Panduan Teori untuk Sistem Lokomotif Listrik
Karena berbagai keunggulan Sistem Lomokotif Listrik dibandingkan dengan sistem lokomotif diesel dan uap, sistem lokomotif listrik telah menjadi sistem yang paling populer dan banyak digunakan untuk sistem traksi.
Dengan kemajuan perangkat elektronik daya, sistem traksi listrik modern menggunakan inverter bertingkat untuk kinerja traksi yang lebih baik seperti akurasi tinggi, responsif cepat, dan keandalan yang lebih tinggi.
Evaluasi desain motor listrik dan teknologi elektrifikasi tidak hanya mengarah pada desain lokomotif berkecepatan tinggi (Metros dan kereta api pinggiran kota), tetapi juga telah meningkatkan efisiensi energi secara keseluruhan.
Sistem berdaya mandiri meliputi penggerak listrik diesel dan penggerak listrik baterai yang dapat menghasilkan daya sendiri untuk menarik kereta; Sedangkan, sistem kereta api ketiga atau kabel overhead menggunakan daya dari jaringan distribusi eksternal atau jaringan, dan contoh-contohnya meliputi trem, bus troli, dan lokomotif yang digerakkan dari saluran listrik overhead.
Memilih jenis elektrifikasi tergantung pada beberapa faktor seperti ketersediaan supply, jenis area aplikasi, atau pada layanan seperti perkotaan, pinggiran kota dan layanan jalur utama, dll.
Tiga jenis utama sistem traksi listrik yang ada adalah sebagai berikut:
Dalam jenis sistem ini, daya 3 phase yang diterima dari jaringan listrik diturunkan ke tegangan rendah dan diubah menjadi DC oleh penyearah dan konverter daya-elektronik.
Jenis supply DC ini disupply ke kendaraan melalui dua cara berbeda: Cara Pertama adalah melalui sistem rel ke-3 (berjalan di samping dan di bawah lintasan yang dialiri listrik dan menyediakan jalur balik melalui rel yang berjalan), dan Cara Kedua adalah melalui jalur overhead Sistem DC. DC ini diumpankan ke motor traksi seperti motor DC seri atau motor compound untuk menggerakkan lokomotif, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Sistem supply elektrifikasi DC mencakup supply 300-500V untuk sistem khusus seperti sistem baterai (600-1200V) untuk kereta api perkotaan seperti trem dan metro cahaya, dan 1500-3000V untuk layanan pinggiran kota dan jalur utama seperti metro cahaya dan kereta metro berat. Sistem rel ke-3 (konduktor) dan ke-4 beroperasi pada voltase rendah (600-1200V) dan arus tinggi, sedangkan sistem rel overhead menggunakan voltase tinggi (1500-3000V) dan arus rendah.
Karena torsi awal yang tinggi dan kontrol kecepatan sedang, motor DC seri banyak digunakan dalam sistem traksi DC. Mereka menyediakan torsi tinggi pada kecepatan rendah dan torsi rendah pada kecepatan tinggi.
Sebuah kecepatan motor pengendali listrik digunakan dengan memvariasikan tegangan diterapkan untuk itu. Sistem penggerak khusus yang digunakan untuk mengendalikan motor listrik ini termasuk pengubah keran, kontrol thyristor (SCR), kontrol chopper dan drive kontrol microprosesor.
Kelemahan dari sistem ini termasuk kesulitan dalam gangguan arus pada tegangan tinggi ketika kondisi gangguan dinaikkan, dan kebutuhan untuk menempatkan gardu DC antara jarak pendek.
Sistem supply elektrifikasi AC mencakup sistem tunggal, 3 phase, dan komposit. Sistem 1 phase terdiri dari supply 11 hingga 15 KV pada 16,7Hz, dan 25Hz untuk memfasilitasi kecepatan variabel ke motor pergantian AC. Ia menggunakan trafo step down dan konverter frekuensi untuk mengkonversi dari tegangan tinggi dan frekuensi industri tetap.
1 Phase 25KV pada 50Hz adalah konfigurasi yang paling umum digunakan untuk elektrifikasi AC. Ini digunakan untuk sistem pengangkutan berat dan layanan jalur utama karena tidak memerlukan konversi frekuensi. Ini adalah salah satu jenis sistem komposit yang banyak digunakan di mana supply dikonversi ke DC untuk menggerakkan motor traksi DC.
Sistem 3 phase menggunakan motor induksi 3 phase untuk menggerakkan lokomotif, dan diberi peringkat 3.3 KV, 16.7Hz. Sistem distribusi tegangan tinggi pada supply 50 Hz dikonversi ke peringkat motor listrik ini oleh trafo dan konverter frekuensi. Sistem ini menggunakan dua jalur udara, dan jalur kereta api membentuk phase lain, tetapi hal ini menimbulkan banyak masalah di persimpangan dan tikungan.
Gambar di atas menunjukkan operasi lokomotif listrik AC di mana sistem catenary menerima daya 1 phase dari sistem overhead. Supply ditingkatkan oleh transformator, dan kemudian dikonversi ke DC oleh penyearah. Sebuah reaktor penghalusan atau tautan DC, menyaring dan menghaluskan DC untuk mengurangi riak, dan kemudian DC dikonversi menjadi AC oleh inverter yang bervariasi frekuensinya untuk mendapatkan kecepatan variabel dari motor traksi (mirip dengan VFD).
Dalam sistem Kando, saluran overhead tunggal membawa supply 1 phase 16KV, 50Hz. Tegangan tinggi ini diundurkan dan dikonversi ke supply 3 phase dengan frekuensi yang sama di lokomotif itu sendiri melalui transformator dan konverter.
Supply 3 phase ini selanjutnya disupply ke motor induksi 3 phase yang menggerakkan lokomotif. Karena sistem saluran dua-overhead dari sistem 3 phase digantikan oleh saluran overhead tunggal oleh sistem ini, maka sistem tersebut ekonomis.
Seperti yang telah kita bahas dalam elektrifikasi AC bahwa 1 phase ke sistem DC sangat populer, ini adalah cara yang paling ekonomis dari saluran udara tunggal dan memiliki berbagai karakteristik motor seri DC.
Dalam sistem khusus ini, supply 1 phase 25KV, 50Hz sistem saluran udara diundurkan oleh transformator di dalam lokomotif, dan kemudian dikonversi ke DC oleh penyearah. DC diumpankan ke sistem drive DC untuk menggerakkan motor seri dan untuk mengontrol kecepatan dan sistem pengeremannya.
Dengan kemajuan perangkat elektronik daya, sistem traksi listrik modern menggunakan inverter bertingkat untuk kinerja traksi yang lebih baik seperti akurasi tinggi, responsif cepat, dan keandalan yang lebih tinggi.
Evaluasi desain motor listrik dan teknologi elektrifikasi tidak hanya mengarah pada desain lokomotif berkecepatan tinggi (Metros dan kereta api pinggiran kota), tetapi juga telah meningkatkan efisiensi energi secara keseluruhan.
Apa itu Traksi Listrik atau Lokomotif?
Kekuatan pendorong yang menghasilkan tenaga kendaraan disebut sebagai sistem traksi. Sistem traksi terdiri dari dua jenis: Sistem traksi non listrik dan Sistem traksi listrik.Sistem Traksi Non-Listrik
Sistem traksi yang tidak menggunakan listrik pada setiap tahapan pergerakan kendaraan disebut sebagai sistem traksi non-listrik. Sistem traksi semacam itu digunakan di lokomotif uap, mesin IC, dan di kereta maglev ( kereta berkecepatan tinggi).Sistem Traksi Listrik
Sistem traksi yang menggunakan listrik di semua tahap atau beberapa tahapan pergerakan kendaraan disebut sebagai sistem traksi listrik. Dalam sistem traksi listrik, tenaga penggerak untuk menarik kereta dihasilkan oleh motor traksi. Sistem traksi listrik dapat secara luas dibagi menjadi dua kelompok: satu berdaya sendiri dan yang lain adalah sistem rel ketiga.Sistem berdaya mandiri meliputi penggerak listrik diesel dan penggerak listrik baterai yang dapat menghasilkan daya sendiri untuk menarik kereta; Sedangkan, sistem kereta api ketiga atau kabel overhead menggunakan daya dari jaringan distribusi eksternal atau jaringan, dan contoh-contohnya meliputi trem, bus troli, dan lokomotif yang digerakkan dari saluran listrik overhead.
Jenis Sistem Elektrifikasi Track
Jalur elektrifikasi mengacu pada jenis sistem supply sumber yang digunakan saat menyalakan sistem lokomotif listrik. Itu bisa supply AC atau supply DC atau supply komposit.Memilih jenis elektrifikasi tergantung pada beberapa faktor seperti ketersediaan supply, jenis area aplikasi, atau pada layanan seperti perkotaan, pinggiran kota dan layanan jalur utama, dll.
Tiga jenis utama sistem traksi listrik yang ada adalah sebagai berikut:
- Sistem elektrifikasi Searah (DC)
- Sistem elektrifikasi Arus Bolak-balik (AC)
- Sistem komposit.
Sistem Elektrifikasi Searah (DC)
Pilihan untuk memilih sistem elektrifikasi DC mencakup banyak keuntungan, seperti pertimbangan ruang dan berat, akselerasi cepat dan pengereman motor listrik DC, lebih murah dibandingkan sistem AC, konsumsi energi lebih sedikit dan sebagainya.Dalam jenis sistem ini, daya 3 phase yang diterima dari jaringan listrik diturunkan ke tegangan rendah dan diubah menjadi DC oleh penyearah dan konverter daya-elektronik.
Jenis supply DC ini disupply ke kendaraan melalui dua cara berbeda: Cara Pertama adalah melalui sistem rel ke-3 (berjalan di samping dan di bawah lintasan yang dialiri listrik dan menyediakan jalur balik melalui rel yang berjalan), dan Cara Kedua adalah melalui jalur overhead Sistem DC. DC ini diumpankan ke motor traksi seperti motor DC seri atau motor compound untuk menggerakkan lokomotif, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Sistem supply elektrifikasi DC mencakup supply 300-500V untuk sistem khusus seperti sistem baterai (600-1200V) untuk kereta api perkotaan seperti trem dan metro cahaya, dan 1500-3000V untuk layanan pinggiran kota dan jalur utama seperti metro cahaya dan kereta metro berat. Sistem rel ke-3 (konduktor) dan ke-4 beroperasi pada voltase rendah (600-1200V) dan arus tinggi, sedangkan sistem rel overhead menggunakan voltase tinggi (1500-3000V) dan arus rendah.
Karena torsi awal yang tinggi dan kontrol kecepatan sedang, motor DC seri banyak digunakan dalam sistem traksi DC. Mereka menyediakan torsi tinggi pada kecepatan rendah dan torsi rendah pada kecepatan tinggi.
Sebuah kecepatan motor pengendali listrik digunakan dengan memvariasikan tegangan diterapkan untuk itu. Sistem penggerak khusus yang digunakan untuk mengendalikan motor listrik ini termasuk pengubah keran, kontrol thyristor (SCR), kontrol chopper dan drive kontrol microprosesor.
Kelemahan dari sistem ini termasuk kesulitan dalam gangguan arus pada tegangan tinggi ketika kondisi gangguan dinaikkan, dan kebutuhan untuk menempatkan gardu DC antara jarak pendek.
Sistem Elektrifikasi Arus Bolak-balik (AC)
Sistem traksi AC telah menjadi sangat populer saat ini, dan lebih sering digunakan di sebagian besar sistem traksi karena beberapa keunggulan, seperti ketersediaan cepat dan pembangkitan AC yang dapat dengan mudah dinaikkan atau turun, pengontrolan motor AC yang mudah, jumlah gardu yang lebih sedikit, dan keberadaan catenary overhead ringan yang mentransfer arus rendah pada tegangan tinggi, dan sebagainya.Sistem supply elektrifikasi AC mencakup sistem tunggal, 3 phase, dan komposit. Sistem 1 phase terdiri dari supply 11 hingga 15 KV pada 16,7Hz, dan 25Hz untuk memfasilitasi kecepatan variabel ke motor pergantian AC. Ia menggunakan trafo step down dan konverter frekuensi untuk mengkonversi dari tegangan tinggi dan frekuensi industri tetap.
1 Phase 25KV pada 50Hz adalah konfigurasi yang paling umum digunakan untuk elektrifikasi AC. Ini digunakan untuk sistem pengangkutan berat dan layanan jalur utama karena tidak memerlukan konversi frekuensi. Ini adalah salah satu jenis sistem komposit yang banyak digunakan di mana supply dikonversi ke DC untuk menggerakkan motor traksi DC.
Sistem 3 phase menggunakan motor induksi 3 phase untuk menggerakkan lokomotif, dan diberi peringkat 3.3 KV, 16.7Hz. Sistem distribusi tegangan tinggi pada supply 50 Hz dikonversi ke peringkat motor listrik ini oleh trafo dan konverter frekuensi. Sistem ini menggunakan dua jalur udara, dan jalur kereta api membentuk phase lain, tetapi hal ini menimbulkan banyak masalah di persimpangan dan tikungan.
Gambar di atas menunjukkan operasi lokomotif listrik AC di mana sistem catenary menerima daya 1 phase dari sistem overhead. Supply ditingkatkan oleh transformator, dan kemudian dikonversi ke DC oleh penyearah. Sebuah reaktor penghalusan atau tautan DC, menyaring dan menghaluskan DC untuk mengurangi riak, dan kemudian DC dikonversi menjadi AC oleh inverter yang bervariasi frekuensinya untuk mendapatkan kecepatan variabel dari motor traksi (mirip dengan VFD).
Sistem Komposit
Sistem ini menggabungkan keunggulan sistem DC dan AC. Sistem ini terdiri dari dua jenis: 1 phase hingga 3 phase atau sistem Kando, dan 1 phase lainnya ke sistem DC.Dalam sistem Kando, saluran overhead tunggal membawa supply 1 phase 16KV, 50Hz. Tegangan tinggi ini diundurkan dan dikonversi ke supply 3 phase dengan frekuensi yang sama di lokomotif itu sendiri melalui transformator dan konverter.
Supply 3 phase ini selanjutnya disupply ke motor induksi 3 phase yang menggerakkan lokomotif. Karena sistem saluran dua-overhead dari sistem 3 phase digantikan oleh saluran overhead tunggal oleh sistem ini, maka sistem tersebut ekonomis.
Seperti yang telah kita bahas dalam elektrifikasi AC bahwa 1 phase ke sistem DC sangat populer, ini adalah cara yang paling ekonomis dari saluran udara tunggal dan memiliki berbagai karakteristik motor seri DC.
Dalam sistem khusus ini, supply 1 phase 25KV, 50Hz sistem saluran udara diundurkan oleh transformator di dalam lokomotif, dan kemudian dikonversi ke DC oleh penyearah. DC diumpankan ke sistem drive DC untuk menggerakkan motor seri dan untuk mengontrol kecepatan dan sistem pengeremannya.