Regenerative Bremsen

Wurdest du jemals in einem U-Bahnwagen gestrandet? Die Lichter flackerten wild, dann hörte das seltsame Summen plötzlich auf und Sie saßen da und tauschten unangenehme Blicke mit Ihren Mitreisenden aus. „Hey, mach das! Ich muss einen Termin vereinbaren! “Jemand schreit den Fahrer an, der in seinem Taxi entführt wurde. Das Problem ist, dass er wie der Rest der Passagiere in dieser Situation ebenso hilflos ist.

Sie sehen, Straßenbahnen, U-Bahnen und Stadtbahnen sind alle Formen von elektrischen Eisenbahnwaggons, und wenn ihre Stromquelle ausgeht, sind sie es auch. Sie ähneln der dieselelektrischen Lokomotive, die wir letzte Woche gesehen haben, indem sie elektrische Fahrmotoren für den Antrieb verwenden, dh um vorwärts zu fahren. Ihr Unterschied liegt jedoch darin, dass Elektrowagen keine eigene Energiequelle haben und vollständig von einer externen Quelle, einem Umspannwerk, abhängig sind. Siehe Abbildung 1 unten.

Abbildung 1 – Antriebssystem für elektrische Schienenfahrzeuge

Dieses Umspannwerk hat die Aufgabe, die von einem Elektrizitätswerk bereitgestellte Energie in eine Energieform umzuwandeln, mit der der Elektrowagen seine Fahrmotoren betreiben kann. Die beiden sind über ein Oberleitungskabel verbunden und die beiden Schienen, auf denen das Auto fährt. Der Wagen hat auf seinem Dach einen federbelasteten Arm, der als Stromabnehmer bezeichnet wird und das Wagenkabel berührt, sodass elektrischer Strom in ein Geschwindigkeitsregelsystem unter dem Wagen fließen kann. Dieses Geschwindigkeitsregelungssystem erfüllt die Aufgabe, den Stromfluss zu den Fahrmotoren zu variieren, damit sich das Auto bewegen kann, bevor es den Motor endgültig über die Räder verlässt und dann zum Umspannwerk zurückkehrt, wo es sich befindet entstanden, wodurch ein Stromkreis vervollständigt wurde.

Viele neuere Elektrotriebwagen koppeln ein regeneratives Bremssystem mit einem mechanischen. Sein Betrieb ähnelt einem dynamischen Bremssystem, bei dem die Fahrmotoren zu Generatoren werden. Der Unterschied besteht darin, dass bei regenerativen Bremssystemen der Strom von den Fahrmotoren über den Stromabnehmer zum Oberleitungskabel geleitet wird, wie in Abbildung 2 unten dargestellt.

Abbildung 2 – Ein elektrischer Eisenbahnwagen mit regenerativen Bremsen

Dieses Diagramm zeigt den Strom erzeugenden Wagen, aber es ist möglicherweise nicht so offensichtlich, wie seine Bewegung verlangsamt wird. Schließlich sehen wir keine Widerstandsgitter wie in der Abbildung eines dynamischen Bremssystems der letzten Woche. Wie hörst du auf? Der Trick dabei ist, dass andere Autos gleichzeitig auf der Eisenbahn fahren und elektrischen Strom verwenden, um sich vorwärts zu bewegen. Also, was hat das damit zu tun? halt fragst du? Schauen wir uns Abbildung 3 an, um dies zu verdeutlichen.

Abbildung 3 – Wie regenerative Bremsen helfen, Energie zu sparen

In dieser Abbildung sehen wir, dass die regenerative Bremse beginnt, elektrischen Strom in das Oberleitungskabel zu pumpen, wenn Auto A bergab fährt und der Fahrer die Bremsen betätigt. Befindet sich Auto B auf derselben Eisenbahnlinie, die die andere Seite des Hügels hinauffährt, benötigt es Energie, um diesen Hügel hinaufzufahren, und es muss diese Energie aus dem Oberleitungskabel durch seinen Stromabnehmer ziehen. Aber anstatt zu zeichnen alles Mit seinem elektrischen Strom aus dem Umspannwerk bezieht Auto B zuerst den vom nahe gelegenen Auto A erzeugten Strom und erst dann den Rest seines Strombedarfs aus dem Umspannwerk.

Während dieses Bremsprozesses wird die kinetische Energie von Auto A durch seine Fahrmotoren in elektrische Energie umgewandelt. Dann verwendet Auto B seine eigenen Traktionsmotoren, um die von Auto A entnommene elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, damit es den Berg hinauf fahren kann. Auto B hat Auto A effektiv seiner Energie beraubt, sodass Auto A langsamer wird. Wie wir letzte Woche während unserer Diskussion über dynamische Bremsen festgestellt haben, werden regenerative Bremsen unterhalb einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit unwirksam. Dies ist der Grund, warum Elektrowagen mechanische Bremsen benötigen, um die Bremsarbeit abzuschließen.

Wir sehen, dass der regenerative Bremsprozess ziemlich grün ist. Dadurch kann elektrische Energie, die normalerweise als in die Atmosphäre entweichende Wärmeenergie verschwendet wird, in nützliche Energie umgewandelt werden, wodurch ein erheblicher Teil des Bedarfs an neuer Energie aus Umspannwerken entfällt. Es hilft auch der elektrischen Eisenbahn, Geld zu sparen, wenn es darum geht, Stromrechnungen zu bezahlen.

Möglicherweise haben Sie ein Copyright-Symbol und meinen Namen in den Abbildungen dieser Woche bemerkt. Das liegt daran, dass ich kürzlich darauf aufmerksam geworden bin, dass viele meiner Leser nicht wissen, dass ich der CAD-Künstler (Computer Aided Design) bin, der die Illustrationen erstellt, die in den meisten meiner Blogs erscheinen. CAD ist ein nützliches Werkzeug zur Erklärung schwieriger technischer Themen, weshalb ich es so oft benutze. Nächste Woche werden wir die Vorteile dieses Tools genauer untersuchen.

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