Pantograful este dispozitivul articulat , care permite o locomotivă electrică sau un tramvai sau de alte electrice auto - propulsate sisteme pentru a ridica curent prin frecare pe o catenară .
Denumirea sa derivă din asemănarea în formă cu instrumentul de desen omonim.
Primele pantografe aveau forma simetrică a unui romb , în timp ce pantografele moderne au un singur braț articulat. Măsoară aproximativ 2 metri pliați și oferă o distanță care poate ajunge la 3,20 m .
Pantograful este fixat pe acoperișul locomotivei cu ajutorul unor izolatoare . Contactul cu catenaria se face printr-o parte orizontală, arcul . Brațul articulat este format din două elemente, brațul inferior și brațul superior. Pantograful poate fi pneumatic sau electric. Pantograful este realizat din metal.
Pe arc sunt benzi fixe de carbon („carbon de intensitate ridicată”) și cupru (de obicei două, până la opt pe unele modele potrivite pentru 1500 V DC) care acționează ca cauciucuri pe linia aeriană. Contact (sau catenar) și îl fac posibilă captarea energiei electrice . Aceste benzi pot fi montate rigid pe arc sau pot fi independente și montate pe arcuri .
Pentru a menține cea mai constantă presiune posibilă a benzilor de carbon de pe catenară, pe pantograf este instalat un sistem de amortizare. Această amortizare utilizează în general arcuri mecanice, un motor electric sau sisteme pneumatice de tip cilindru .
În contextul unui pantograf pneumatic, desfășurarea brațului este asigurată de un cilindru pneumatic, ceea ce face posibilă menținerea unei anumite presiuni asupra catenarului. Pantograful se pliază prin gravitație atunci când presiunea aerului este eliberată.
În contextul unui pantograf electric, mișcările în sus și în jos sunt asigurate de un motor electric auxiliar.
În cele din urmă, pe anumite modele, două arcuri elicoidale funcționează în tracțiune și mențin pantograful desfăcut în contact cu catenaria. Un dispozitiv pneumatic sau electric este acolo pentru al plia. Funcționează împotriva arcurilor cu o parte prevăzută cu o gaură alungită care lasă pantograful liber să se miște atunci când nu este în tensiune. Pentru a putea fi citit de inginerul locomotiv în cabină folosind „cheia pantografului”, mașina trebuie să fie sub presiune. Ridicarea pantografului corespunde trimiterii unei presiuni suficiente către pistonul în sus al pantografului pentru a elibera arcul care blochează pantograful în poziția inferioară. Când această presiune este anulată, pantograful devine liber să se miște și își plasează arcurile pe catenară prin intermediul arcurilor situate la baza sa, printre altele. În cazul unei defecțiuni la presiune (avarie, accident etc.), arcul de întoarcere coboară automat pantograful și îl menține în poziția joasă, până când presiunea este readusă la normal, autorizând apoi o acțiune a mecanicului pentru ridicarea acestuia.
Un pantograf este utilizat în principal pentru alimentarea unui autovehicul feroviar. Cu toate acestea, există unele cazuri în care pantograful are o altă funcție decât tracțiunea:
Există modele de pantografe care pot utiliza diferite tensiuni de alimentare, dar trenurile multi-tensiune, cu un pantograf pentru fiecare tip de curent utilizat, rămân comune. Au cerut rezolvarea problemelor de interoperabilitate pentru Thalys, de exemplu.
Odată cu dezvoltarea trenurilor de mare viteză și utilizarea curentului electric de mare intensitate , se fac eforturi și pentru a înțelege și a îmbunătăți mai bine interfața dintre catenară și echipamentul motorului (cu, de exemplu, o ajustare a forței de sprijin pe catenar controlat prin card electronic ), controlați fenomenele aeroacustice care se dezvoltă de exemplu în „cadă” și în jurul pantografelor TGV, precum și pe linii pentru a gestiona scurgerile de curent datorate umidității și sprayului de sare pe litoral.
Pantograful în formă de "Z" (sau numit și " Faiveley ") permite o calitate îmbunătățită a colectării energiei electrice la viteze mai mari decât cea în formă de diamant.
Odată cu creșterea vitezei trenului, modelele de pantograf au fost îmbunătățite; numărul pantografelor pe tren a fost mărit, în timp ce intervalul dintre pantografele trenului a fost redus, urmărindu-se în același timp o reducere a costurilor de uzură și de întreținere.
Cu cât trenul este mai rapid, cu atât cresc mai multe trei tipuri de zgomot : zgomot de frecare, zgomot de arc și zgomot aerodinamic. Prin urmare, am căutat să facem pantografele mai silențioase (prin reducerea fricțiunii și crăparii arcurilor electrice), de exemplu pentru Shinkansen . Este posibil să se reducă zgomotul pantografului prin cabluri de conexiune de înaltă tensiune care leagă pantografele între ele și prin deflectoare sau capace pentru pantograf , precum și printr-un design adecvat al formei ( designului ) pantografului.
Contactul glisant între pantograf și catenar este un contact imperfect. În timpul mișcării trenului și din cauza vibrațiilor, pantograful se desprinde frecvent pentru câteva fracțiuni de secundă de catenară, generând un fenomen de arc electric .
Aceste arcuri sunt o sursă de poluare fonică și reprezintă o amenințare în ceea ce privește compatibilitatea electromagnetică , pentru majoritatea sistemelor electronice din tren sau din apropierea căii ferate, cum ar fi GSM-R , circuitul de cale sau sistemele de telecomunicații.
Această amenințare se datorează faptului că mai multe perturbări, caracterizate printr-un spectru larg de frecvențe și o putere mare, sunt emise în timpul acestui fenomen și pot influența funcționarea sistemelor menționate mai sus.
Principalele cauze ale acestui fenomen sunt:
Dacă grafitul de pe pantograf este uzat sau distrus, pantograful poate rupe catenaria . Pentru a evita acest lucru, pot fi instalate monitoare pantograf .
Pantograful nu este singurul sistem de colectare actual pentru trenuri sau tramvaie . Există, de asemenea, cauciucuri pe o a treia șină sau chiar pe o a patra șină pe metroul din Londra . Acest sistem a fost folosit anterior în valea Maurienne și în prezent pe linia Saint-Gervais - Vallorcine sau pe majoritatea sistemelor de metrou urbane.
Există alte sisteme mai vechi, care captează în faza de cale ferată Rhune în țara bască .
În Franța , principalii operatori și producători de pantograf sunt Faiveley Transport și Alstom .
Un pantograf recent folosit pe echipamentul DB AG 101
Pantograf pe PAC (Profil de contact aerian) [RER C, Paris]
Un pantograf cu diamante
Utilizarea pantografelor în cazul unei surse de alimentare trifazate.
Diferite modele de pantografe utilizate pe materialul rulant SNCF