O pantógrafo e o terceiro trilho são praticamente isso.

Princípios de engenharia: ambos têm uma superfície condutora no trem (em movimento) em contato com o trilho / fio estacionário, em ambos os casos você precisa de um material que seja resiliente e condutor. A faixa de contato é um material de desgaste.

Diferenças:

• Os fios da catenária aérea são flexíveis e se movem quando um trem passa por baixo deles. Em altas velocidades, o pantógrafo pode criar ondas no fio da catenária, se essas ondas não forem amortecidas o suficiente, o pantógrafo começará a saltar.

• o terceiro trilho é limitado a baixas tensões para reduzir o risco de formação de arco entre os trilhos. O terceiro sistema de trilhos que conheço (Reino Unido) usa 750 V DC, o que limita a quantidade de energia que você pode consumir sem perdas excessivas, portanto, nada de trens pesados ​​ou rápidos. A fiação aérea pode usar 25 kV, que tem perdas resistivas muito menores. Vários sistemas de energia estão em uso para sistemas de catenária aérea, de 1500 V DC a 25 kV AC 50 Hz. Essa colcha de retalhos de sistemas torna difícil operar trens internacionais na Europa, embora com a introdução da eletrônica de alta potência tenha se tornado mais fácil construir locomotivas que possam operar em 2 a 4 sistemas diferentes.

Esta página do Wiki faz um trabalho decente ao discutir as vantagens e desvantagens dos sistemas de terceiro trilho.

A catenária aérea é mais suscetível a danos (por exemplo, queda de árvores, veículos que ignoram o limite de altura), mas tem menos risco de eletrocução em, por exemplo passagens de nível. O risco de eletrocussão pode ser mitigado interrompendo o terceiro trilho em cruzamentos, mas isso tem seus próprios problemas (interrupções no fornecimento de energia).

Aumentar / diminuir a escala: você pode demonstrar os princípios básicos. Na verdade, o terceiro trilho e a catenária aérea estão disponíveis em modelos de trens em escala padrão. Os prós e contras são mais difíceis de demonstrar em um modelo:

• a catenária do modelo em escala é muito menos flexível do que o tamanho real: a espessura do fio do modelo em escala não é proporcional, então o fio é muito mais rígido.
• os modelos em escala usam 12V, que não apresenta risco de eletrocussão e o arco voltaico é muito menos problemático do que no sistema de tamanho real.
• Devido às velocidades muito mais baixas e tempos de execução mais curtos , o desgaste em um modelo em escala é muito menos problemático do que no sistema em tamanho real.
• devido ao peso muito menor, as interrupções de energia são mais um problema no modelo em escala do que no sistema completo. sistema de tamanhos.

Em termos de segurança para o público em geral, um pantógrafo & de cabo suspenso seria usado ao ar livre, de modo a evitar que qualquer pessoa, ou qualquer forma de vida selvagem ou animais de estimação suburbanos ou animais de fazenda sejam inadvertidamente eletrocutados ao entrar em contato com um terceiro trilho no nível do solo.

Quando um terceiro sistema de trilhos é usado na superfície da Terra, um corredor ferroviário dedicado, elevado ou barricado, conforme proposto para sistemas maglev, precisa para ser usado para prevenir problemas associados com potencial eletrocussão de pessoas & animais & questões subsequentes se as entidades mortas ou feridas estiverem nos trilhos quando um trem chega - como possível descarrilamento do trem ou novos ferimentos à entidade.

Pessoas Os animais do & dificilmente vagam pelos túneis dos trens subterrâneos, portanto, as chances de serem eletrocutados por um terceiro trilho são menores do que na superfície da Terra.

Além disso, os túneis dos trilhos subterrâneos têm uma seção transversal limitada instalações - por razões geotécnicas e de custos de estabelecimento. Um cabo elétrico suspenso e um pantógrafo criariam problemas. O & precisaria ser muito compacto. Para aliviar esses problemas, é mais fácil ter um terceiro trilho para sistemas ferroviários subterrâneos.

Os conceitos e várias tecnologias foram conhecidos, experimentados e documentados nos últimos 140 anos ...

Para dar uma visão geral: Primeiro, para CC e CA monofásica, você precisa de dois condutores ( ou "ligações") entre as instalações fixas e a locomotiva. Para CA trifásico, você precisa de três condutores.

As vantagens e desvantagens não podem ser resumidas em breve - há muitos aspectos, desde puramente elétrico até manutenção, segurança, confiabilidade (clima!), Econômico, estética (veja "split rail" abaixo) etc.etc.

Aqui estão, da minha cabeça, quase uma dúzia e meia de variantes:

1. A primeira ferrovia da Siemens usou ambos os trilhos para fornecimento de corrente contínua (um de entrada, um de saída). Uma das desvantagens: se alguém ficar nos dois trilhos, então ...

2. Dois tubos suspensos com fenda (!) - primeiro bonde elétrico perto de Viena (Mödling para Hinterbrühl) em 1883.

3. Uma via aérea de dois trilhos, na qual um corre um pequeno "carro" que é puxado pela locomotiva.

4. Fio aéreo único centralizado com contato por baixo (mais amplamente usado hoje). As desvantagens são, obviamente, problemas com o vento; o fio fino, que é problemático especialmente com sistemas DC (ver, por exemplo, o sistema da Itália); a velocidade de propagação do movimento do fio (que deve ser significativamente maior do que a velocidade do trem - fica problemática com linhas de alta velocidade como o TGV da França); e a reflexão do movimento do fio em pontos fixos (todo o sistema pode ser modelado como um sistema de propagação de ondas, com "espelhos" em pontos fixos - levando a fenômenos de onda complexos e, em certos casos, perigosos).

5. Fio aéreo único descentralizado; típico para ferrovias de mineração, onde deve ser possível abastecer carros de cima. Também usado em uma linha suíça, porque o local central é usado por uma linha aérea principal.

6. Sistema trifásico com dois fios aéreos, terceira fase via trilhos. O norte da Itália teve um grande sistema "trifásico" por muitas décadas, a ferrovia Matterhorn usa-o até agora.

7. Trifásico com 3 fios acima um do outro, corrente coletada lateralmente - usado na ferrovia experimental alemã que atingiu pela primeira vez mais de 200 km / hora em 1903.

8. (Fora do centro) Terceiro trilho próximo ao nível do trilho, com contato no lado superior (típico para sul da Inglaterra).

9. Terceiro trilho centralizado (entre os trilhos) com contato de cima.

10. Terceiro trilho próximo ao nível do trilho , com contato lateral (por exemplo, S-Bahn Hamburgo).

11. Terceiro trilho aproximadamente no nível do trilho, com contato de baixo (novo padrão para terceiros trilhos, por razões de segurança; por exemplo metrôs em Viena e Munique).

12. Terceiro e quarto trilhos (metrô de Londres, por razões eletroquímicas).

13. Um terceiro trilho abaixo de um dos trilhos de corrida, que é dividido ao meio para abaixar uma sapata de contato. Foi usado em Viena antes da I Guerra Mundial nas linhas de bonde mais internas, pois o imperador (e outros) não queria ver linhas aéreas apenas por razões estéticas. Há um vídeo no youtube mostrando bondes por volta de 1910 com este sistema.

14. Terceiro trilho aéreo - usado, por exemplo, no túnel Simplon (por motivos de liberação com transporte por caminhão); na estação principal de Salzburg (por razões estéticas); no S-Bahn de Viena (acho que por razões de manutenção).

15. Por um cabo em um tambor - funciona apenas para distâncias bastante curtas; típico, por exemplo para guindastes.

16. Indução contínua - por exemplo, "Primove" da Bombardier (as bobinas só são energizadas quando o veículo está em cima).

17. Indução em alguns segmentos ou paradas, armazenadas em baterias ou capacitores (mais novos). Usado experimentalmente em alguns carros de rua.

Claro, você pode "abstrair" esses vários métodos para "algo tocado mais acima; algo tocado um pouco mais abaixo; um cabo; ou indução ", se você quiser. Mas isso seria ideia de um leigo.

H.M.

A mais nova geração de trens pode ser alimentada por bateria, recarregando apenas nas estações ou perto delas. Isso é possível graças às baterias de íon-lítio, como as usadas em carros elétricos, combinadas com regeneração ao desacelerar.

O benefício é que apenas uma pequena fração da via precisa ser eletrificada, economizando nos custos de infraestrutura . As estações estão localizadas em centros populacionais onde a eletricidade já está disponível.

Em modelos de trens em escala, os 2 trilhos usados ​​para operar o trem também impulsionam o trem.

Há uma variedade de escalas que usam este método: O, HO, N, Z, G e outras. Alguns usam um modelo de terceiro trilho ou linhas aéreas como um método alternativo ou para emular os trens que estão modelando. A marca Lionel normalmente usa uma linha ferroviária 3 e é muito semelhante aos trens em escala O em tamanho.

Esses trens costumam ser pequenos o suficiente para funcionar com baixa tensão CC, onde o contato direto da pele entre os trilhos oferece não, pouco ou valor de choque mínimo. Os trens mais avançados e mais novos usam sistemas de controle de comando digital (DCC), este é um sistema de energia CA que atua como fonte de energia CA e tem um sinal digital embutido nele. O decodificador no trem decodifica os comandos endereçados e converte a energia CA em CC para energia locomotiva.

Alguns modelos em escala maior que podem realmente transportar humanos usam um pequeno motor a gás, diesel ou óleo. Tenho certeza de que você pode usar um motor elétrico, como algo de um carro elétrico, então isso é apenas um pequeno detalhe de engenharia. Porém, levar mais tensão e corrente para o motor através dos trilhos pode ser um problema, por isso os trens maiores não colocam eletricidade nas rodas que suportam a carga. Não sei todos os detalhes específicos, mas colocar eletricidade em um rolamento tem problemas.

Estou respondendo desta forma porque, assim como aumentar a escala de algo como isso tem desvantagens, também pode reduzir a escala de outro sistema. Usar um terceiro trilho ou um vagão suspenso pode não funcionar bem para um sistema menor, então seria fácil considerar fazer o que mencionei, apenas para descobrir mais tarde que dimensioná-lo de volta também não funciona como planejado. Não pesquisei sobre isso, então não sei se há um ponto de corte ou sobreposição onde um sistema começa a falhar e outro sistema repentinamente se torna útil. Também pode haver um fator de velocidade, onde um método de alta velocidade pode ser completamente diferente de um método de baixa ou média velocidade.

Minha intenção aqui é alertá-lo sobre um sistema não mencionado por outros, bem como informá-lo de que o tipo de sistema pode depender inteiramente do tamanho ou velocidade que você deseja fazer seu projeto, para que você tenha um uma boa ideia sobre qual sistema pode funcionar melhor para o uso pretendido.

Sugiro que você não apenas pergunte quais sistemas existem atualmente, mas também pergunte o que funcionou para as pessoas na faixa de tamanho e velocidade que você olhando para. Perguntar que a 2ª parte da pergunta pode acabar sendo outra pergunta sobre SE, visto que você já tem a primeira parte dessa pergunta. Vincular ou fazer referência às duas perguntas seria uma maneira relevante de fazer a segunda pergunta.

Não vi ninguém mencionando um sistema de quilha. Neste sistema que foi usado no passado pela DC Transit (DC = Distrito de Columbia, nada a ver com voltagem), uma quilha se estende abaixo do carro através de uma fenda no meio dos trilhos. Uma sapata na parte inferior da quilha entra em contato com o barramento de alimentação. Isso foi projetado para a segurança pública e a ausência de um contato de fio aéreo. Em alguns aspectos, deve ser semelhante a não. 13 listados acima por H.M. Muller.

A S-Bahn Berlin e similares usam um terceiro trilho com pontos de montagem alternados, cerca de 60 cm acima dos trilhos, eles podem ser montados de forma que os passageiros não corram perigo - e permitem o perfil do trem mais baixo - especialmente ao construir tal trilho sistema nas estruturas existentes da cidade. Pelo que eu sei, os trens subterrâneos em Berlim usam um sistema semelhante