Что такое пантограф трамвая

Токоприемник И ЕГО УСТРОЙСТВО

В России токоприемник используют только в виде пантографа.

Панто́граф ( токоприёмник типа пантограф, Пантографный токоприемник) — токоприёмник с подъемным механизмом в виде шарнирного многозвенника, обеспечивающим вертикальное перемещение контактного полоза.

Пантограф служит для обеспечения надёжного электрического соединения с контактным проводом контактной сети электрического подвижного состава железных дорог ( электровоза, электропоезда (в том числе их электросекций)), трамваев.
Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей (от греч. παντ — всё, γραφ — писать).

Пантограф (токоприёмник)

Панто́граф (токоприёмник типа пантограф, пантографный токоприемник) — токоприёмник с подъемным механизмом в виде шарнирного многозвенника, обеспечивающим вертикальное перемещение контактного полоза. [1]

Название пантографа произошло от похожего на него по форме устройства для копирования чертежей (от греч. παντ — всё, греч. γραφ — писать).

Содержание

Устройство пантографа

Пантограф имеет контактный полоз, закреплённый на подвижных устройствах — каретках. Каретки упруго закреплены на верхних рамах пантографа. Верхние рамы через систему рычагов шарнирно крепятся к нижней раме. Нижняя рама пантографа через изоляторы жёстко закреплена на крыше.

Все части пантографа находятся под полным напряжением контактной сети. Ток протекает и через шарнирные соединения пантографа, для уменьшения переходного сопротивления в соединениях и электрокоррозии все шарниры имеют гибкие медные шунты. Для подъёма и опускания пантографа на трамваях используется механический привод (например, с верёвкой в кабину на советских трамваях или электропривод с дистанционным управлением на современных иностранных и российских трамваях), на электропоездах и электровозах — пневматический.

На электровозах пантографы устанавливаются на каждой секции, но не менее двух на электровоз. То есть на односекционных электровозах — два (для избыточности). [2] На электровозах постоянного тока может устанавливаться по два пантографа на секцию, потому что более низкое, чем при переменном токе, напряжение в контактной сети обуславливает более высокие токи при трогании и разгоне. Поэтому при плохом контакте между контактным проводом и контактным полозом токоприёмника может возникать электрическая дуга, что создаёт опасность пережога контактного провода.

На электропоездах и электросекциях устанавливается по одному пантографу на моторном вагоне каждой секции. Трамваи обычно имеют по одному токоприёмнику на моторный вагон. (Но встречаются и исключения, например вагон типа 71-88Г. Современные многосекционные трамваи также, если надо, могут комплектоваться двумя токоприемниками.)

Провод подвесной контактной сети, предназначенной для использования транспортными средствами, оборудованными пантографом, укладывают не строго вдоль пути движения, а с небольшим зигзагом. Это препятствует неравномерному износу контактного полоза пантографа.

Практика использования пантографа

На электровозах, имеющих два или более пантографа, при движении обычно поднимают задний по ходу пантограф. Это может быть связано с несколькими соображениями:

При поломке пантографа он падает назад по ходу движения. Пантограф обычно расположен на крыше локомотива около кабины управления, в то время как на крыше над машинным отделением обычно расположено крышевое оборудование (детали системы охлаждения, реостаты, ресиверы и пр.). При падении переднего по ходу движения пантографа назад он может повредить крышевое оборудование, что может привести к потере локомотивом возможности двигаться своим ходом. В то же время задний по ходу пантограф при поломке падает на крышу неиспользуемой кабины управления, где обычно нет жизненно важного оборудования.
Если машинист при движении заметит неисправность контактной сети, угрожающую поломкой пантографа (например, обрыв струны подвески контактного провода), у него будет больше времени на опускание заднего пантографа, чем переднего.
Локомотив при движении создаёт перед собой зону сжатия воздуха, из которой воздух истекает в стороны и вверх. Воздух, движущийся вверх, приподнимает контактный провод, и за счёт этого для переднего пантографа создаются худшие условия контакта, чем для заднего. (Значение этого фактора возрастает с увеличением скоростей движения.)

На многосекционных локомотивах, электропоездах и электромотрисах нет необходимости поднимать пантограф на каждой секции или моторном вагоне, так как секции соединены между собой высоковольтной шиной, проходящей по крыше или по сцепке. Поэтому поднимают лишь столько пантографов, сколько необходимо для обеспечения нормального токосъёма и безопасности контактного провода от пережога.

На мощных электровозах постоянного тока, потребляющих большой ток и имеющих более одного токоприёмника на секцию (например, ЧС200, ВЛ15, 2ЭC10 «Гранит»), во время наибольшего энергопотребления (при трогании и разгоне) могут быть подняты все пантографы для обеспечения большего количества точек токосъёма. После разгона передние по ходу пантографы опускают.

Полупантограф

Полупантограф (название в английском языке — single arm pantograph) или асимметричный токоприемник — внешне выглядит, как половина обычного пантографа. Преимущества полупантографа перед обычным пантографом таковы:

Меньшая масса.
Колебания полупантографа при движении меньше раскачивают элементы контактной сети, что обеспечивает лучший прижим полоза токоприёмника к контактному проводу и, таким образом, лучший токосъём. Это особенно важно при скоростях движения свыше 60—70 км/ч.
Требуется меньше места на крыше, что облегчает размещение крышевого оборудования. Некоторые виды электрического подвижного состава, рассчитанные на работу с несколькими системами электропитания (многосистемные), имеют разные пантографы для разных видов питающего тока.
Меньшая материалоёмкость.
Требуется меньшая мощность привода для подъёма и опускания полупантографа.

Однако есть у полупантографа и недостаток — меньшая прочность. Известны случаи, когда хозяйства, неспособные поддерживать подвижной состав и контактную сеть в надлежащем состоянии, переоборудовали полупантографы в пантографы.

Трамвайный пантограф

Если железнодорожные пантографы стали применяться уже на самых первых электрических железных дорогах, то трамвайные пантографы появились не сразу. До массового распространения трамвайных пантографов довольно широко были распространены трамваи со штанговыми и бугельным токоприёмниками. (Показательно, в частности, то, что некоторые города продолжают эксплуатировать трамваи со штанговым токоприёмником, несмотря на то, что пантограф намного надёжнее штангового приёмника.)

Пантограф против штанги

Первые трамваи с пантографами появились в США в 30-е годы. До этого в США безраздельно господствовал штанговый токоприемник, использовавшийся и во многих других странах Америки и некоторых странах Европы. Но штанговый токоприемник обладает следующими недостатками:

нуждается в устройстве стрелок на контактном проводе (подобная проблема существует и в современных троллейбусных системах, так как троллейбус не может эксплуатировать пантограф);
подвержен риску схода с контактного провода, — сход современных троллейбусных токосъемных штанг, являющихся потомками трамвайных токосъемных штанг, с проводов контактной линии по сей день событие довольно частое;
сравнительно трудноуправляем, — разработка дистанционного управления токосъёмными штангами, особенно троллейбусными, — нетривиальная задача, до сих пор водитель троллейбуса часто вынужден вручную опускать и поднимать токосъемные штанги);
сравнительно громоздкий, — в опущенном виде трамвайная штанга или две троллейбусные штанги занимают половину крыши трамвайного вагона или кузова троллейбуса соответственно.

Пантограф ото всех этих недостатков свободен. В частности:

сравнительно компактен и в опущенном виде занимает во много раз меньше места, чем штанга;
не нуждается в устройстве стрелок на контактном проводе, — трамвайная контактная сеть в результате конструктивно сравнительно проста и, как следствие, более надежна;
пантографом сравнительно легко управлять, — в простейшем случае пантограф управляется (опускается и поднимается) посредством управляющего тонкого троса, пропущенного в кабину машиниста, также сравнительно проста проблема дистанционного (например, посредством электропривода) управления пантографом.

Пантограф также симметричен относительно направления движения — допускает движение в обоих направлениях с одинаковой скоростью. Штанговый токоприемник (любой) таким свойством не обладает. То есть, и трамвай со штанговым токоприемником, и троллейбус могут достаточно быстро ехать только вперед, но назад и тот, и другой могут ехать только сравнительно медленно. Трамвай же с пантографом может одинаково быстро ехать и вперед, и назад. Последний фактор обуславливает тот факт, что практически все современные двусторонние трамваи оснащаются только пантографами (или полупантографами). Естественно, пантограф практически вытеснил штангу, и подавляющее большинство современных трамваев используют пантографы или полупантографы. Трамваи же со штанговыми токоприёмниками сохранились лишь в очень небольшом количестве городов, где они, помимо транспортной функции, вкупе с городской архитектурой выполняют декоративную функцию.

Пантограф против бугеля

Бугельный токоприемник обладает многими (но не всеми!) преимуществами пантографа перед штанговым токоприемником. То есть, как и пантограф, бугель не нуждается в устройстве стрелок на контактном проводе и не подвержен риску схода с контактного провода. Как и при использовании пантографа, при использовании бугеля трамвайная контактная сеть получается конструктивно сравнительно простой (отсутствуют за ненадобностью стрелки на контактном проводе) и, как следствие, более надёжной. На этом фоне в Европе, сделавшей ставку на бугельный токоприёмник ещё на заре электрического трамвая как вида транспорта, преимущества пантографа перед бугелем поначалу замечены не были. Более того, достаточно долгое время (как это наблюдалось, например, в СССР) трамваи с бугелями и трамваи с пантографами эксплуатировались одновременно одними и теми же трамвайными системами. Но бугель, как и штанговый токоприемник, сравнительно трудноуправляем, — трамвайный пантограф в простейшем случае довольно легко управляется посредством простого тонкого троса, пропущенного в кабину машиниста, тогда как бугелем так управлять из кабины машиниста просто физически не получится. Частично уравнивает шансы пантографа и бугеля дистанционное управление (с электроприводом, например), но электропривод для управления бугелем требуется более мощный, чем для управления пантографом. Также, как и штанговый токоприемник, бугель сравнительно громоздкий — в опущенном положении бугель занимает половину крыши трамвайного вагона. Сыграло свою роль и отсутствие необходимости переделки контактной сети при отказе от бугеля в пользу пантографа. В результате пантограф одержал победу и над бугелем — в настоящее время бугельный токоприёмник используют только поддерживаемые в исправном состоянии старые трамваи, используемые в большинстве случаев лишь для экскурсионных поездок.

Автомобильный пантограф

Компания Siemens разрабатывает грузовик с гибридным двигателем использующий пантограф. [3] Использование пантографа (в отличие от штанги в троллейбусах), не требует остановки для подсоединения/отсоединения от сети.

Пантограф (транспорт)

Пантограф (или « пан » или « панто ») — это устройство, устанавливаемое на крыше электропоезда , трамвая или электробуса [ 1] для сбора электроэнергии посредством контакта с воздушной линией . Напротив, аккумуляторные электрические автобусы и поезда заряжаются на зарядных станциях . Пантограф является распространенным типом токосъемника ; обычно используется одинарный или двойной провод, при этом обратный ток проходит по рельсам . Термин происходит от сходства некоторых стилей с механическими пантографами . Используется для копирования почерка и рисунков.

Изобретение

Пантограф со сменной графитовой контактной полосой или «башмаком» с низким коэффициентом трения для минимизации поперечного напряжения на контактном проводе впервые появился в конце 19 века. Ранние версии включают в себя носовой коллектор, изобретенный в 1889 году Вальтером Райхелем, главным инженером Siemens & Halske в Германии, [2] [3] и плоский слайд-пантограф, впервые использованный в 1895 году железной дорогой Балтимора и Огайо [4] .

Знакомый роликовый пантограф в форме ромба был разработан и запатентован Джоном К. Брауном из магазинов Key System для их пригородных поездов, курсирующих между Сан-Франциско и районом Ист-Бэй в районе залива Сан-Франциско в Калифорнии . [5] [6] [7] [8] Они появляются на фотографиях в первый день службы, 26 октября 1903 года. [9] В течение многих десятилетий после этого одна и та же ромбовидная форма использовалась в системах электрического рельса по всему миру и остается в использовании некоторыми сегодня.

Пантограф был усовершенствованием простой троллейбусной опоры , которая преобладала до того времени, в первую очередь потому, что пантограф позволяет электрическому рельсовому транспортному средству двигаться с гораздо более высокими скоростями, не теряя контакта с воздушными линиями, например, из-за отсоединения троллейбусной опоры. .

Несмотря на это, токосъем троллейбусов успешно использовался на скорости до 140 км / ч (90 миль в час) на транспортных средствах Electroliner на северном побережье Чикаго и железной дороге Милуоки , также известной как линия Северного берега.

Современное использование

Наиболее распространенным типом пантографа сегодня является так называемый полупантограф (иногда в форме буквы «Z»), который эволюционировал, чтобы обеспечить более компактную и отзывчивую конструкцию с одним плечом на высоких скоростях по мере того, как поезда становились быстрее. Луи Фейвли изобрел этот тип пантографа в 1955 году. [10] Полупантограф можно увидеть в использовании во всем, от очень быстрых поездов (таких как TGV ) до низкоскоростных городских трамвайных систем. Конструкция работает с одинаковой эффективностью в любом направлении движения, что продемонстрировали швейцарские и австрийские железные дороги, чьи новейшие высокопроизводительные локомотивы Re 460 и Taurus , работайте с ними, установленными в противоположном направлении. В Европе геометрия и форма пантографов определяются CENELEC , Европейским комитетом по электротехнической стандартизации. [11]

Технические детали

Система электропередачи для современных электрических рельсовых систем состоит из верхнего несущего провода (известного как контактная сеть ), на котором подвешен контактный провод. Пантограф подпружинен и прижимает контактный башмак к нижней стороне контактного провода, чтобы потреблять ток, необходимый для движения поезда. Стальные рельсы гусениц действуют как электрический возврат . По мере движения поезда контактный башмак скользит по проводу и может создавать стоячие волны в проводах, которые разрывают контакт и ухудшают токосъем. Это означает, что в некоторых системах соседние пантографы не разрешены.

Пантографы являются преемником технологии опор троллейбусов , которые широко использовались в ранних трамвайных системах. Троллейбусные столбы до сих пор используются троллейбусами , чья свобода передвижения и потребность в двухпроводной схеме делают пантографы непрактичными, и некоторыми трамвайными сетями, такими как система трамвая Торонто , которые имеют частые повороты, достаточно крутые, чтобы требовать дополнительной свободы передвижения в их сбор тока для обеспечения непрерывного контакта. Однако многие из этих сетей, в том числе сеть в Торонто, модернизируются для обеспечения работы пантографа.

Пантографы с воздушными проводами в настоящее время являются доминирующей формой токосъема для современных электропоездов, потому что, хотя они и более хрупкие, чем система третьего рельса , они позволяют использовать более высокие напряжения.

Пантографы обычно приводятся в действие сжатым воздухом из тормозной системы транспортного средства либо для подъема устройства и удержания его на проводнике, либо, когда для удлинения используются пружины, для его опускания. В качестве меры предосторожности против потери давления во втором случае рычаг удерживается в нижнем положении защелкой. В высоковольтных системах один и тот же источник воздуха используется для «гашения» электрической дуги при использовании автоматических выключателей , установленных на крыше . [12] [13]

Одинарные и двойные пантографы

Пантографы могут иметь одинарное или двойное плечо. Двуплечие пантографы обычно тяжелее, требуют большей мощности для подъема и опускания, но также могут быть более отказоустойчивыми.

На железных дорогах бывшего СССР наиболее распространены токоприемники с двойным плечом («из двух ромбов»), но с конца 1990-х годов на российских железных дорогах появилось несколько токоприемников с одним плечом. В некоторых трамваях используются двухплечевые пантографы, в том числе в российских КТМ-5, КТМ-8, ЛВС-86 и многих других трамваях российского производства, а также в некоторых трамваях Euro-PCC в Бельгии. В американских трамваях используются либо троллейбусы , либо однорычажные пантографы.

Системы метро и воздушные линии

Большинство систем скоростного транспорта питаются от третьего рельса , но в некоторых используются пантографы, особенно те, которые предполагают обширную работу над землей. Большинство гибридных линий метро-трамвая или «до метро», маршруты которых включают пути на городских улицах или в других общедоступных местах, таких как (ранее) линия 51 амстердамского метро , зеленая линия MBTA , RTA Rapid Transit в Кливленде, Франкфурте . am Main U-Bahn и Muni Metro в Сан-Франциско используют воздушные провода, поскольку стандартный третий рельс будет препятствовать уличному движению и представлять слишком большой риск поражения электрическим током.

Среди различных исключений есть несколько трамвайных систем, например, в Бордо , Анже , Реймсе и Дубае , которые используют запатентованную подземную систему, разработанную Alstom , под названием APS , которая подает питание только на те сегменты пути, которые полностью покрыты трамваем. Эта система была первоначально разработана для использования в историческом центре Бордо, потому что система воздушных проводов могла вызвать визуальное вторжение. Подобные системы, позволяющие избежать воздушных линий, были разработаны компаниями Bombardier , AnsaldoBreda , CAF и другими. Они могут состоять из физической наземной инфраструктуры или использовать энергию, хранящуюся в аккумуляторные батареи для поездок на короткие расстояния без воздушной проводки.

Пантографы над головой иногда используются в качестве альтернативы третьим рельсам, потому что третьи рельсы могут обледенеть в определенных зимних погодных условиях. Синяя линия MBTA использует питание пантографа на всем участке своего маршрута, который проходит по поверхности, при этом переключаясь на питание от третьего рельса перед входом в подземную часть своего маршрута. Все системы метро Сиднея , Мадрида , Барселоны , Шанхая , Гонконга , Сеула , Кобе , Фукуоки , Сендая , Джайпура , Ченнаи , Мумбаи и Дели. использовать воздушную проводку и пантографы (а также некоторые линии метро в Пекине , Чунцине , Нойде , Хайдарабаде , Джакарте , Токио , Осаке , Нагое , Сингапуре , Саппоро , Будапеште и Мехико ). Пантографы также использовались на линиях скоростного транспорта компании Nord-Sud в Париже до появления другой операционной компании того времени, Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris . , выкупила компанию и заменила всю воздушную проводку на стандартную систему третьего рельса, используемую на других линиях.

Многочисленные железнодорожные линии используют как третий рельс, так и сбор электроэнергии на разных участках своих маршрутов, как правило, по историческим причинам. Они включают в себя линию Северного Лондона и линии Западного Лондона лондонского наземного метро , линию Северного города Great Northern , три из пяти линий в сети метро Роттердама , линию New Haven Metro-North Railroad и желтую линию Чикагского транзитного управления . . В этом последнем случае верхняя часть была остатком высокоскоростного маршрута долины Скоки железной дороги Чикаго и Милуоки , [14] и была единственной линией во всей системе метро Чикаго, где использовалась коллекция пантографов любой длины. Таким образом, для линии требовались железнодорожные вагоны с пантографами, а также башмаки третьего рельса, и, поскольку накладные расходы составляли очень небольшую часть системы, таким образом было оборудовано лишь несколько вагонов. Переход произошел на перекрестке в Ист-Прери, бывшем месте станции Кроуфорд-Ист-Прери . . Здесь поезда, направляющиеся в Демпстер-Скоки, поднимали свои пантографы, а поезда, направляющиеся в Ховард, опускали их, причем в обоих случаях на скорости. В 2005 году из-за стоимости и уникальных потребностей в техническом обслуживании того, что представляло собой лишь очень небольшую часть системы, воздушная система была удалена и заменена той же третьей линией питания, которая использовалась во всей остальной части системы, что позволило все Вагоны Чикаго для работы на линии. С автомобилей, оборудованных Skokie, были сняты все пантографы.

В 2010 году линия метро Осло 1 была заменена с третьего рельса на воздушную линию на станции Фрёэн. Из-за большого количества железнодорожных переездов было сложно установить третий рельс на оставшейся части однопутной старой линии . [15] После 2010 года третьи рельсы использовались, несмотря на железнодорожные переезды. Третьи рельсы имеют зазоры, но контактных башмаков две.

Трехфазное питание

В некоторых системах, использующих трехфазное питание , локомотивы и электровагоны имеют два пантографа с трехфазной цепью, обеспечиваемой ходовыми рельсами. В 1901 году экспериментальная высокоскоростная установка, еще одна разработка Вальтера Райхеля из Siemens & Halske, использовала три вертикально установленных воздушных провода с коллекторами, установленными на горизонтально простирающихся пантографах. [16] [17]

Наклонные пантографы

На линиях, где полувагоны загружаются сверху, для этого воздушная линия может быть смещена; затем пантографы устанавливаются под углом к вертикали. [18]

Слабые стороны

Контакт между пантографом и воздушной линией обычно обеспечивается блоком из графита . Этот материал проводит электричество, работая как смазка . Поскольку графит хрупкий, во время работы его части могут отколоться. Плохие пантографы могут захватить воздушный провод и оборвать его, поэтому существует двустороннее влияние, при котором плохие провода могут повредить пантограф, а плохие пантографы могут повредить провода. Чтобы предотвратить это, можно использовать станцию наблюдения с пантографом . На устойчиво высоких скоростях, выше 300 км/ч (190 миль/ч), трение может привести к тому, что контактная полоса раскалится докрасна, что, в свою очередь, может вызвать чрезмерное искрение и, в конечном итоге, выход из строя. [19]

В Великобритании пантографы ( Brecknell Willis и Stone Faiveley ) транспортных средств поднимаются за счет давления воздуха, а графитовые контактные «углероды» создают воздушную галерею в головке пантографа, которая выпускает воздух, если графитовая полоска теряется, активируя автоматическое опускание. устройство и опускание пантографа для предотвращения повреждений. В более новых электрических тяговых устройствах могут использоваться более сложные методы, которые обнаруживают нарушения, вызванные дуговым разрядом в точке контакта при повреждении графитовых полос. На электропоезде не всегда есть два пантографа , но в тех случаях, когда они есть, можно использовать другой, если один поврежден; примером такой ситуации может быть Pendolino класса 390 . . Задний пантограф по отношению к направлению движения часто используется, чтобы не повредить оба пантографа в случае запутывания: если использовался передний пантограф, обломки от запутывания могли привести к повреждению заднего пантографа, что приведет к выходу из строя как пантографов, так и транспортного средства. .

Пантограф

Пантограф ( струмоприймач типу пантограф, пантографний струмоприймач) — струмоприймач з підйомним механізмом у вигляді шарнірної багатоланки, що забезпечує вертикальне переміщення контактного полоза.

Пантограф служить для забезпечення надійного електричного з’єднання з контактним проводом контактної мережі електричного рухомого складу залізниць ( електровоза, електропоїзди, в тому числі їх електросекцій), трамваїв.

Назва пантографа походить від схожого на нього по формі пристроя для копіювання креслень (від греч. παντ — Всі, греч. γραφ — Писати).

Зміст

Пристрій пантографа

Пантограф має контактний полоз, закріплений на рухомих пристроях — каретках. Каретки пружно закріплені на верхніх рамах пантографа. Верхні рами через систему важелів шарнірно кріпляться до нижньої рами. Нижня рама пантографа через ізолятори жорстко закріплена на даху.

Всі частини пантографа знаходяться під повною напругою контактної мережі. Струм протікає і через шарнірні з’єднання пантографа, для зменшення перехідного опору в з’єднаннях та електрокорозії всі шарніри мають гнучкі мідні шунти. Для підйому та опускання пантографа на трамваях використовується механічний привід (наприклад, з мотузкою в кабіну на радянських трамваях) або електропривід з дистанційним керуванням на сучасних іноземних та українських трамваях), на електропоїздах і електровозах — пневматичний.

На електровозах пантографи встановлюються на кожній секції, але не менше двох на електровоз. Тобто на односекційних електровозах — два (для резервування). На електровозах постійного струму може встановлюватися по два пантографа на секцію, тому що більш низька, ніж при змінному струмі, напруга в контактній мережі обумовлює більш високі струми при рушанні й розгоні. Тому при поганому контакті між контактним проводом і контактним полозом струмоприймача може виникати електрична дуга, що створює небезпеку перепалу контактного дроту.

На електропоїздах встановлюється по одному пантографц на моторному вагоні кожної секції. Трамваї звичайно мають по одному струмоприймачі на моторний вагон. (Але трапляються й винятки, наприклад вагон типу 71-88г. Сучасні багатосекційні трамваї також, якщо треба, можуть комплектуватися двома струмоприймачами.)

Провід підвісної контактної мережі, призначеної для використання транспортними засобами, обладнаними пантографом, укладають не строго уздовж шляху руху, а з невеликим зигзагом. Це перешкоджає нерівномірного зносу контактного полоза пантографа.

Практика використання пантографа

Робота пристрою в тунелі

На електровозах, що мають два або більше пантографа, при русі зазвичай піднімають задній по ходу пантограф. Це може бути пов’язано з декількома міркуваннями:

При поломці пантографа він падає назад по ходу руху. Пантограф зазвичай розташований на даху локомотива близько кабіни управління, в той час як на даху над машинним відділенням звичайно розташовано дахове устаткування (деталі системи охолодження, реостати, ресивери та ін.) При падінні переднього по ходу руху пантографа тому він може пошкодити дахове устаткування, що може призвести до втрати локомотивом можливості рухатися своїм ходом. У той же час задній по ходу пантограф при поломці падає на дах невикористовуваної кабіни управління, де зазвичай немає життєво важливого обладнання.

Якщо машиніст при русі помітить несправність контактної мережі, яка загрожує поломкою пантографа (наприклад, обрив струни підвіски контактного проводу), у нього буде більше часу на опускання заднього пантографа, ніж переднього.

Локомотив при русі створює перед собою зону стиснення повітря, з якої повітря закінчується в сторони і вгору. Повітря, що рухається вгору, піднімає контактний дріт, і за рахунок цього для переднього пантографа створюються гірші умови контакту, ніж для заднього. (Значення цього фактора зростає зі збільшенням швидкостей руху.) На багатосекційних локомотивах, електропоїздах та електромотрісах немає необхідності піднімати пантограф на кожній секції або моторному вагоні, так як секції з’єднані між собою високовольтної шиною, що проходить по даху або по зчепленні. Тому піднімають лише стільки пантографів, скільки необхідно для забезпечення нормального струмознімання і безпеки контактного проводу від перепалу.

На потужних електровозах постійного струму, які споживають великий струм і мають більше одного струмоприймача на секцію (наприклад, ЧС200, ВЛ15, 2ЕC10 «Граніт»), під час найбільшого енергоспоживання (при рушанні й розгоні) можуть бути підняті всі пантографи для забезпечення більшої кількості точок струмознімання. Після розгону передні по ходу пантографи опускають.

Зрозуміло, що трамвая все сказане не стосується, тому, як правило, ми бачимо спарки із піднятим переднім пантографом.

Напівпантограф

Напівпантограф (назва в англійській мові — single arm pantograph) або асиметричний струмоприймач — зовні виглядає, як половина звичайного пантографа.

Менша маса.
Коливання напівпантографа при русі менше розгойдують елементи контактної мережі, що забезпечує кращий притиск полоза струмоприймача до контактного проводу і, таким чином, кращий струмознімання. Це особливо важливо при швидкостях руху понад 60-70 км / год.
Потрібно менше місця на даху, що полегшує розміщення дахового устаткування.
Деякі види електричного рухомого складу, розраховані на роботу з декількома системами електроживлення (Багатосистемність), мають різні пантографи для різних видів живлячого струму.
Менша матеріаломісткість.
Потрібна менша потужність приводу для підйому та опускання полупантографа.

Проте є у напівпантографа і недолік — менша міцність. Відомі випадки, коли господарства, нездатні підтримувати рухомий склад та контактну мережу в належному стані, переобладнували напівпантографи в традиційні пантографи.

Трамвайний пантограф

Якщо залізничні пантографи стали застосовуватися вже на найперших електричних залізницях, то трамвайні пантографи з’явилися не одразу. До масового поширення трамвайних пантографів досить широко були поширені трамваї зі штанговими і бугельним струмоприймачами. (Показово, зокрема, те, що деякі міста продовжують експлуатувати трамваї з штанговим струмоприймачем, незважаючи на те, що пантограф набагато надійніше штангового приймача.)

Пантограф проти штанги

Перші трамваї з пантографами з’явилися в США в 30-і роки. До цього в США неподільно панував штанговий струмоприймач, що використовувався і в багатьох інших країнах Америки і деяких країнах Європи. Але штанговий струмоприймач володіє наступними недоліками:

потребує влаштуванні стрілок на контактному дроті (подібна проблема існує і в сучасних тролейбусних системах, так як тролейбус не може експлуатувати пантограф); схильний до ризику сходження з контактного проводу, — сход сучасних тролейбусних струмознімальних штанг, що є нащадками трамвайних струмознімальних штанг, з проводів контактної лінії по сей день подія досить часте; порівняно важкокерованими, — розробка дистанційного керування токос’емноє штангами, особливо тролейбусними, — нетривіальне завдання, досі водій тролейбуса часто змушений вручну опускати і піднімати токос’емноє штанги); порівняно громіздкий, — в опущеному вигляді трамвайна штанга або дві тролейбусні штанги займають половину даху трамвайного вагона або кузова тролейбуса відповідно. Пантограф від усіх цих недоліків вільний.

порівняно компактний і в опущеному вигляді займає в багато разів менше місця, ніж штанга;
не потребує влаштуванні стрілок на контактному дроті, — трамвайна контактна мережа у результаті конструктивно порівняно проста і, як наслідок, більш надійна;

пантографом порівняно легко управляти, — в простому випадку пантограф управляється (опускається і піднімається) за допомогою керуючого тонкого троса, пропущеного в кабіну машиніста, також порівняно проста проблема дистанційного (наприклад, за допомогою електроприводу) управління пантографом.

Пантограф також симетричний щодо напрямку руху — допускає рух в обох напрямках з однаковою швидкістю. Штанговий струмоприймач (будь-який) такою властивістю не володіє. Тобто, і трамвай з штанговим струмоприймачем, і тролейбус можуть досить швидко їхати тільки вперед, але назад і той, і інший можуть їхати тільки порівняно повільно. Трамвай ж з пантографом може однаково швидко їхати і вперед, і назад. Останній чинник зумовлює той факт, що практично всі сучасні двосторонні трамваї оснащуються тільки пантографами (або полупантографамі).

Природно, пантограф практично витіснив штангу, і переважна більшість сучасних трамваїв використовують пантографи або полупантографи. Трамваї ж зі штанговими струмоприймачами збереглися лише в дуже невеликій кількості міст, де вони, крім транспортної функції, укупі з міською архітектурою виконують декоративну функцію.

З бугельним струмоприймачем

Пантограф проти бугеля

Бугельний струмоприймач володіє багатьма (але не всіма!) Перевагами пантографа перед штанговим струмоприймачем.

Тобто, як і пантограф, бугель не потребує влаштування стрілок на контактному дроті і не схильний до ризику сходження з контактного проводу.
Як і при використанні пантографа, при використанні бугеля трамвайна контактна мережа виходить конструктивно порівняно простою (відсутні за непотрібністю стрілки на контактному проводі) і, як наслідок, більш надійною.

На цьому тлі в Європі, що зробила ставку на бугельний струмоприймач ще на зорі електричного трамвая як виду транспорту, переваги пантографа перед бугелем спочатку помічені не були. Більш того, досить довгий час (як це спостерігалося, наприклад, у СРСР) трамваї з бугелями і трамваї з пантографами експлуатувалися одночасно одними і тими ж трамвайними системами. Але бугель, як і штанговий струмоприймач, є порівняно важкокерованим, — трамвайний пантограф досить легко управляється за допомогою простого тонкого троса, пропущеного в кабіну машиніста, тоді як бугелем так керувати з кабіни машиніста просто фізично не вийде.

Частково зрівнює шанси пантографа і бугеля дистанційне керування (з електроприводом, наприклад), але електропривод для управління бугелем потрібен більш потужний, ніж для управління пантографом.

Також, як і штанговий струмоприймач, бугель порівняно громіздкий — в опущеному положенні бугель займає половину даху трамвайного вагона. Зіграла свою роль і відсутність необхідності переробки контактної мережі при відмові від бугеля на користь пантографа. В результаті пантограф здобув перемогу і над бугелем — в даний час бугельний струмоприймач використовують тільки підтримувані в справному стані старі трамваї, використовувані в більшості випадків лише для екскурсійних поїздок.

Автомобільний пантограф

Компанія Siemens розробляє вантажівка з гібридним двигуном використовує пантограф. Використання пантографа (на відміну від штанги в тролейбусах), не вимагає зупинки для під’єднання / від’єднання від мережі.