Trams en treinen
waarom werken ze op gelijkstroom?
AC/DC
Bij het begin van de electrificatie gebruikte men gelijkstroom, omdat het moeilijker was motoren te bouwen die op wisselspanning werkten en een hoog rendement hadden. Sindsdien is de gelijkspanning gebleven...
-

-

Gelijkstroom voor de tram

De meeste trams werken met gelijkspanning.
Vreemd? Niet noodzakelijk.

De eerste motoren werkten met gelijkspanning. Zogenaamde universele motoren konden zowel op gelijkspanning als op wisselspanning werken, maar het rendement was beter met gelijkspanning. Het was ook gemakkelijker het vermogen van gelijkspanningsmotoren te regelen (zeer belangrijk bij trams...). Bij het aanleggen van het netwerk werd er bijna overal gekozen voor gelijkspanning. De universele motor had één bijkomend voordeel: een hoog aanloopkoppel, en dat was zeer belangrijk voor deze toepassing.

Er bestonden ook motoren die op krachtstroom (triphasé, dus wisselpanning) werkten, maar met slechts twee geleiders (een bovenleiding en de rails) kon men geen driefasig net overbrengen. Toen de eerste electrische tram ingezet werd in 1897, koos men resoluut voor gelijkstroom. Overigens moest de electrische tram de concurrentie aangaan met de stoomtram (die in gebruik bleef tot aan de eerste wereldoorlog).

650V is een spanning die hoog genoeg is zodat er niet teveel verliezen zijn, maar niet zo hoog dat de hoogspanning onhandelbaar wordt (speciale maatregelen om overslag te vermijden in schakelkasten en motoren). De lagere spanning die nodig was voor de verlichting werd door een motor-generator geleverd, want een transformator werkt enkel met wisselspanning.

Om de 10 km was er een kleine electriciteitscentrale nodig om de nodige stroom te leveren. De electriciteitscentrale van Oostende was gelegen aan het kruispunt Elisabethlaan/Nieuwpoortsesteenweg (waar nu het nieuwe stedelijke zwembad gebouwd wordt). Er zijn geen speciale maatregelen nodig om delen van het netwerk aan elkaar te koppelen, want gelijkspanning heeft geen fase. Na de electrificatie van het land werden er reterende omvormers gebruikt om wisselspanning om te zetten naar gelijkspanning.

Tegenwoordig tapt men energie af van het electriciteitsnet en gebruikt men gelijkrichters. De laatste foto toont de transfo + gelijkrichter aan de Smet de Nayer brug in gebruik na de tweede wereldoorlog. De gelijkrichter was toen een kwikdampgelijkrichter.

Men blijft met gelijkspanning werken omdat er constant oude en nieuwe treinstellen op het net rijden: omschakeling zou veel te kostelijk zijn. De spanning voor de verlichting en andere apparatuur wordt nu verlaagd met een DC/DC converter (statische omvormer).

Treinspanning

Treinen waren meestal stoomtreinen en later dieseltreinen omdat het plaatsen van een bovenleiding een dure aangelegenheid was. De meest gebruikte lijnen werden eerst geëlectrificeerd.

Bij treinstellen was de spanning van 650V te laag: de verliezen waren te hoog (een trein heeft een vermogen nodig die tot duizend maal hoger is dan die van een tram). Vanaf het begin heeft men gekozen voor een hogere spanning (verschillend van land tot land naargelang de topologie). In België is dat 3kV gelijkspanning. Hier ook moet men op regelmatige plaatsen electriciteit op de bovenleiding injecteren.

In landen met een uitgestrekt gebied of in bergachtige streken was een dergelijke spanning onvoldoende. Maar de spanning nog verder verhogen was natuurlijk geen oplossing. De motoren die in weer en wind moeten werken en blootgesteld worden aan trillingen zouden niet betrouwbaar kunnen werken op een hogere spanning. De netspanning die met de bovenleiding aangevoerd werd mocht wel hoger worden, maar in de trein zelf moest men met een lagere, veiligere spanning werken.

Men heeft dus een tussenoplossing gevonden: wisselspanning (noodzakelijk om die te kunnen transformeren), maar met een lagere frekwentie van 16.7Hz. Deze frekwentie die 1/3 is van de normale netfrekwentie kon men relatief gemakkelijk maken met een motor-generator combinatie. Dit is een motor die een generator aandrijft, en beide delen zitten in eenzelfde behuizing. Dankzij de wisselspanning kan met de hoge spanning (vaak 15kV) omlaag transformeren in het treinstel zelf. De lagere frekwentie geeft een voldoende hoog rendement in de motor. Bij een lagere frekwentie dan 50Hz heeft men zwaardere transfo's nodig, maar dit was een noodzakelijk kwaad.

Sommige treinen die gelijkstroommotoren gebruikten hadden een kwikdampgelijkrichter om de spanning na de transfo bruikbaar te maken voor de motoren.

Deze frekwentie wordt nog gebruikt op historische lijnen, maar nieuwe lijnen (zoals de HST) gebruiken allemaal wisselspanning van 50 of 60Hz. Moderne motoren halen een hoog rendement, ongeachte de netfrekwentie. Vaak worden er statische omvormers gebruikt die het vermogen van de motoren nauwkeurig kunnen regelen. Bij het remmen wordt de teruggewonnen energie opnieuw op het net gestoken.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's