисторів, своєю чергою, регулюють струм силових транзисторів залежно від команд, які з мікропроцесорного регулятора тягового блока. Керуюча напруга драйверів - низьковольтна (змінюється в межах від 4 до 8 вольт) саме його значення і визначає робочий струм обмоток тягового двигуна.

Як ви вже здогадалися, силові транзистори служать тут напівпровідниковими контакторами, керованим напругою, тільки на відміну від звичайного контактора, тут струм може змінюватися дуже плавно. Тому немає потреби в реостатах, досить простої технології ШІМ (широтно-імпульсної модуляції).

Якщо тролейбусу необхідно загальмувати, двигун переводиться в режим генератора, і гальмування по суті забезпечують магнітні поля якоря, які також регулюються. Так досягається гальмування майже до зупинки транспортного засобу. До речі, основна частина транзисторно-імпульсної електроніки тролейбуса, що управляє, розміщена на його даху.

У процесі гальмування сучасного тролейбуса працює система рекуперації енергії. Це означає, що енергія, що виробляється тяговим двигуном в режимі генератора при гальмуванні, повертається в контактну мережу і може бути повторно використана як для потреб електротранспорту, що паралельно живиться від даної мережі, так і для живлення приладів самого тролейбуса (гідропідсилювача керма, системи опалення тощо).д.) Якщо тролейбус проходить під стрілкою, то застосовується реостатне гальмування.

Практично весь тяговий привід тролейбуса складається з кількох частин:

• пари струмоприймачів;
• автоматичного вимикача;
• блок управління на IGBT-транзисторах;
• регулюючої схеми;
• контролера ходу та гальма;
• блоку реостатів;
• перешкододавлюючого дроселя;
• панельного комп'ютера чи комутаційного блоку для з'єднання із зовнішнім комп'ютером.

За допомогою панельного або зовнішнього комп'ютера проводять діагностику тягового двигуна тролейбуса, дивляться параметри його роботи, змінюють якщо потрібно налаштування мікропроцесорного регулятора. Усі параметри про роботу та поточний стан тягового приводу зберігаються у цифровій формі.

Деякі моделі систем керування стежать за струмами витоку і мають відповідну систему захисту – автоматичне відключення від мережі. Опціонально тут же може бути присутнім лічильник спожитої на рух та рекуперованої при гальмуванні енергії.

Окремо варто згадати захисну електроніку тролейбусаяка служить для підвищення рівня безпеки пасажирів. Наприклад, тролейбус не рушить з місця при відкритих пасажирських дверях або за відсутності повітря в гальмівній системі.

Телеграм канал для тих, хто щодня хоче дізнаватися нове та цікаве: Школа для електрика

Влаштування та опис роботи тролейбуса

Після винаходу електродвигуна в 19 столітті неминуче виникла думка про використання його як двигун для транспортного засобу. Одним із завдань, що стояли перед винахідниками, є вирішення проблеми джерела живлення для силового приводу. Найпростіше це можна було вирішити, використовуючи акумуляторні батареї, встановлені безпосередньо на машині.

Однак їх відносно низька ємність призводила до того, що для отримання більш-менш прийнятних результатів за швидкістю та тривалістю руху батареї займали багато місця і коефіцієнт корисної дії такого транспортного засобу виявлявся вкрай низьким.

До речі, навіть в даний час, коли було досягнуто значного прогресу у створенні високоємних акумуляторних батарей і високотехнологічних інтелектуальних систем керування двигуном, електромобілі не можуть скласти серйозної конкуренції автомобілям з двигунами внутрішнього згоряння.

Інший шлях, шлях використання зовнішнього джерела живлення, призводить до виникнення нової проблеми – проблеми передачі електричного струму від зовнішнього джерела до рушійного транспортного засобу. При вирішенні її шляху розвитку електротранспорту розійшлися по кількох самостійних, у чомусь схожих, у чомусь різних напрямках.

При використанні однопровідної схеми живлення електроприводу транспортний засіб має бути надійно з'єднаний із землею. Це забезпечується встановленням його на добре заземлені металеві рейки. Знімання струму проводиться струмоприймачем. На електровозах і трамваях струмоприймачі, встановлені на даху, притискаються пружиною до контактного дроту, що знаходиться під напругою.

На поїздах метрополітену струмознімання здійснюється через спеціальну рейку, розташовану на стіні тунелю і струмоприймач, що ковзає по ньому, що знаходиться на кузові вагона. Перевагою однопровідної схеми живлення із заземленим корпусом є абсолютна безпека від ураження електричним струмом, оскільки потенціал електричної напруги між землею та кузовом дорівнюватиме нулю при будь-яких несправностях електрообладнання транспортного засобу.Ця обставина є важливою, враховуючи високу напругу живлення силового електроприводу (від 550 водь для трамвая до кількох тисяч вольт для електровоза). Ну а основний недолік - це суворо фіксований маршрут руху, який визначається прокладеними рейками.

Двопровідна схема живлення електроприводу передбачає ізоляцію транспортного засобу від землі та, відповідно, наявність двох струмознімачів (тролейбус). З позиції сьогодення можна дати таке визначення:

Тролейбус (Trolleybus) – це транспортний засіб, що використовує двопровідну схему живлення силового електроприводу від зовнішнього джерела (контактної мережі) та призначеного для перевезення людей чи вантажів. Для збільшення маневреності (за відсутності контактної мережі та на обмежену відстань) на тролейбусі може бути встановлений двигун внутрішнього згоряння як допоміжний привід або використана акумуляторна батарея як альтернативне джерело електричного струму.

Як бачимо, відсутність необхідності в рейках дозволило тролейбусу бути більш маневреним у межах деякого діапазону відхилення від контактної мережі (зазвичай це 4 – 5 метрів), що є важливим при русі в міських умовах. Однак з іншого боку зросла небезпека ураження електричним струмом через можливий витік його на корпус тролейбуса. Це потребувало додаткових заходів для покращення ізоляції електричних ланцюгів та створення систем для контролю струму витоку.

Прародителем сучасного тролейбуса можна вважати "Electromote", створений німецьким інженером Вернером фон Сіменсом у 1882 році.

У наш час тролейбус мало схожий на цей саморушний електричний екіпаж, проте ідея використання електродвигуна з живленням від зовнішнього джерела через контактні дроти як силовий привод набула свого подальшого розвитку та поширення. У різний час вигляд та технічні характеристики тролейбуса змінювалися.

Тролейбус у музеї міста Сендтофт (Sandtoft), Англія

Перший радянський тролейбус ЛК-1

Тролейбус фірми Хес (Hess), Швейцарія

Сучасний тролейбус за конструкцією близький до автобуса, тим більше, що вони призначені в основному для тих самих цілей – перевезення пасажирів у містах. Однак через свою специфіку конструкція тролейбуса має суттєві відмінності.

Якщо в автобусах, де при використанні двигуна внутрішнього згоряння, необхідні зчеплення та коробка передач, трансмісія тролейбуса є значно простішою. Тяговий електродвигун (1) через карданний вал (2) передає зусилля на редуктор заднього провідного моста (3). Оскільки діапазон частоти обертання двигуна досить великий, від нуля на зупинці до 4000 об/хв при максимальній швидкості, необхідні спеціальний пристрій регулювання струму, що протікає через двигун. Існує кілька добре відпрацьованих принципів побудови таких пристроїв (систем управління).

В основному можна виділити такі системи керування:

• Реостатно-контакторна система управління (РКСУ). Регулювання струму здійснюється підключенням послідовно із тяговим двигуном ланцюжка потужних пускових резисторів. Почергове шунтування контактами спеціального контролера призводить до збільшення струму, що проходить через електродвигун і, відповідно, до розгону тролейбуса.Головним недоліком цієї системи управління є марна витрата електроенергії, що йде на нагрів резисторів, під час набору швидкості.
• Тиристорно-імпульсна система управління (ТІСУ). Створення цієї системи стало можливим із появою потужних тиристорів, тобто. напівпровідникових приладів, здатних комутувати електричний струм достатньої для тролейбуса величини та напруги. Принцип дії ТИСУ полягає у зміні тривалості імпульсів струму, що проходить через тиристор і відповідно через тяговий електродвигун. Збільшуючи та зменшуючи шпаруватість і частоту імпульсів, ми можемо змінювати струм, що проходить через двигун. е. регулювати швидкість руху тролейбуса До недоліків цієї системи можна віднести підвищений рівень радіоперешкод, що виникають під час комутації електричних ланцюгів, якими протікають великі струми.
• 3. Транзисторна система керування з асинхронним двигуном. Найбільш перспективна система управління, яка використовує як елемент регулювання струму, що протікає через тяговий електродвигун, потужні польові транзистори. Застосування мікропроцесорної системи для відстеження параметрів та управління струмом електродвигуна за різних режимів руху тролейбуса зробило цю систему найекономічнішою з існуючих. Однак вона є найдорожчою та найбільш чутливою до рівня електромагнітних перешкод.

Невід'ємним атрибутом тролейбуса є струмоприймачі, необхідні передачі електроенергії від контактної мережі до силового електроприводу. Конструкція струмоприймача повинна забезпечувати надійне струмознімання в діапазоні швидкостей руху при допустимому відхиленні тролейбуса від контактної мережі. Як приклад розглянемо струмоприймач тролейбуса ЗіУ682.

Струмоприймач складається з металевої або пластмасової труби 4, всередині якої прокладено провід 2, що з'єднує апарати тролейбуса з черевиком струмоприймача 8. Основа 1 жорстко з'єднана з дахом тролейбуса через порцелянові ізолятори для запобігання витоку струму. Конструкція з'єднання труби та основи дозволяє струмоприймачу вільно переміщатися у горизонтальній та вертикальній площині. Пружини 3 призначені для надійного притиску головки 5 контактного проводу (14 - 16 кг). Для запобігання обриву контактної мережі при зачепі головки кріплення черевика влаштовано таким чином, що при виникненні такої ситуації відбувається його стягування. Після цього черевик утримується на струмоприймачі башмакоуловлювачем 6.

Конструкція кріплення головки 2 до черевика 1 дозволяє їй вільно обертатися і залишатися паралельною контактному дроту незалежно від вертикального та горизонтального переміщення струмоприймача. Струмознімання здійснюється через змінну графітну або міднографітну вставку 4, а щічки 3 головки перешкоджають відриву від контактного проводу.

Серед інших особливостей відмінності тролейбуса від автобуса можна назвати широке використання допоміжних електричних агрегатів. Зокрема:

• електродвигуна для компресора пневмосистеми
• електродвигуна для гідропідсилювача керма
• електродвигунів для керування дверима
• електродвигуна для генератора підзарядки акумуляторів або статичного перетворювача для цієї мети
• використання електричних обігрівачів для обігріву кабіни водія та салону.

На закінчення, вкажемо ще на деякі особливості пристроїв з тяговим електроприводом, зокрема тролейбусів. Це можливість переведення електродвигуна в режим генератора та використання цього для електричного гальмування.Крім цього, струм, що виробляється за рахунок кінетичної енергії тролейбуса, що рухається, можна повертати назад в контактну мережу, т.е. н. рекуперативне гальмування.
Оскільки тяговий електродвигун безпосередньо пов'язаний із заднім мостом, зміну напрямку руху тролейбуса здійснити легко. Для цього досить просто змінити напрямок руху струму через якірну обмотку двигуна.

Як вам стаття?