مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

ما سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات بدلًا من المتردد؟

0 49

هل تساءلت يومًا عن نوع التيار الكهربائي المستخدم لتشغيل القطارات؟ ولماذا يُعد التيار المتردد (AC) أقل استخدامًا من التيار المستمر (DC)؟

ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟
ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟

– ما هو التيار المتردد (AC)؟

التيار المتردد هو تيار كهربائي (حيث تتدفق الإلكترونات) يعكس اتجاهه عدة مرات في الثانية على فترات منتظمة. يتم استخدامه عادة في إمدادات الطاقة في العديد من الدول حول العالم.

ينقلب التيار القياسي المستخدم في أماكن مثل الولايات المتحدة 60 مرة في الثانية ويقال إن تردده 60 هرتز. في أوروبا ومعظم أجزاء العالم الأخرى، عادةً ما يكون التيار المتردد بتردد 50 هرتز أو ينقلب 50 مرة في الثانية.

وتُعد واحدة من أكبر مزايا التيار المتردد على التيار المستمر (DC) هي أنه رخيص نسبيًا لتغيير جهد أي تيار، كما أنه الأنسب لنقل التيار الكهربائي لمسافات طويلة مقارنة بالتيار المستمر؛ حيث يتم تقليل فقد الطاقة بشكل كبير.

 

– من اخترع التيار المتردد (AC)؟

تم عرض التيار المتردد لأول مرة بواسطة “هيبوليت بيكسي” في عام 1832. واستندت آلة “بيكسي”، التي يطلق عليها اسم مولد التيار المتردد، على مبادئ الحث الكهرومغناطيسي التي طورها “مايكل فاراداي”.

سيضيف “بيكسي” لاحقًا مبدلًا إلى جهازه لإنتاج تيار مباشر بدلًا من التيار المتردد. وتم تنفيذ أول تطبيق عملي للتيار المتردد بواسطة “دوشين” في خمسينيات القرن التاسع عشر.

يعتقد “دوشين”؛ الذي تم تطور العلاج الكهربائي، أن التيار المتردد كان متفوقًا على التيار المستمر من أجل تحفيز العلاج الكهربائي للعضلات. تم تنقيح التيار المتردد خلال النصف الأخير من القرن التاسع عشر من خلال أعمال: ويليام طومسون، وتشارلز ب. ستاينميتز، وجاليليو فيراريس.

تم تطوير جميع العناصر الأخرى لنظام التيار المتردد، مثل المولد والمحولات وأنظمة نقل الطاقة من قِبل سلسلة من المهندسين من العديد من البلدان المختلفة. أحد الأمثلة البارزة، بالطبع، هو “نيكولا تيسلا”، الذي يثبت عمله في نقل طاقة التيار المتردد دورًا محوريًا في الاعتماد الشامل للتيار المتردد اليوم.

 

– ما هو التيار المستمر (DC)؟

التيار المستمر هو شكل آخر من أشكال التيار الكهربائي الذي يتدفق باستمرار في اتجاه واحد، ومن هنا جاء الاسم. يُعرَّف من الناحية الفنية بأنه تدفق ثابت للإلكترونات من منطقة ذات كثافة إلكترون عالية إلى منطقة ذات كثافة إلكترون منخفضة.

ويتم استخدام التيار المستمر في أي جهاز إلكتروني يعمل بالبطارية.

يستخدم التيار المستمر أيضًا لشحن البطاريات؛ لذا فإن الأجهزة القابلة لإعادة الشحن، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة، تأتي مع محول تيار متردد يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر.

 

– من اخترع التيار المستمر (DC)؟

في حين أن “توماس إديسون” يُشار إليه عمومًا بأنه مخترع التيار المستمر، فمن المحتمل أن تذهب الجائزة إلى عالم فيزياء إيطالي يُدعى “أليساندرو فولتا”؛ حيث كانت كومة الفولتية الخاصة به، وهي بطارية مبكرة، أول جهاز في التاريخ ينتج تيارًا مستمرًا.

ومع ذلك، فإن أول تطبيق واسع الانتشار للتيار المستمر للاستخدام العملي كان في الإضاءة الكهربائية. بعد وقت قصير من تطوير أول مصباح عملي متوهج، سعى “توماس إديسون” لإيجاد طريقة لتطوير نظام توليد وتوزيع كامل للطاقة لتمكين المصابيح الكهربائية الخاصة به من استخدامها على نطاق واسع.
تحقيقًا لهذه الغاية، قام ” إديسون ” وشركته بتركيب أول نظام لهم في محطة “Pearl Street” في وسط مدينة مانهاتن. وباستخدام التيار المستمر، تمكنوا من إمداد بضع كتل مربعة من المدينة بالطاقة الكهربائية بشكل أساسي للإضاءة الاصطناعية.

ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟
ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟

– ما هو مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا للقطارات اليوم؟

منذ اختراع القاطرات في القرن التاسع عشر تغيرت طريقة تشغيل القطارات بشكل لا يمكن إدراكه. كانت القطارات تعمل سابقًا بحرق الوقود لتوليد البخار، وتعمل اليوم على مزيج من المحركات النقية الكهربائية أو الديزل والكهرباء أو التوربينات الغازية.

ومن بين تلك القطارات الثلاثة، تُعد القطارات التي تعمل بالديزل والكهرباء هي الأكثر شيوعًا إلى حد بعيد وتعتبر -على نطاق واسع- الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة؛ لأنها تتطلب جهدًا بشريًا أقل وتستهلك وقودًا أقل مقارنة بالبدائل الأخرى.

وتم تقديمها لأول مرة في ثلاثينيات القرن الماضي، وسرعان ما ستحل محل العديد من القاطرات البخارية القديمة في مختلف خطوط السكك الحديدية حول العالم.

ومن أولى القاطرات الناجحة تجاريًا التي تعمل بالديزل والكهرباء كانت سلسلة القاطرات الإلكترونية التابعة لقسم التحفيز الكهربائي (EMD). قاطرة ذات ستة محاور، تم استخدامها في المقام الأول لخدمات الركاب.

وتم تجهيز القطارات التي تعمل بالديزل والكهرباء بـ “المحرك الرئيسي” الذي يعمل بالديزل ويولد تيارًا كهربائيًا لاستخدامه في محركات الجر الكهربائية؛ لتدوير محاور القطار فعليًا. واعتمادًا على تصميم القطار يمكن أن ينتج إما تيار متردد أو تيار مستمر باستخدام مولد يعمل بمحرك ديزل.

بسبب التوصيلات الكهربائية المختلفة، يمكن تشغيل قاطرات متعددة بواسطة سلك واحد ؛ حتى يتم تشغيلها بواسطة طاقم واحد.

وتميل قاطرات التيار المتردد (AC) الحديثة إلى الحصول على جر أفضل وتقديم مادة لاصقة أفضل للمسارات مقارنة بالطرازات السابقة. تُستخدم قطارات التيار المتردد التي تعمل بالديزل والكهرباء بشكل شائع لحمل الأحمال الثقيلة. ومع ذلك، لا تزال القطارات التي تعمل بالديزل والكهرباء تحظى بشعبية كبيرة لأنها أرخص نسبيًا في التصنيع.

وتعمل معظم القطارات الكهربائية من خلال تجميع التيار من مصدر خارجي، بدلًا من توليدها بنفسها. يمكن أن يشكل هذا إما خط سكة حديد ثالث للتيار المستمر (DC)، أو سكة حديد رابعة (كما هو الحال في مترو أنفاق لندن)، أو خطوط الطاقة العلوية (النوع الأكثر شيوعًا).

ويمكن أن يختلف شكل التيار الكهربائي المستخدم حسب المنطقة، مع تفضيل التيار المتردد في العديد من البلدان في أوروبا. سواء كان التيار المتردد أو التيار المستمر، ويدخل التيار إلى محول، ثم يتم إرساله إلى مقوم لتحويله إلى تيار مستمر منخفض الجهد لاستخدامه في القطار نفسه.

ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟
ما هو سبب استخدام التيار المستمر في معظم القطارات أكثر من التيار المتردد؟

واعتمادًا على تصميم القطار، يمكن استخدام تيار التيار المستمر هذا إما مباشرة لتشغيل محركات الجر في القطار أو سيحتاج إلى تحويله لتيار متردد ثلاثي الطور باستخدام محولات. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين جميع أنظمة قطار التيار المستمر والتيار المتردد في الموقع الذي يتم فيه تحويل التيار إلى تيار مستمر في محطة فرعية أو على متن القطار.

ويحدث تحويل الطاقة لأنظمة التيار المستمر في محطة فرعية للسكك الحديدية باستخدام أجهزة كبيرة وثقيلة وأكثر كفاءة مقارنة بأنظمة التيار المتردد. من ناحية أخرى، تميل أنظمة التيار المتردد إلى تحويل التيار لتيار متردد على متن القطار؛ حيث تكون المساحة محدودة ويمكن أن تكون الخسائر أعلى بكثير.

ومع ذلك، يتم تعويض التكاليف إلى حد ما من خلال النقل الأكثر كفاءة لتيار التيار المتردد عبر مسافات طويلة، ما يسمح بالحاجة إلى عدد أقل من المحطات الفرعية وقاطرات أكثر قوة. أيهما يتم اختياره يكون عادةً مفاضلة بين هذه الاعتبارات، ولكن يمكن أيضًا أن تمليها البنية التحتية الحالية.

إذن، ما هو الأكثر شيوعًا حول العالم؟ التيار المستمر، سواء كان مزودًا بشكل مباشر، أو تم تحويله من التيار المتردد على متن القطار، هو الأكثر استخدامًا.

ووفقًا لموقع” railsystem.net”: “يستهلك التيار المستمر طاقة أقل مقارنة بوحدة التيار المتردد لتشغيل نفس ظروف الخدمة. وتُعد المعدات في نظام الجر DC أقل تكلفة وأخف وزنًا وأكثر كفاءة من نظام الجر AC. ولا يتسبب أيضًا في حدوث تداخل كهربائي مع خطوط الاتصال القريبة”.

رسميًا.. الطاقة الشمسية أرخص كهرباء في التاريخ

الرابط المختصر :

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.