Il sistema ferroviario trird viene utilizzato esclusivamente con corrente alternata o continua?
doc-13491
La maggior parte dei sistemi di elettrificazione utilizzano cavi aerei, ma la terza rotaia è un' opzione fino a circa 1.200 V. I terzi sistemi ferroviari utilizzano esclusivamente la distribuzione DC. L' uso della corrente alternata non è fattibile perché le dimensioni di un terzo binario sono fisicamente molto grandi rispetto alla profondità della pelle che la corrente alternata penetra a (0,3 millimetri o 0,012 pollici) in un binario in acciaio. Questo effetto rende la resistenza per unità di lunghezza inaccettabilmente elevata rispetto all' uso di DC. La terza rotaia è più compatta dei cavi aerei e può essere utilizzata in gallerie di diametro ridotto, un fattore importante per i sistemi metropolitani.
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doc-13506
I moderni sistemi di elettrificazione prendono l' energia CA da una rete elettrica che viene fornita a una locomotiva e convertita in una tensione CC per essere utilizzata dai motori di trazione. Questi motori possono essere motori in corrente continua che utilizzano direttamente la corrente continua oppure possono essere motori trifase in corrente alternata che richiedono un' ulteriore conversione della corrente continua in corrente alternata trifase (utilizzando l' elettronica di potenza). In questo modo entrambi i sistemi si trovano di fronte allo stesso compito: convertire e trasportare AC ad alta tensione dalla rete elettrica alla corrente continua a bassa tensione nella locomotiva. Dove deve avvenire questa conversione e a quale tensione e corrente (AC o DC) deve avvenire il flusso di energia alla locomotiva? E come tutto ciò è correlato all' efficienza energetica? Sia la trasmissione che la conversione dell' energia elettrica comportano perdite: perdite ohmiche nei fili e nell' elettronica di potenza, perdite di campo magnetico nei trasformatori e nei reattori di lisciatura (induttori). La conversione di potenza per un sistema CC avviene principalmente in una sottostazione ferroviaria dove è possibile utilizzare hardware di grandi dimensioni, pesanti e più efficienti rispetto a un sistema CA in cui la conversione avviene a bordo della locomotiva dove lo spazio è limitato e le perdite sono significativamente più elevate. Inoltre, l' energia utilizzata per soffiare aria per raffreddare i trasformatori, l' elettronica di potenza (compresi i raddrizzatori) e altro hardware di conversione deve essere preso in considerazione.
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doc-13488
Gli operatori ferroviari hanno tuttavia manifestato interesse per il ritorno all' uso della corrente continua con tensioni superiori a quelle utilizzate in precedenza. Allo stesso voltaggio, la corrente continua ha spesso meno perdite della corrente alternata, e per questo motivo la corrente continua ad alta tensione è già utilizzata su alcune linee di trasmissione di potenza di massa. DC evita le radiazioni elettromagnetiche intrinseche alla AC, e su una ferrovia questo riduce anche le interferenze con il segnalamento e le comunicazioni e mitiga i rischi ipotetici di campi elettromagnetici. DC evita anche i problemi del fattore di potenza di AC. Di particolare interesse per la rotaia è che DC può fornire una potenza costante con un unico filo senza messa a terra. La potenza costante con corrente alternata richiede una trasmissione trifase con almeno due conduttori senza messa a terra. Un' altra considerazione importante è che la corrente alternata trifase a frequenza di rete deve essere pianificata attentamente per evitare carichi di fase sbilanciati. Parti del sistema sono alimentate da diverse fasi, partendo dal presupposto che i carichi totali delle 3 fasi si compensino. Nei punti di interruzione di fase tra regioni alimentate da fasi diverse, sono necessarie lunghe pause di fornitura isolate per evitare che il materiale rotabile utilizzi più di un pantografo alla volta. Alcune linee ferroviarie hanno sperimentato il trifase ma la sua sostanziale complessità ha reso la pratica standard monofase nonostante l' interruzione del flusso di potenza che si verifica due volte ogni ciclo. Nell' Unione Sovietica è stata costruita una ferrovia sperimentale a 6 kV DC.
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doc-5062
Funzionando alle normali frequenze di linea di alimentazione, i motori universali si trovano spesso in un range inferiore a 1000 watt. I motori universali costituivano anche la base del tradizionale motore di trazione ferroviaria nelle ferrovie elettriche. In questa applicazione, l' uso della corrente alternata per alimentare un motore originariamente progettato per funzionare in corrente continua porterebbe a perdite di efficienza dovute al riscaldamento a correnti parassite dei loro componenti magnetici, in particolare i poli-pezzi del campo motore che, per la corrente continua, avrebbero utilizzato ferro solido (non laminato) e sono ora raramente utilizzati.
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doc-13507
In Unione Sovietica, negli anni' 70, è stato fatto un confronto tra i sistemi elettrificati a 3 kV DC e 25 kV AC (50 Hz). I risultati hanno mostrato che le perdite percentuali nei fili aerei (catenari e di contatto) sono oltre 3 volte maggiori per 3 kV DC che per 25 kV AC. Ma quando le perdite di conversione sono state tutte prese in considerazione e aggiunte alle perdite di filo aereo (compresa l' energia della ventola di raffreddamento) il 25 kV AC ha perso una percentuale di energia un po' più alta che per 3 kV DC. Così, nonostante le perdite molto più elevate nella catenaria, il 3 kV DC è stato un po' più efficiente sul piano energetico rispetto a quello CA nel fornire energia dalla rete di alimentazione USSR ai terminali dei motori di trazione (tutti DC in quel momento). Mentre entrambi i sistemi utilizzano l' energia per convertire la corrente alternata ad alta tensione dalla rete elettrica dell' URSS in corrente continua a tensione inferiore, le conversioni per il sistema DC hanno avuto luogo (a maggiore efficienza) nella sottostazione ferroviaria, mentre la maggior parte della conversione per il sistema AC ha avuto luogo all' interno della locomotiva (a minore efficienza). Si consideri anche che ci vuole energia per spostare costantemente questo hardware di conversione mobile sulle rotaie, mentre la ferramenta fissa nella sottostazione ferroviaria non sopporta questo costo energetico. Per maggiori dettagli vedi: Wiki: Unione Sovietica DC vs. AC.
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doc-5092
Storicamente, i motori a corrente alternata sono stati utilizzati per le macchine elevatrici a singola o doppia velocità a causa dei costi e delle applicazioni a basso consumo in cui la velocità dell' automobile e il comfort dei passeggeri erano meno problematici, ma per la velocità più elevata, ascensori di capacità maggiore, la necessità di controllo della velocità infinitamente variabile sulla macchina di trazione diventa un problema. Pertanto, le macchine in corrente continua alimentate da un generatore a motore AC/DC sono state la soluzione preferita. Il set MG ha inoltre alimentato in genere anche il controller relè dell' ascensore, che ha il vantaggio di isolare elettricamente gli ascensori dal resto dell' impianto elettrico di un edificio, eliminando così i picchi di potenza transitori nell' alimentazione elettrica dell' edificio causati dai motori di avviamento e arresto (causando l' illuminazione per dimmerare ogni volta che gli ascensori sono utilizzati per esempio), così come le interferenze ad altre apparecchiature elettriche causate dall' arco dei contattori relè nel sistema di controllo.
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doc-5093
Le macchine a trazione senza ingranaggi sono motori elettrici a bassa velocità (low-RPM), ad alta coppia alimentati sia in corrente alternata che in corrente continua. In questo caso, la puleggia motrice viene collegata direttamente all' estremità del motore. Gli ascensori di trazione senza ingranaggi possono raggiungere velocità fino a 20 m/s (4.000 ft/min), un freno è montato tra il motore e la scatola del cambio o tra il motore e la puleggia motrice o all' estremità della puleggia motrice per mantenere fermo l' ascensore a un pavimento. Questo freno è di solito di tipo a tamburo esterno ed è azionato da una forza elastica e mantenuto aperto elettricamente; un' interruzione di corrente fa sì che il freno si innesti e impedisca che l' ascensore cada (vedere la progettazione intrinseca di sicurezza e protezione). Ma può anche essere una qualche forma di tipo a disco come 1 o più pinze su un disco in una estremità dell' albero motore o puleggia motrice che viene utilizzato in ascensori ad alta velocità, elevata salita e grande capacità con sale macchine (un' eccezione è l' EcoDisc di Kone MonoSpace che non è ad alta velocità, elevato aumento e grande capacità ed è sala macchine meno, ma utilizza lo stesso design come è una versione più sottile di una macchina convenzionale senza ingranaggi trazione) direttamente collegato all' estremità del motore.
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doc-13492
I sistemi CC (soprattutto i sistemi a terza rotaia) sono limitati a tensioni relativamente basse e ciò può limitare le dimensioni e la velocità dei treni, non possono utilizzare marciapiedi a basso livello e limitare la quantità di aria condizionata che i treni possono fornire. Questo può essere un fattore che favorisce i cavi aerei e la corrente alternata ad alta tensione, anche per l' uso urbano. In pratica, la velocità massima dei treni su sistemi ferroviari di terza rotaia è limitata a 100 mph (160 km/h) perché al di sopra di tale velocità non è possibile mantenere un contatto affidabile tra la slitta e la rotaia.
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doc-13499
Un vantaggio iniziale della corrente alternata è che le resistenze di dissipazione dell' energia utilizzate nelle locomotive CC per il controllo della velocità non erano necessarie in una locomotiva CA: più rubinetti sul trasformatore possono fornire una gamma di tensioni. Gli avvolgimenti separati del trasformatore a bassa tensione alimentano l' illuminazione e i motori che azionano le macchine ausiliarie. Più recentemente, lo sviluppo di semiconduttori ad altissima potenza ha fatto sì che il classico motore "universale" AC/DC sia stato in gran parte sostituito con il motore asincrono trifase alimentato da un variatore di frequenza, uno speciale inverter che varia sia in frequenza che in tensione per controllare la velocità del motore. Questi convertitori di frequenza possono funzionare in modo uniforme su corrente continua o alternata di qualsiasi frequenza e molte locomotive elettriche moderne sono progettate per gestire diverse tensioni di alimentazione e frequenze per semplificare il funzionamento transfrontaliero.
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doc-2886
Sono disponibili diversi altri tipi di condensatori per applicazioni speciali. I supercondensatori immagazzinano grandi quantità di energia. I supercondensatori realizzati in aerogel di carbonio, nanotubi di carbonio o materiali elettrodi altamente porosi offrono una capacità estremamente elevata (fino a 5 kF nel 2010[aggiornamento]) e possono essere utilizzati in alcune applicazioni al posto delle batterie ricaricabili. I condensatori di corrente alternata sono specificamente progettati per operare su circuiti di alimentazione CA di rete. Sono comunemente utilizzati nei circuiti di motori elettrici e sono spesso progettati per gestire grandi correnti, quindi tendono ad essere fisicamente grandi. Di solito sono confezionati in modo robusto, spesso in casse metalliche che possono essere facilmente collegate a terra o messe a terra. Sono inoltre progettati con tensioni di interruzione in corrente continua pari ad almeno cinque volte la tensione CA massima.
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doc-5047
Trovati in applicazioni diverse come ventilatori industriali, soffianti e pompe, macchine utensili, elettrodomestici, utensili elettrici e azionamenti a disco, i motori elettrici possono essere alimentati da fonti di corrente continua (DC), come batterie, veicoli a motore o raddrizzatori, o da fonti di corrente alternata (AC), come dalla rete elettrica, inverter o generatori. Piccoli motori possono essere trovati in orologi elettrici. Motori generici con dimensioni e caratteristiche altamente standardizzate forniscono una potenza meccanica conveniente per uso industriale. I motori elettrici più grandi sono utilizzati per la propulsione navale, la compressione delle tubazioni e lo stoccaggio pompato con potenze nominali fino a 100 megawatt. I motori elettrici possono essere classificati in base al tipo di fonte di energia elettrica, alla costruzione interna, all' applicazione, al tipo di uscita del movimento e così via.
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