القطار الكهربائي
يسمى القطار الكهربائي بهذا الاسم لأنه يستخدم الطاقة الكهربائية للعمل عن طريق وضع خطوط كهرباء أعلى القطار، مع وجود جهاز لتخزين الطاقة على متن القطار مثل بطارية، أو مكثف فائق.
تاريخ القطار الكهربائي
أول تطبيق ناجح لصنع القطار الكهربائي كان في برلين عام 1879 م، ولكن كان يستخدم فقط في المدن الكبرى، بعد ذلك استخدمت مدينة أوهايو القطار الكهربائي لتجنب مشاكل الدخان والضوضاء في عام 1895 م، ثم تبعتها إيطاليا فقامت بفتح خط رئيسي للقطار الكهربائي في عام 1902 م، في الوقت الحالي انتشرت خطوط السكك الحديدية المكهربة حول العالم، حتى أصبحت تشغل بنسبة 100 بالمئة في اليابان، وبنسبة أقل في باقي دول العالم، كما تم إنشاء أنظمة سكك حديدية مكهربة للنقل السريع في المدن في جميع أنحاء العالم.
أنواع القطارات الكهربائية
تعمل القطارات الكهربائية بثلاثة أشكال، وهي:
- تيار مباشر أو مستمر.
- تيار متردد
- تيار ثنائي: مستمر ومتردد.
كيفية عمل القطار الكهربائي
قطار التيار المستمر الكهربائي
- مكونات محرك قطار التيار المستمر: يتكون قطار التيار المستمر مما يلي:
- مجال ثابت: يتكون من أسلاك ملفوفة بإحكام، ومثبتة داخل علبة المحرك.
- عضو دوار أو المحرك: يتكون من مجموعة أخرى من الملفات الملفوفة حول عمود مركزي.
- المبدل: وهو عبارة عن نابض يجمع نهايات ملفات المحرك، ويوزعها في نمط دائري، للسماح بالتسلسل الصحيح لتدفق التيار.
- كيفية عمل قطار التيار المستمر: يمر تيار عبر دائرة المحرك، فيحدث تفاعل بين التيار في المجال، والتيار في المحرك، فيتسبب بدوران المحرك. ويتميز القطار ذات التيار المستمر، بأن التيار يكون مرتفعًا، فتكون المجالات المغناطيسية داخل المحرك قوية، فينتج عزمًا عاليًا، وهو مثالي لبدء حركة جسم ثقيل مثل القطار.
قطار التيار المتردد الكهربائي
يستمد القطار الكهربائي الطاقة من معدات في أعلى القطار، ويحول الطاقة من كهربائية إلى ميكانيكة تحرك القطار عن طريق جهاز يسمى البانتوجراف.
أي القطارات المستخدمة حاليًا؟
يستخدم في الغالب القطار ذو التيار المتردد لعدة أسباب، منها:
- أبسط في البناء، وأخف من محركات التيار المستمر.
- التحكم الفعال في الالتصاق والجر.
- أكثر قوة وأسهل في الصيانة.
- سهولة التحكم في محركات التيار المتردد، وإمكانية إعادة توليد التيار.
- لا توجد حاجة للفرش في محركات التيار المتردد، لذلك فهي خالية من الخسائر الميكانيكية.
فوائد استخدام القطار الكهربائي
هناك عدة مزايا لاستخدام القطار الكهربائي، وهي:
- النظافة: فالقطار الكهربائي لا يسبب الضرر للمباني، والجو المحيط، لأنه لا ينتج عنه أي دخان أو أبخرة.
- تكلفة الصيانة: يقلل القطار الكهربائي من وقت وتكلفة الصيانة أقل ب 50% من القطارات البخارية.
- وقت البدء: لا يحتاج القطار الكهربائي إلى الوقت لبدء التشغيل، في المقابل فإن القطار البخاري يحتاج إلى ساعتين للتسخين قبل التحريك.
- القدرة على زيادة حمولة وسعة القطار: فالقطار الكهربائي أسرع، وأقوى من القطارات الأخرى.
- قلة استهلاك الوقود: فالقطار الكهربائي يعمل بشكل أساسي من خلال محطات الطاقة الكهرومائية، أو من محطات الطاقة الحرارية، ولا يحتاج إلى استهلاك الوقود للعمل.
- أرخص سعرًا: وكذلك أطول عمرًا، وأكثر قوة وصلابة من القطارات الأخرى.
- عزم دوران أعلى: يتميز محرك القطار الكهربائي بعزم دوران عالٍ، فيحقق تسارع عالي، يضيف مزايا إضافية مثل:
- سرعة عالية، وتنظيم وقت أعلى.
- زيادة القدرة في التعامل مع حركة المرور.
- انخفاض مركز الجاذبية: وذلك لأن ارتفاع القطارات الكهربائية أقل بكثير من القطارات البخارية، فيمكن القطار من التعامل مع المنعطفات بسرعات أعلى، وبأمان أكثر.
- غياب القوى غير المتوازنة: فيحسن من جودة الركوب في القطار، ويخفف من تآكل قضبان الجنزير.
- الكبح: استخدام الكبح في نظام القطار الكهربائي يوفر المزايا التالية:
- إرجاع 80% من الطاقة المأخوذة أثناء الصعود، إليها أثناء الهبوط.
- حركة البضائع على التدرجات أكثر أمانًا وسرعة.
- قلة صيانة المكابح: بسبب قلة التآكل والتلف، لأن استخدام المكابح الميكانيكية ضئيل جدًا.
عيوب القطار الكهربائي
بالرغم من الميزات الكثير لاستخدام القطار الكهربائي، إلا أن هناك عدة عيوب له، وهي:
- التكلفة العالية لتجهيز نظام الإمداد الكهربائي العلوي، فإذا لم تكن حركة المرور كثيفة، فإن السحب الكهربائي سيكون غير اقتصادي.
- انقطاع الكهربائي سيسبب اضطراب في حركة المرور لساعات.
- بناء خطوط الاتصالات بعيدًا عن خطوط الإمداد الكهربائي للقطار، حتى لا يتم التداخل بينها، مما يزيد من التكلفة.
- زيادة المخاطر الناتجة عن الكهرباء.
- التلوث البصري الناتج عن الأسلاك الكهربائية الممتدة أعلى القطار الكهربائي.
تطبيقات القطار الكهربائي
يتم تطبيق فكرة إنشاء قطار كهربائي لحل العديد من الأمور، منها:
- إنشاء القطار الكهربائي مثالياً للركاب بسبب التوقف المتكرر.
- يستخدم في الدول ذات الحركة المرورية الكثيفة.
- يستخدم في الدول ذات سكك حديدية متطورة.
- يستخدم لنقل البضائع الكبيرة لمسافات طويلة.
