Każdego dnia korzystamy z wielu urządzeń służących do przemieszczania osób i towarów napędzanych energią elektryczną. Nie wszystkie one jednak mogą zostać zaliczone do pojazdów elektrycznych. Pojazdem elektrycznym nazywamy bowiem pojazd napędzany za pośrednictwem energii elektrycznej, którego silnik napędowy lub elementy tego silnika znajdują się w pojeździe.
Taka definicja wyraźnie określa, które z pojazdów napędzanych energią elektryczną nie mogą zostać nazwane elektrycznymi. Będą to np. kolejki linowe, linowo-szynowe czy windy, których silnik napędowy znajduje się poza pojazdem.
Pojazdy elektryczne dzielimy, ze względu na sposób zasilania, na sieciowe i autonomiczne.
Pojazdy sieciowe pobierają energię z zewnętrznego źródła zasilającego za pomocą umieszczo-nych w pobliżu toru jazdy pojazdu przewodów zasilających, czyli sieci trakcyjnej. W pojazdach autonomicznych źródło energii znajduje się wewnątrz pojazdu, nie są więc one zależne od ze-wnętrznych źródeł zasilania. Oba rodzaje pojazdów można podzielić na szereg kategorii, których pełna specyfikacja została przedstawiona na rys. 1.1.
Rys. 1.1. Klasyfikacja pojazdów elektrycznych
Pojazdy sieciowe mogą być zasilane zarówno energią prądu stałego, jak i przemiennego.
Stosowanych jest wiele systemów, które przedstawiono na rys. 1.2. Mnogość rozwiązań wynika z uwarunkowań historycznych. W pierwszym okresie rozwoju transportu zelektryfikowanego dokonywano prób z różnymi parametrami napięcia zasilającego i z biegiem czasu wykształciły się systemy obecnie dominujące. Są to, dla pojazdów kolejowych, systemy 1500 V i 3000 V
prą-du stałego oraz 15 kV, 16 2/3 Hz i 25 kV, 50 Hz jednofazowe prąprą-du przemiennego. Dla pojaz-dów komunikacji miejskiej (tramwaje, trolejbusy, metro) dominuje zasilanie prądem stałym o nominalnej wartości napięcia wynoszącej od 500 do 750 V. Eksploatacja konkretnego systemu zasilania pojazdów kolejowych wynika ściśle z okresu, w jakim podejmowana była decyzja o elektryfikacji sieci. Kraje rozpoczynające elektryfikację w pierwszych dwóch dekadach XX wieku wybierały systemy napięcia przemiennego o częstotliwości obniżonej, co było związane ze skon-struowaniem silnika komutatorowego prądu przemiennego dużej mocy. Z kolei w latach 20. i 30.
XX wieku wybierano systemy prądu stałego, co z kolei było podyktowane pojawieniem się silni-ków prądu stałego na wysokie napięcie i wynalezieniem prostownika rtęciowego. Systemy napię-cia przemiennego o częstotliwości przemysłowej powstały w latach 50. ubiegłego wieku. Od tamtego czasu wszystkie kraje rozpoczynające elektryfikacje sieci kolejowej wybierają ten rodzaj zasilania. Należy oczywiście pamiętać, że na rys. 1.2. podane są napięcia nominalne dla poszcze-gólnych systemów zasilania. Rzeczywista wartość napięcia w sieci trakcyjnej może się zawierać w przedziałach określonych właściwymi przepisami. Zakresy dopuszczalnych zmian wartości na-pięcia zasilającego dla najczęściej stosowanych systemów określone są normą europejską EN 50163 i zostały one przedstawione w tabl. 1.1.
Tabl. 1.1. Dopuszczalne wartości napięcia w sieci trakcyjnej wg EN 50163 Wartość napięcia [V]
Umin1 – najniższa wartość napięcia w sieci trakcyjnej dopuszczalna krótkotrwale;
Umin2 – najniższa wartość napięcia w sieci trakcyjnej dopuszczalna długotrwale;
Un – znamionowa wartość napięcia;
Umax1 – maksymalna wartość napięcia w sieci trakcyjnej dopuszczalna długotrwale;
Umax2 – maksymalna wartość napięcia w sieci trakcyjnej dopuszczalna na nie dłużej niż 2 minuty.
W zależności od przeznaczenia, pojazdy sieciowe można podzielić na cztery podstawowe grupy zastosowań.
Pojazdy tramwajowe o mocy rzędu 100 ÷ 200 kW, zasilane z górnej sieci jezdnej napię-ciem o wartości znamionowej ok. 600 V DC; sieć powrotną stanowią szyny. Ich prędkość mak-symalna nie przekracza 70 km/h. Jest to podstawowy środek komunikacji publicznej w miastach średniej wielkości.
Trolejbusy – pojazdy na kołach ogumionych o mocy rzędu 100 kW, zasilane z dwubiegu-nowej sieci o napięciu ok. 600 V DC. Prędkość trolejbusów jest porównywalna z prędkością tramwajów. Obecnie, ze względów ekologicznych, można zaobserwować renesans trolejbusów jako środka komunikacji miejskiej.
Pojazdy metra – zespoły trakcyjne poruszające się w centrach miast w specjalnych tune-lach. Na przedmieściach na ogół są to linie naziemne. Moc pociągów metra jest znacznie więk-sza niż tramwajów czy trolejbusów i sięga nawet 4 MW. Są one zasilane w większości
.
ków z trzeciej szyny napięciem o wartości około 750 V DC. Pojazdy metra są podstawą systemu komunikacji zbiorowej w dużych aglomeracjach miejskich.
Rys. 1.2. Systemy zasilania elektrycznych pojazdów sieciowych
Pojazdy kolejowe – w przypadku zasilania napięciem stałym wykorzystuje się na ogół na-pięcie o wartości znamionowej 3000 V, rzadziej 1500 V i 750 V. Dla systemów napięcia prze-miennego będą to wartości 15 kV, 16 i 2/3 Hz i 25 kV, 50 Hz. Istnieje duża różnorodność kole-jowych elektrycznych pojazdów trakcyjnych, począwszy od zespołów trakcyjnych mających zastosowanie w komunikacji podmiejskiej, o mocach porównywalnych z pojazdami metra, przez lokomotywy liniowe, których moce znamionowe sięgają 6 ÷ 10 MW, aż do superszybkich jedno-stek o mocach rzędu kilkunastu MW, rozwijających prędkości do 350 km/h.
W grupie elektrycznych pojazdów autonomicznych do niedawna dominowały lokomotywy spalinowo-elektryczne, służące do obsługi ruchu kolejowego na liniach niezelektryfikowanych.
Dopiero w ostatnich latach, dzięki postępowi w konstrukcji ogniw elektrochemicznych, a także z
uwagi na czynniki ekologiczne, daje się zauważyć nowe konstrukcje elektrycznych pojazdów drogowych. Można tu wymienić najbardziej obecnie liczebne samochody hybrydowe, jak rów-nież pojawiające się coraz częściej samochody elektryczne. Należy też wspomnieć o samocho-dach napędzanych ogniwami paliwowymi, jednak jak dotąd wysoka cena tych ogniw, a także kosztowne pozyskiwanie i kłopotliwe magazynowanie wodoru stanowią czynniki niepozwalające na szersze rozpowszechnienie tego typu pojazdów. Autonomiczne pojazdy elektryczne obsługu-ją również pewną niszę związaną z przewozem pasażerów i towarów na nieduże odległości na terenach turystycznych, w kurortach czy wewnątrz pomieszczeń. Są to wszelkiego typu wózki akumulatorowe, pojazdy golfowe, małe pojazdy indywidualne itp. Daje się także zauważyć ro-snącą podaż pojazdów elektrycznych małej mocy typu skutery, rowery elektryczne, czy pojaz-dów niekonwencjonalnych, jak np. Segway.