无轨电车的工作原理主要涉及电力获取、驱动系统、控制系统和能量回收等方面,具体如下:
- 电力获取:无轨电车通过车顶上的集电杆与架空的供电线网接触来获取电能。集电杆顶端有滑块或滑轮等装置,与供电线保持良好的滑动接触,使电流能够稳定地从供电线传输到车辆上。通常,供电线网提供的是直流电或经过整流后的直流电,电压一般在600V左右。
- 驱动系统
- 电动机工作:无轨电车的动力核心是电动机,一般采用直流电机或交流电机。当电动机的定子绕组通入电流后,会产生一个旋转磁场,而转子绕组在这个旋转磁场的作用下,会感应出电动势和电流,进而受到电磁力的作用,产生转矩,使转子旋转起来。这个旋转的动力通过传动装置,如齿轮、传动轴等,传递到车轮,驱动车辆前进或后退。
- 传动装置:将电动机的动力传递给车轮,常见的传动方式有机械传动、液压传动和电动轮传动等。机械传动通过齿轮、链条、传动轴等机械部件将电动机的转矩传递到车轮;液压传动则是利用液压油作为介质,将电动机的动力转化为液压能,再通过液压马达驱动车轮;电动轮传动是将电动机直接安装在车轮内部,实现动力的直接传递,这种方式结构紧凑,传动效率高。
- 控制系统
- 速度控制:驾驶员通过操作加速踏板或调速手柄,向控制器发送信号,控制器根据信号的大小来调节电动机的供电电压或电流,从而改变电动机的转速,实现车辆速度的控制。在一些先进的无轨电车中,还采用了电子调速系统,能够更加精确地控制车速,提高驾驶的舒适性和节能效果。
- 方向控制:无轨电车的转向系统与传统燃油汽车类似,驾驶员通过转动方向盘,带动转向机构,使车轮改变方向。同时,车辆还配备了转向助力装置,如液压助力或电动助力,减轻驾驶员的操作力。
- 制动控制:制动时,驾驶员踩下制动踏板,制动系统会使车轮产生制动力,使车辆减速或停车。除了传统的机械制动和液压制动方式外,无轨电车还广泛采用了再生制动技术。再生制动是指在制动过程中,电动机切换到发电机模式,将车辆的动能转化为电能,并回馈到电网或存储在车载储能装置中,实现能量的回收利用。
- 能量回收系统
- 电阻制动:通过在电动机电路中加入电阻,将制动时产生的动能转化为热能消耗掉。这种方式简单可靠,但能量浪费较大。
- 再生制动:当车辆制动时,电动机转变为发电机运行,将车辆的动能转化为电能,并通过控制系统将电能回馈到供电网或存储在车载的电池、超级电容器等储能装置中,以便在车辆启动或加速时再次利用。
- 电动机制动:将电机转成发电机,利用磁场感应现象把车辆的动能转换为电能,这部分电能可以存储起来供车辆后续使用,也可以直接反馈到电网中。