STEM X 衣食住行：電車原理大拆解

[2018.01.22] 發表

【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，它沿着路軌前行，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軚，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」被向心力拉着轉彎，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，藉由緊急情况下使用的轉轍線(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，但終因社會狀况、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