• 2018.01.22
    星期一

STEM X 衣食住行:電車原理大拆解

[2018.01.22] 發表
分區供電設計的電纜網絡,區與區之間有14吋「斷電」。
(圖三)
道岔
路邊電子設備
(圖四)
(圖五)舊式
(圖六)新式

【明報專訊】電車自1904年投入服務,路軌貫穿港島西東,歷史之悠久成為香港重要的地標,每年吸引不少遊客乘坐觀光呢!電車跟馬路上其他車輛不同,它沿虒繾y前行,而且沒有汽車引擎、毋須入油,那麼電車的動力來源是什麼?路軌又是如何設計呢?我們逐一拆解!

架空電纜 分區供電

電車系統採用分區供電,區與區之間的供電網絡斷開,中間有14吋電纜沒有供電,你知道為什麼嗎?林健豪解釋:「目的是防止一區供電系統中斷時,令全港(電車)網絡都斷電。」因此當電車駛近斷網位置時,司機不能再為摩打供電,需要放手讓電車自己滑過斷網位置。

集電杆 連接電纜

電車的動力來自電力,由架空電纜及車頂的集電杆輸電,沿車內電線通往車底,連接摩打,再經車輪、路軌回到電站,形成一個完整電路。摩打(motor)以電能驅動,與以燃料驅動的引擎(engine)不同呢!

車速控制 每小時8公里

基於安全理由,電車速度上限是每小時42公里,但因為路面時有擠塞,電車一般只以約每小時8公里行駛。遇上直角彎路,電車的安全車速上限亦是每小時8公里。林健豪說:「轉彎時要減速是考慮到慣性力問題,車速太快除了會反車,亦有可能脫軌,因為車輪和路軌是沒有鎖住的,車輪只是放在路軌上。」(圖三)

路軌、道岔 電子指令轉彎

電車有不同目的地,例如筲箕灣、跑馬地,因此電車有時需要選擇拐彎轉入總站或繼續直行。然而,電車轉彎或直行並非靠司機扭恁A而是靠路軌!這些道岔的軌道上有感應線圈,連接路旁灰色大鐵櫃內的電子控制設備。司機開車前預先輸入路線指令,到達道岔前電子設備就會讀到指令使路軌移動,讓電車駛往正確方向。

摩打 提供動能

電力令摩打轉動,將電能轉化為動能,電車便可以前行了!現時一般電車使用的摩打有兩種,其中100輛使用直流摩打,61輛使用交流摩打。

一般汽車車輪是用橡膠製成,但電車車輪和路軌都是用鐵造的,「電車其實是一種鐵路,跟火車一樣」,林健豪說。由於電車不是由燃料提供動力,所以不會排放廢氣,可說是非常環保的交通工具呢!

■知多點

電車與摩打

直流摩打(DC motor)

你有玩過四驅車嗎?四驅車使用的就是直流摩打!它以直流電驅動,無法即時控制速度,於是電車設置了控制器,用調節電阻值的方式去控制摩打轉速。直流摩打的缺點是損耗較快,使用數年便需要維修,因此近年電車已陸續轉用較耐用的交流摩打。

交流摩打(AC motor)

交流摩打則是以交流電驅動,許多家用電器如風扇,都是使用它。不同於直流摩打,它可以透過控制頻率去即時控制電車車速。交流摩打較耐用,而且可將電力回饋,電車減速時摩打轉動的能量可即時回饋至電網,供第二輛電車使用,從而節省能源。

慣性力

當物體加速或轉彎時,慣性會使物體傾向保持原來的運動狀態。想像車輛是個固執的小孩,「不想」被向心力拉蚋鉣s,所以身體向外傾側,速度太快就可能會倒向一邊了!

電車只能沿路軌行走,萬一前方遇上壞車堵路,怎麼辦?

救援隊會立即出動檢驗,安排後面緊接的電車將壞車推至離開主路,回到總站,其他電車便可暢通行駛。壞車到達總站後,車廠會安排另一輛電車在壞車前方將它拖回車廠維修。為什麼不能一開始就拖車呢?林健豪解釋:「因為前面的電車已經駛走,而它不能回頭救援,因為這是一條普通的車路,車輛不應該向後行,否則會違反香港交通規例。」

■知多點

電車後方同樣有控制桿?

雖然電車線路只有一個方向,但如果遇上封路、路軌維修等,就有機會要用後方控制桿駕駛,藉由緊急情G下使用的轉轍線(即換路軌),將電車導回相反方向的軌道行駛,這時候乘客可就要坐倒頭車了!(圖四)

電車的控制器

你有見過這種轉盤形式的控制器嗎?它是最古老的設計,現在只能在派對電車上見到,其餘電車已改用更細小可靠的電子控制器。(圖五、圖六)

百年電車

香港電車於1904年成立,現有164輛雙層電車,每日平均接載20萬人次的乘客。6條主要路線連接堅尼地城至筲箕灣,全長約13公里,共120個站。現時只有港島提供電車服務,但原來電車公司曾數次計劃擴展營運至九龍及新界,但終因社會狀G、商業考慮等原因令計劃胎死腹中。

■想一想

1. 你最喜歡乘搭哪種交通工具呢?為什麼?

2. 你知道不同交通工具的動力來源嗎?

■關鍵詞

電車 tram

電車路軌 tram track

摩打 motor

電能 electrical energy

慣性力 inertial force

文、圖:李嘉鈴

圖:香港電車提供、網上圖片

[常識學堂 第107期]

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