Hoe wordt een pantograaf als stroomafnemer gebruikt?

Een pantograaf wordt ook wel schaarbeugel genoemd. Een pantograaf is een benaming voor een stroomafnemer die gemonteerd is aan een beweegbaar deel van een elektrische installatie. Het beweegbare deel van deze elektrische installatie is meestal een voertuig zoals een elektrische locomotief. Dit beweegbare deel bevat een stroomafnemer, in de vorm van bijvoorbeeld een pantograaf. Deze pantograaf of schaarbeugel heeft verschillende benamingen zoals  beugel, stra en panto.

Elektrificatiesysteem
In feite vormt een pantograaf een onderdeel van een elektrificatiesysteem. Een elektrificatiesysteem is een elektrisch systeem dat wordt gebruikt om een voertuig extern van stroom te voorzien. De elektrische stroom wordt dus niet in het voertuig zelf opgewekt en er wordt ook geen gebruik gemaakt van accu’s om het voertuig in beweging te brengen. In plaats daarvan wordt de elektrische stroom door een bron buiten het voertuig aangebracht. Bij treinen gebeurd dit doormiddel van een bovenleiding. Een trein moet echter de elektrische stroom van de bovenleiding op kunnen nemen. Daarvoor wordt gebruik gemaakt van een stroomafnemer. Dit is een pantograaf. Het is echter ook mogelijk dat elektrische stroom doormiddel van een derde rail wordt aangevoerd.  

Rijstroom en retourstroom
De elektrische stroom die doormiddel van de bovenleiding wordt geleverd wordt ook wel de rijstroom genoemd. Dit houdt in dat deze stroomvoeding wordt gebruikt om het voertuig te laten rijden, oftewel in beweging te brengen. Er is echter ook sprake van retourstroom. Deze retourstroom wordt doormiddel van het spoor afgevoerd.

Hoe komt men op de naam pantograaf
De naam pantograaf brengt misschien verwarring. Een pantograaf werd namelijk in de wereld van tekenaars, kunstenaars, wiskundigen en constructeurs gebruikt. Daar werd een pantograaf ook wel een tekenaap genoemd. Dit is een verstelbare parallellogram die gemaakt is van hout, kunststof of metaal. De stroomafnemer die door treinen wordt gebruikt lijkt op het gebied van vormgeving een beetje op een pantograaf die door tekenaars werd gebruikt. Dit komt mede door de scharnierende constructie die een belangrijk onderdeel vormt van de stroomafnemer die gebruikt wordt bij treinen.

Wat is elektrificatie en een elektrificatiesysteem?

Elektrificatie is een term die wordt gebruikt voor het systeem waarmee een voertuig wordt voorzien van elektrische voeding van buitenaf. Meestal wordt elektrificatie toegepast bij treinen die elektrisch worden aangedreven doormiddel van een bovenleiding of een derde rail waarop elektrische spanning staat. Dit gehele systeem wordt ook wel een elektrificatiesysteem genoemd en hierbij kan gelijkspanning of wisselspanning worden toegepast. Verder kan ook een verschillend voltage worden gebruikt. Het vermogen van de motor van het voertuig is belangrijk bij het bepalen van de voedingsspanning die nodig is. Trolleybussen en trams worden bijvoorbeeld met 600 of 750 volt gelijkspanning gevoed. Metrostellen maken gebruik van een voeding tot 1500 volt en bij de treinen voor de spoorwegen kan de spanning oplopen tot 25 000 volt wisselspanning.

Verschillende soorten voeding voor treinen
Elektrische treinen worden over het algemeen gevoed doormiddel van elektrische bovenleiding. De retourstroom stroomt via de treinrails weer terug naar het onderstation. Er zijn vier belangrijke voedingssystemen:

  • Gelijkstroom
  • Draaistroom (drie fasen)
  • Eenfasige wisselstroom met een lage frequentie (16⅔ of 25 Hz)
  • Eenfasige wisselstroom met een normale frequentie (50 of 60 Hz)

De eerste drie voedingssystemen (gelijkstroom, draaistroom en eenfasige wisselstroom met een lage frequentie) werden ontwikkeld en ingevoerd voor de Eerste Wereldoorlog. Het systeem waarbij gebruik wordt gemaakt van wisselstroom op normale lichtnetfrequentie werd ontwikkeld in de periode tussen de twee wereldoorlogen in (interbellum). Pas na de Tweede Wereldoorlog werd dit systeem op grootschalige manier toegepast. Tegenwoordig word dit systeem (wisselstroom op normale lichtnetfrequentie) gezien als het meest ideale elektrificatiesysteem.