Всё о троллейбусе (часть 2)

"Коллекция Транспортного блога Saroavto"

09.02.2013

Вторая часть поста всё о троллейбусе. В ней будут рассмотрены следующие материалы: тяговый двигатель, системы управления, электробезопасность, тормозная система, пневмооборудование и др.

Тяговый электродвигатель.

Тяговый электродвигатель (или электродвигатели, если их несколько) приводят троллейбус в движение, а также используются в процессе электродинамического или рекуперативного торможения. С момента появления троллейбусов ТЭД непрерывно совершенствовались, можно выделить следующие этапы их развития: Низкооборотный ТЭД постоянного тока последовательного возбуждения — такие электромоторы устанавливались на самых первых троллейбусах.

Быстроходный ТЭД постоянного тока смешанного возбуждения — в СССР появились в 1945 г. на троллейбусе МТБ-82 и с тех пор являются основным типом ТЭД троллейбусов в Российской Федерации вплоть до конца XX в. Его преимуществами являются сравнительная простота конструкции и управления, сочетание в одном устройстве от последовательного и параллельного возбуждения двигателя.

Асинхронный ТЭД — применяется в новейших моделях троллейбусов. Главными преимуществами асинхронного ТЭД являются простота конструкции и малые габаритные размеры. Из-за отсутствия щёточно-коллекторного узла, асинхронный двигатель свободен от таких недостатков коллекторных двигателей как износ щёток и элементов коллектора от взаимного трения, искрения и подгорания при плохом их контакте, необходимости постоянного наблюдения за их состоянием.

С другой стороны, асинхронный ТЭД для своей работы требует переменного напряжения (трёхфазного), которое получается в управляющем блоке сильноточной электроники при преобразовании постоянного напряжения контактной сети. Цена этого электронного блока может превосходить цену всех прочих механических компонентов троллейбуса, а надёжность, в ряде случаев, может оказаться недостаточной вследствие проблем электромагнитной несовместимости.

Основные части троллейбуса (могут присутствовать не на всех моделях): 1 — контактная сеть; 2 — указатель маршрута; 3 — зеркала; 4 — фары; 5, 7 — двери; 6, 8 — колёса; 9 — молдинги; 10 — штангоуловитель; 11 — трос штангоуловителя; 12 — башмак токосъёмника; 13 — штанги; 14 — кронштейн фиксации штанги; 15 — наружное электрооборудование; 16 — инвентарный номер троллейбуса.

Система управления двигателем. 

Устройство регулирования тока через ТЭД называется системой управления. Системы управления (СУ) подразделяются на следующие виды:

1. Реостатно-контакторная система управления (РКСУ) — в этой системе управления регулировка тока через двигатель осуществляется с помощью мощных сопротивлений, подключаемых с помощью контакторов. Бывает трёх типов:

Непосредственная система управления (НСУ) — исторически первый вид СУ на троллейбусах. Водитель посредством рычагов или валов, соединённых с контактами, непосредственно коммутирует сопротивление в электрических цепях ротора и обмоток ТД.

Косвенная неавтоматическая РКСУ — в этой системе водитель с помощью педали контроллера осуществлял коммутацию низковольтных электрических сигналов, которыми управлялись высоковольтные контакторы. Такая система применялась, например, на троллейбусе МТБ-82.

Косвенная автоматическая РКСУ — в ней замыканием и размыканием контакторов управляет специальный серводвигатель. Динамика разгона и торможения определяется заранее заданной временной последовательностью в конструкции РКСУ. Узел коммутации силовой цепи в сборе с устройством-посредником иначе называется контроллером. Данная СУ применяется на троллейбусах ЗиУ-682 и многих других.

2. Тиристорно-импульсная система управления (ТИСУ) — СУ на базе сильноточных тиристоров, в которой необходимый по величине ток создаётся не коммутацией сопротивлений в цепи двигателя, а посредством формирования временной последовательности токовых импульсов заданной частоты и скважности. Изменяя эти параметры, можно изменять средний протекающий через ТД ток, а следовательно и управлять вращающим моментом ТД. Преимуществом над РКСУ является больший коэффициент полезного действия, так как в ней сведены к минимуму тепловые потери в пусковых сопротивлениях силовой цепи, но торможение эта СУ обеспечивает только электродинамическое.

3. Электронная система управления (транзисторная СУ) асинхронным ТЭД. Одно из самых экономичных по затрате электричества и современных решений, но достаточно дорогое и в ряде случаев неустойчивое к внешним электромагнитным воздействиям. Активное применение в таких системах управляющих программируемых микроконтроллеров создаёт опасность воздействия программных ошибок на функционирование всей системы в целом.

Электробезопасность

Обеспечение электрической безопасности является важнейшей задачей при проектировании электрооборудования троллейбуса. В связи с низкой проводимостью шин и дорожного покрытия, между кузовом троллейбуса и землёй при утечке тока на кузов может возникнуть опасная для человека разность потенциалов. Это особенно опасно при посадке и высадке пассажиров, так как при этом ноги человека оказываются на земле, а рука держится за поручень троллейбуса. Поэтому предъявляются очень жёсткие требования к проектированию, производству и содержанию троллейбусов. В частности изоляция электрооборудования от кузова троллейбуса должна быть двойной (II класс защиты от поражения электрическим током).

Изоляторы должны сохранять свои свойства в условиях загрязнения и попадания влаги. Тяговый двигатель должен быть отделён от карданного вала изолирующей текстолитовой шайбой. Такая же шайба должна быть в соединении карданного вала с ведущим мостом. Поручни и ступеньки посадочных площадок должны быть изолированы от кузова. В некоторых странах для троллейбусов используются специальные электропроводящие шины. В процессе эксплуатации троллейбуса требуется ежедневно продувать сжатым воздухом и протирать сухой ветошью опорные изоляторы электрооборудования и измерять ток утечки на кузов троллейбуса. Запрещается эксплуатация троллейбуса, если ток утечки на кузов превышает 3 мА.

Ранее большая часть силового электрооборудования троллейбуса располагалась под полом. На крышу обычно был вынесен лишь радиореактор. Это позволяло упростить задачу отопления салона теплом, выделяемым пускотормозными реостатами.

Однако такая схема имеет много недостатков, связанных прежде всего с электробезопасностью пассажиров. Троллейбус в этом случае не может ехать по луже глубиной более 10 см, а грязь и противогололёдные реагенты, попадая под днище, не только приводят к утечке тока на корпус, но и способствуют ускоренному износу изолирующих и токопроводящих частей. Поэтому в последнее время электрооборудование троллейбуса выносят на крышу. Кроме всего прочего, такая компоновка электрооборудования позволяет понизить уровень пола в троллейбусе. Однако в этом случае требуется отдельная система отопления салона, что повышает издержки электричества зимой.

Токоприёмники. 

В современном троллейбусе используются токосъёмники штангового типа, расположенные на крыше троллейбуса. В первых троллейбусах применялись токосъёмники в виде тележки, соединённой гибким проводом с троллейбусом. Эта система не прижилась, во-первых, потому что требовала близкого расположения проводов, что нередко приводило к коротким замыканиям в ветреную погоду, а во-вторых, тележку сложно было устанавливать на место при сходе с проводов.

Существовали схемы токоприёмников с одной штангой (такие троллейбусы эксплуатировались до 1957 года в городе Эберсвальде), однако они не получили широкого распространения из-за недостаточной надёжности. На первых штанговых токоприёмниках токосъём осуществлялся с помощью ролика, но вскоре от ролика отказались из-за плохого токосъёма и быстрого амортизации. Ролик был заменён на так называемые башмаки с медно-графитовыми вставками. Такая схема почти без изменения применяется до сих пор.

Как сами штанги, так и башмаки токоприёмника закреплены шарнирно, что позволяет троллейбусу отклоняться от контактной сети с целью объезда препятствий или при подходе к остановке. Штанги механически не связаны друг с другом, устанавливаются и опускаются они также независимо. Для прижатия токосъёмника к контактному проводу у основания штанги установлены пружины. Здесь же могут быть расположены гидравлические или пневматические штангоуловители.

Штангоуловители нужны для автоматического опускания штанг в случае их схода с целью предотвращения коротких замыканий и повреждения контактной сети. Применяются также механические и электрические штангоуловители, которые обычно расположены в задней части троллейбуса и соединяются со штангами верёвками. В случае если штангоуловителей нет, верёвки прикрепляются к кольцам, которые могут свободно перемещаться по штангам. Установка и снятие штанг обычно производится вручную водителем.

В случае применения электрических, гидравлических или пневматических штангоуловителей штанги могут опускаться дистанционно, по команде из кабины водителя. 

Тем не менее установка все равно производится вручную. В некоторых троллейбусных хозяйствах, использующих дуобусы, для решения этой проблемы используют специальные магнитные ловушки, но они работают не всегда надёжно, и их невозможно установить на всем протяжении контактной сети. 

Обычно в непосредственной близости от токосъёмников располагают радиореактор, который призван подавлять радиопомехи, создаваемые двигателем и системой управления. Также на крыше нередко располагается система управления, что позволяет (в отличие от варианта расположения электрической схемы под полом троллейбуса) защитить электрическую схему от воды, грязи и противогололёдных реагентов, а значит повысить надёжность и безопасность троллейбуса. 

Для обслуживания электрооборудования и штанг в большинстве случаев имеется лестница, в задней части или справа возле одной из дверей. Крыша обычно покрывается резиновым изоляционным покрытием для безопасности обслуживающего персонала.

Тормозная система. 

Троллейбусы обычно оснащаются тремя типами тормозов: электродинамическими, пневматическими и механическими стояночными. При электродинамическом торможении энергия рассеивается на реостатах, либо, при использовании систем рекуперации, возвращается в контактную сеть. По мере замедления электродинамические тормоза теряют свою эффективность и в действие вступают колодочные пневматические тормоза. После полной остановки троллейбус фиксируется на месте ручным тормозом. В экстренных случаях эти тормоза могут работать совместно. 

Существует возможность торможения включением заднего хода, однако торможение таким способом обычно запрещено, потому что ток через ТЭД в этом случае может превысить ток короткого замыкания и вывести из строя двигатель и систему управления ТЭД. 

Пневмооборудование. 

Для работы пневмооборудования сжатый воздух производится компрессором. В отличие от автобуса, где компрессор приводится в движение непосредственно от двигателя, в троллейбусе компрессор имеет собственный электропривод, который питается током контактной сети. Привод компрессора от тягового электродвигателя невозможен, так как при этом после длительной стоянки пришлось бы какое-то время двигаться на пониженном давлении для набора давления в пневмосистеме, что недопустимо. Для хранения сжатого воздуха имеются резервуары. Обязательно наличие регулятора давления, предохранительного клапана и системы очистки воздуха. От сжатого воздуха работают тормоза, иногда усилитель руля, механизмы открытия дверей, стеклоочистители (например на МТБ-82). Также сжатый воздух обеспечивает работу пневмоподвески.

Достоинства (по сравнению с трамваем):

• Первоначальные издержки на строительство троллейбусной линии значительно меньше, чем трамвайной, так как для пуска троллейбусной линии не требуется ни вскрытия дорожного полотна, ни строительства обособленного пути, потому что используется существующая дорожная инфраструктура. Требуется лишь протянуть воздушную контактную сеть;
• В отличие от трамвая, троллейбус обладает большей манёвренностью и для троллейбуса не существует проблемы объезда неправильно припаркованного или неисправного автомобиля. Тем не менее, манёвренность троллейбуса, не оснащённого системой автономного хода всё же ограничена контактной сетью;
• (По сравнению с автобусом): троллейбусы, как и другой электрический транспорт, не загрязняют воздух продуктами сгорания (хотя электростанции, вырабатывающие для них ток, могут загрязнять окружающую среду, они обычно расположены за чертой города и имеют санитарную зону);
• Троллейбус, как и трамвай, может работать по системе многих единиц. Однако эта возможность используется нечасто.
• Контактная сеть видима, следовательно, потенциальные пассажиры догадываются о наличии транспорта. 
• Срок службы подвижного состава троллейбуса больше, чем автобуса, но меньше, чем у трамвая. 
• Расхода на обслуживание троллейбусного парка меньше, чем на обслуживание автобуса. Тем не менее, маржа в последнее время заметно сокращается.

Недостатки:

• Первоначальные расхода на развёртывание троллейбуса выше, чем для автобуса;
• Провозная способность троллейбуса ниже, чем у трамвая;
• Как уже отмечалось, для нормального функционирования троллейбуса необходимо, чтобы состояние дорожного полотна было достаточно хорошим. Плохое дорожное покрытие приводит к частому сходу штанг, что может привести к коротким замыканиям и повреждению контактной сети. При необходимости проехать повреждённый участок дороги приходится значительно снижать скорость;
• Троллейбусная сеть отличается сравнительно низкой гибкостью. Тем не менее применение систем автономного хода и дуобусов отчасти решает эту проблему;
• В отличие от трамвая, кузов троллейбуса не заземлён, поэтому требуется принятие дополнительных мер обеспечения электробезопасности: контроль тока утечки, обеспечение двойной изоляции электроцепей, регулярные проверки состояния изоляции;
• Конструкция спецчастей контактной сети (пересечений, стрелок, разделяемых соединений на разводных мостах) требует снижения скорости при их прохождении (иногда до 10 км/ч). Кроме того, существует опасность остановки на обесточенном участке на пересечении и троллейбусной стрелке, например при «подрезании» другим транспортом. В европейских странах применяются спецчасти, свободные от этих недостатков, но в постсоветских странах есть только единичные случаи применения таких спецчастей (например в Вологде);
• Затруднён обгон одного троллейбуса другим, если это не предусмотрено контактной сетью — для этого необходимо опускать штанги на одном из троллейбусов.

ОКОНЧАНИЕ СЛЕДУЕТ