Электровоз переменного тока: Недопустимое название — Энциклопедия нашего транспорта

Содержание

«Укрзализныця» отцепила «Электровозостроение» – Газета «Ъ» Украина – Коммерсантъ

«Укрзализныця» меняет поставщика электровозов. Вместо продукции НПК «Электровозостроение» за заказы госмонополии в $2 млрд поборются «Лугансктепловоз» и Тбилисский электровозостроительный завод. Новость положительно сказалась на котировках акций «Лугансктепловоза», хотя на самом предприятии считают, что «Укрзализныце» трудно будет найти средства для реализации заявленных планов.

Государственная администрация железных дорог «Укрзализныця» (УЗ) утвердила концепцию функционирования и развития локомотивного хозяйства, определив основные серии электровозов, которые планируется закупать в ближайшие время, сообщили в пятницу в пресс-службе УЗ. «Приоритетными планами для нас является замена 400 единиц электровозов постоянного тока, отработавших свой ресурс, и модернизация парка тепловозов (2,4 тыс. единиц.—Ъ). Стоимость 400 электровозов при нынешних ценах — около $5 млн за электровоз — составляет $2 млрд. До конца года наш парк пополнится десятью электровозами, а со следующего года УЗ планирует закупать по 50-80 электровозов в год»,— рассказал Ъ первый заместитель гендиректора «Укрзализныци» Николай Сергиенко. По его словам, ставка будет сделана на электровозы постоянного тока 2ЕЛ4 и ВЛ11М6, которые производятся на «Лугансктепловозе» и Тбилисском электровозостроительном заводе соответственно. Два поставщика выбраны для того, чтобы не менять ремонтную базу. Электровозы 2ЕЛ4 планируется использовать на Донецкой железной дороге, а ВЛ11М6 — на Приднепровской и Львовской железных дорогах, объяснил господин Сергиенко. «В июне проведем тендер и определим поставщиков электровозов постоянного тока. Также мы планируем приобрести электровозы переменного тока 2ЕЛ5»,— отметил он.

Таким образом, госмонополия отказывается от продукции НПК «Электровозостроение». «Электровозы НПК показали себя ненадежными. На техническом совете было принято решение отказаться от закупок, пока НПК их не усовершенствует»,— уточнил господин Сергиенко.

Напомним, УЗ в 1996-2005 годах осуществляла закупки грузовых электровозов постоянного тока Д1 производства НПК. В 2004 году монополия заключила с НПК договор о производстве 100 электровозов переменного тока ДС3 (производства НПК совместно с Siemens), но с того времени было приобретено всего 18 единиц ДС3. В перспективе НПК должен был произвести современный двухсистемный электровоза ДС4, но из-за проблем с финансированием проект не был реализован.

В «Лугансктепловозе» считают, что заявленные планы выглядят маловероятными. «Для нас эта новость, безусловно, положительная, выполнение этих заказов для УЗ позволит заполнить простаивающую линию по производству электровозов, на которую приходится 20-30% всех мощностей завода»,— говорит председатель набсовета «Лугансктепловоза» Виктор Быкадоров. «Денег у ‘Укрзализныци’ нет. В прошлом году администрация приобрела у нас всего 3 из 5 заказанных машин»,—добавляет он.

В пятницу на фоне новости о предполагаемом обновлении парка электровозов акции «Лугансктепловоза» на «Украинской бирже» выросли на 1,67% при падении индекса на 0,81%. «Мы ожидаем их роста в дальнейшем»,— отмечает старший аналитик ИК Dragon Capital Таисия Шепетко.

Андрей Леденев

Переменного тока

  • Грузовой электровоз HXD2
    Тяжелый магистральный грузовой электровоз, предназначен для эксплуатации электрифицированных железных дорогах переменного тока 25 кВ. Данный электровоз выпускается Датунским электровозостроительным заводом
  • Электровоз Ф
    Чтобы быстрее накопить опыт по эксплуатации электровозов переменного тока напряжением 25 кв и сопоставить различные конструкции отдельных устройств и оборудования этих локомотивов, в июле 1957 г. в соответствии с долгосрочным соглашением между СССР и Францией был выдан заказ французским фирмам «Альстом», «Шнейдер» (в Крезо), «Жемон» и «Шнейдер-Вестингауз»…
  • Электровоз К
    Чтобы быстрее накопить опыт работы электровозов с кремниевыми выпрямителями, были заказаны в мае 1959 г. фирмам «Сименс-Шуккертверке» в Эрлангене и «Крупп Машиненфабрикен» в городе Эссене (Федеративная Республика Германии) для поставки Советскому Союзу 20 шестиосных грузовых электровозов переменного тока напряжением 25 кв…
  • Электровоз ВЛ84
    Результаты испытаний электровоза ВЛ81 были использованы при создании новых опытных двухсекционных восьмиосных грузовых электровозов переменного тока ВЛ84. Так как техническими требованиями на эти электровозы предусматривалось исполнение их для работы в условиях холодного климата Байкало-Амурской магистрали (исполнение ХЛ)….
  • Электровоз ВЛ81
    Кузов электровоза ВЛ81 выполнен по типу кузова электровоза ВЛ80Т с изменениями, связанными с подвешиванием тяговых электродвигателей и применением некоторых новых типов электрического оборудования. Длина электровоза такая же, как ВЛ80Т (32 840 мм). Тележки, как и у электровоза ВЛ83, имеют только цилиндрические пружины в рессорном. ..
  • Электровоз ВЛ80Т
    Механическая часть электровоза выполнена в виде двух одинаковых четырехосных секций с несочлененными тележками. В кузовах секций электровоза сварной конструкции широко использованы гнутые профили; по концам кузовов установлены автосцепки СА-3 с фрикционными аппаратами. Рамы тележек имеют боковины коробчатого сечения…
  • Электровоз ВЛ80С
    Электровозы ВЛ80Т не имеют оборудования, позволяющего управлять двумя сцепленными электровозами одним машинистом (работа по системе многих единиц). Для обеспечения возможности вождения тяжелых грузовых поездов ВЭлНИИ внес необходимые изменения в электрические цепи управления и пневматические системы тормозов электровозов ВЛ80Т…,
  • Электровоз ВЛ80Р
    Электровозы ВЛ80Т и ВЛ80С с реостатным торможением не возвращают в контактную сеть электрическую энергию, вырабатываемую при движении поездов по спуску или во время снижения скорости, что существенно снижает их эффективность, особенно при работе на участках с тяжелым профилем пути.
    Поэтому по техническим требованиям, разработанным Всесоюзным….
  • Электровоз ВЛ40
    В начале 60-х годов на Новочеркасском и Тбилисском электровозостроительных заводах велосв проектирование четырехосных электровозов переменного тока для обслуживания пассажирского движения. Мощность этих локомотивов составляла всего 3000—3200 кВт, сцепной вес — порядка 84 тс. Новочеркасский электровозостроительный завод….
  • Пассажирский электровоз ЧС4Т
    Шестиосный электровоз ЧС4Т является основным типом пассажирского локомотива для линий, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ. Первый опытный электровоз ЧС4Т был построен чехословацкими заводами Шкода в 1971 г., затем после внесения в конструкцию небольших изменений электровозы ЧС4Т (заводской тип 62Е) строились…
  • Опытный электровоз Srl-3000
    В 1972 г. Новочеркасский электровозостроительный завод выпустил опытный образец четырехосного электровоза переменного тока 25 кВ Srl-3000. По типу этого электровоза завод должен был изготовить партию электровозов для железных дорог Финляндии. Проект электровоза разработан ВЭлНИИ. Кузов электровоза сварен из профильной и листовой стали…
  • Грузовой электровоз ВЛ86Ф
    Переход от коллекторных машин к бесколлекторным при одновременной замене контакторных систем бесконтактным электронным оборудованием позволяет резко снизить объем ремонта локомотива и трудовых затрат по уходу за ним. Кроме того, электронное оборудование, как показывает опыт создания электровозов ВЛ80Р и ВЛ85…
  • Грузовой электровоз ВЛ83
    Все поступившие на советские железные дороги грузовые электровозы, построенные до 1976 г., имели опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей, при котором около половины веса электродвигателей передавалось на путь непосредственно через колесные пары. Такое подвешивание менее благоприятно как для самих тяговых…
  • Пассажирский электровоз ЧС8
    Одним из способов повышения провозной способности железных дорог является увеличение количества вагонов в пассажирском поезде, а следовательно, и его веса. При этом необходимы локомотивы, имеющие более высокие сцепные веса, что на электрифицированных линиях практически означает переход от шестиосных пассажирских электровозов…
  • Грузовой электровоз ВЛ85
    Все построенные до 1983 г. для железных дорог Советского Союза грузовые электровозы являются шести- или восьмиосными и имеют две кабины машиниста, причем два электровоза ВЛ80С могут управляться одним машинистом, т. е. образовывать как бы шестнадцатиосный локомотив. На электровозах ВЛ80С, выпускавшихся с середины 1983 г.,

801131057010173144318912310615742140133

Экспо-1520 — Часть 4: динамическая экспозиция — электровозы советского периода

Вторая часть динамической экспозиции в рамках Экспо-1520 посвящена электровозам советского периода. К моему большому сожалению эту часть экспозиции в этом году сильно урезали: тепловозов советского периода не было вообще (а я признаться на ТЭ3 рассчитывал), элетровозов всего 6 (в прошлые годы было поболее). Однако чего там говорить, и этому я был очень рад и доволен — один оригинальный ЧС4 компенсировал всё!


Локомотив ВЛ22М-1892:

Локомотив ВЛ22М — советский шестиосный электровоз постоянного тока, выпускавшийся с 1947 по 1958 гг. Это первый советский крупносерийный электровоз (было построено свыше полутора тысяч), также последний представитель семейства сурамских локомотивов.

Начать следует издалека. Сурамский перевал — горный перевал Лихского (Сурамского) горного хребта (соединяет Большой Кавказ с Малым) на территории нынешней Грузии. Является самым низким перевалом данного хребта (высота 949 метров над уровнем моря). Через перевал проходят автомобильное шоссе и железная дорога (участок Хашури — Зестафони). В 1932 году этот железнодорожный участок был электрифицирован и на нём началась эксплуатация первых в Советском Союзе электровозов.

В 1928 году были начаты работы по сооружению гидроэлектростанций (на реках Кура и Риони), высоковольтных линий переменного трёхфазного тока, контактной сети и подстанций.

Напряжение тока на участке было принято равным 3000 В. Параллельно с этим было усилено верхнее строение пути, что позволяло применять локомотивы с осевыми нагрузками 22 тс. Все работы по электрификации были закончены в 1932 году и 2 августа того же года состоялась обкатка первого в СССР электровоза — С10-01 американского производства (фирма «Дженерал Электрик» ), а 16 августа официально открылось движение электровозов через Сурамский перевал. Вскоре на участок, помимо электровозов С, стали поступать электровозы серий СИ (итальянская фирма «Техномазио Итальяно Броун Бовери» (ТИББ)) и СС (заводы Коломенский и «Динамо») — всего 17 электровозов (т.н. Сурамского типа), которые полностью заменили паровозы в поездной работе, то есть 1 электровоз заменил 2,5 паровоза. Электровозы имели рекуперативное торможение, активно применять которое на участке позволяла схема питания контактной сети: трёхфазный двигатель переменного тока, получавший питание от внешней электрической цепи, приводил во вращение генератор постоянного тока на напряжение 3000 В:

Летом 1933 года на участок поступил для испытаний первый электровоз советской конструкции — ВЛ19, а зимой 1934 года — первый в СССР пассажирский электровоз серии ПБ21. В сентябре 1938 года был изготовлен электровоз, обозначенный сначала СМ22-22 (электровоз сурамского типа модернизированный, первые 22 обозначали нагрузку на рельсы от движущей колесной пары в тонно-силах, вторые 22 — порядковый номер в серии СС). Однако вскоре по указанию НКПС обозначение серии было заменено на ВЛ (Владимир Ленин). Электровозу был присвоен номер 146, как продолжение нумерации серии ВЛ19.
В июне 1946 года завод «Динамо» построил первый после войны электровоз ВЛ22-184 с новыми ТЭД. Этот электровоз стал последним магистральным электровозом, выпущенным заводом «Динамо». Дальнейшее производство было перенесено на Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ). Первый магистральный электровоз, обозначенный ВЛ22М−185, НЭВЗ выпустил 7 марта 1947 года:

Основной чертой всех электровозов сурамского типа (в том числе ВЛ22М) является наличие переходных площадок по концам кузова, что по существовавшим в то время нормам было обязательным для всех электровозов с электрооборудованием для работы по СМЕ. Экипажная часть локомотива состоит из двух сочленённых трёхосных тележек (осевая формула 0-30-0 + 0-30-0). Кузов вагонного типа с несущей главной рамой. Рессорное подвешивание выполнено преимущественно на листовых рессорах. Подвешивание тягового электродвигателя — опорно-осевое.
Ну а серия локомотивов ВЛ22М выпускалась НЭВЗ до 1958 года включительно. Всего завод изготовил 1541 электровоз этой серии. На 1 января 1959 года электровозы ВЛ22М работали на 17 из 44 существовавших на тот момент железных дорог СССР.

Рабочий электровоз ВЛ22М-1892 сохранился на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке; используется во время различных мероприятий. Он выкрашен в нетипичный для серии ярко-синий цвет (базовый цвет для всех локомотивов был зелёный):

Локомотив ВЛ8-1642:

ВЛ8 (Владимир Ленин, 8-осный; до 1963 — Н8 — новочеркасский) — советский магистральный грузовой электровоз постоянного тока с осевой формулой 2о+2о+2о+2о, выпускавшийся с 1953 по 1967 год. До 1961 года (до появления ВЛ10 и ВЛ80) был сильнейшим локомотивом страны. В 1960-х наравне с ВЛ60 и ТЭ3 являлся одним из основных локомотивов на советских железных дорогах.

В 1952 году под руководством главного конструктора НЭВЗа Б. В. Суслова началось проектирование нового электровоза, а в марте 1953 года уже был изготовлен первый опытный восьмиосный электровоз Н8‑001. Серия Н8 означала: новочеркасский, восьмиосный. На электровозе были применены принципиально новые тележки литой конструкции, подобные применённым на американских тепловозах ДБ. Все буксы были оборудованы подшипниками качения. Рессорное подвешивание, состоящее из надбуксовых цилиндрических пружин и листовых рессор, выполнено сбалансированным по каждой стороне тележки. Кузов электровоза был впервые выполнен без переходных площадок, полуобтекаемой формы. Двери расположены с боковых сторон кузова, со входом прямо в кабину машиниста.

В 1956 году начался серийный выпуск электровозов на Новочеркасском электровозостроительном заводе. Для увеличения выпуска электровозов к программе их выпуска решено было подключить Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ). В 1957 году завод выпустил свой первый, опытный электровоз, а с 1958 года начался серийный выпуск. Серийные электровозы по конструкции повторяли опытную серию, имелись лишь небольшие отличия. Кузова и тележки электровозов ВЛ8 начиная с 1957 года изготавливал Луганский тепловозостроительный завод. Электровозы серии Н8 получили с января 1963 года обозначение серии ВЛ8. Электровозы строились по 1967 год включительно. Всего было выпущено 1723 электровоза, из них НЭВЗ построил 430 электровозов и ТЭВЗ — 1293 электровоза:

До 1961 года они были самыми мощными в стране локомотивами, способными водить одиночной тягой на подъёме 9 ‰ поезда массой 3500 т со скоростью 50-80 км/ч.
При скорости 100 км/ч электровоз может развить силу тяги 8000 кг. Рекуперативное торможение электровоза возможно с 12 до 100 км/ч. Сцепной вес электровоза 180 т.

С середины 1970-х годов электровозы ВЛ8 стали часто применять в пассажирском движении, что потребовало применить на них некоторые устройства для вождения пассажирских поездов. Так на ВЛ8 появились устройства ЭПТ и электроснабжения пассажирского поезда. На некоторых участках с тяжёлым профилем (например, Горячий Ключ — Туапсе Северо-Кавказской железной дороги) стали практиковать движение ВЛ8 двойной тягой:

В настоящее время электровозы серии ВЛ8 эксплуатируют железные дороги Украины, Армении (депо Гюмри и Ереван), Абхазии (депо Сухум), Грузии (депо Самтредиа, Батуми, Тбилиси-Пассажирская и Тбилиси-Сортировочная) и Азербайджана (депо Гянджа, Баладжары и Бёюк-Шор):

Данный ВЛ8-1642 построен на Тбилисском электровозостроительном заводе в 1967-м году. В 2000 г. передан на полигон ВНИИЖТ в Щербинке

Локомотив ВЛ23-419:

ВЛ23 — советский электровоз постоянного тока. Расшифровка обозначения: ВЛ — «Владимир Ленин», 23 — осевая нагрузка 23 т.

В 1954 году Новочеркасский электровозостроительный завод разработал эскизный проект нового электровоза, который послужил бы заменой электровозу ВЛ22М, основным минусом которого являлось быстрое падение силы тяги с увеличением скорости движения и конструкция тележек, не позволявшие эффективно эксплуатировать его на линиях с холмистым и равнинным профилями (изначально электровозы разрабатывались для горного перевала).

Вместо ТЭД ДПЭ-400 с часовой мощностью 400 кВт на новом локомотиве предполагалось использовать ТЭД НБ-406 часовой мощностью 525 кВт электровозов ВЛ8. Новая серия получила наименование ВЛ23. Некоторые элементы электровозов серии ВЛ23 были унифицированы с ВЛ8 (колёсно-моторный блок, мотор-вентиляторы) и ВЛ22М (мотор-компрессоры, схема рекуперативного торможения на некоторых электровозах серии). Проект тележек был выполнен в двух вариантах: с брусковыми рамами по типу рам электровозов ВЛ22М и с литыми рамами по типу рам электровозов ВЛ8. На первых опытных электровозах намечалось применить тележки с брусковыми рамами, на последующих — тележки с литыми рамами.

В январе — феврале 1956 года Новочеркасский электровозостроительный завод построил два первых электровоза новой серии — ВЛ23-001 и ВЛ23-002. Прочностные испытания электровоза ВЛ23-001 показали, что тележки обладали достаточной прочностью, а сам электровоз имел удовлетворительную вертикальную динамику, поэтому конструкционную скорость повысили с проектных 90 км/ч до 100 км/ч.
Тяговые и тормозные испытания электровоза ВЛ23-002 проходили на Южно-Уральской железной дороге. Испытания показали преимущество нового локомотива по сравнению с ВЛ22М на высоких скоростях движения. В то же время были отмечены большая склонность электровоза ВЛ23 к боксованию при трогании и разгоне и более быстрое нарастание частоты вращения боксующей колёсной пары. Также у нового электровоза наблюдалось повышенное виляние при скорости выше 70 км/ч.

В январе 1958 года НЭВЗ выпустил ещё два электровоза серии ВЛ23 без рекуперативного торможения с электроаппаратурой, рассчитанной на бо́льшие токи, и увеличенным количеством пусковых ступеней. Отсутствие площадок по концам кузова позволило увеличить помещение для электрооборудования. Для выбора соединения тяговых двигателей (шесть двигателей последовательно — на позициях контроллера машиниста до 23-й включительно, две ветви по три последовательно — на позициях с 24-й по 38-ю, или три ветви по два последовательно — на позициях с 39-й по 48-ю) на электровозе установлен групповой переключатель ПКГ-305 с двухцилиндровым пневматическим приводом.

После прекращения в 1958 г. выпуска электровозов ВЛ22М завод начал строить электровозы ВЛ23 без рекуперативного торможения. На электровозе ВЛ23-210 и последующих устанавливались контроллеры машиниста, имеющие унифицированные с контроллерами электровозов серии ВЛ8 детали. С электровоза № 475 увеличен объём песочных бункеров с 1400 л (2100 кг) до 1960 л (2940 кг). Электровозы серии ВЛ23 строились Новочеркасским электровозостроительным заводом до середины 1961 года. Всего было выпущено 489 электровозов. Данный электровоз ВЛ23-419 построен в феврале 1961-го года

Следует особо отметить, что электровозы ВЛ23, не обременённые излишними усложнениями в конструкции механических частей, электрических аппаратов и вспомогательных машин, в период 1960-80-х годов были самыми надёжными (по количеству отказов на единицу пробега) локомотивами на магистральных железных дорогах СССР. К середине 1990-х массовая эксплуатация ВЛ23 была закончена. Остались лишь несколько электровозов для вывозной работы на пассажирских станциях.

Локомотив ВЛ60К-1605:

ВЛ60 (Владимир Ленин, тип 60, до января 1963 — Н6О, — Новочеркасский 6-осный Однофазный; прозвища) — первый советский магистральный электровоз переменного тока, запущенный в крупносерийное производство. В 1960-х наравне с ВЛ8 и ТЭ3 являлся одним из основных локомотивов на советских железных дорогах.

Впервые в Советском Союзе вопрос об электрификации железных дорог на переменном токе был поставлен ещё в 1920-х, когда только начинали электрифицировать направление через Сурамский перевал. Простейшие расчёты показывали, что в будущем электрическая тяга на постоянном токе с номинальным напряжением 3000 В не позволит рационально решить вопрос увеличения провозной способности линий путём повышения веса поездов и скорости их движения. Так эти расчёты показывали, что при ведении поезда массой 10 000 т на подъёме 10 ‰ при скорости 50 км/ч тяговый ток электровозов будет составлять более 6000 А. Это требовало бы увеличения сечения контактных проводов, а также более частого расположения тяговых подстанций. В общей сложности учёные сравнили около двухсот вариантов сочетаний рода тока и величин напряжений, после чего было принято решение, что оптимальным вариантом является электрификация на постоянном или переменном (50 Гц) токе напряжением 20 000 В. Первая система на тот момент в мире вообще нигде не была испытана, а вторая была изучена очень мало, поэтому на первой Всесоюзной конференции по электрификации железных дорог было принято решение о сооружении опытного участка, электрифицированного на переменном токе (50 Гц) напряжением 20 кВ, а также построить электровоз для испытаний, которые бы позволили выявить преимущества и недостатки электровозов переменного тока в условиях нормальной эксплуатации.

В октябре 1938 года на заводе «Динамо» при поддержке Коломенского завода была закончена постройка первого в Советском Союзе электровоза переменного тока, которому присвоили обозначение ОР22 (однофазный, с ртутным выпрямителем, нагрузка на ось — 22 тс). Для упрощения производства, механическая часть и тяговые двигатели этого электровоза были заимствованы от электровозов «Владимир Ленин» и «Сергей Киров». После проведения заводских испытаний, электровоз ОР22 был отправлен на экспериментальное кольцо ВНИИЖТа, где 19 декабря 1939 года совершил свою первую самостоятельную поездку под напряжением. Дальнейшие испытания данного электровоза показали, что схема электрификации на переменном токе высокого напряжения (20 кВ) и промышленной частоты (50 Гц) является оптимальным вариантом. Благодаря этому отпадает необходимость в применении неэкономичного реостатного пуска, возрастает число экономических скоростей, а устранение гальванической связи между контактной сетью и тяговыми электродвигателями позволяет лучше защитить последние от различных перенапряжений, а также снизить толщину изоляции, что в свою очередь ведёт к увеличению их удельной мощности. Помимо этого, принципиальная схема электровоза (трансформатор—выпрямитель—ТЭД) оказалась настолько удачной, что впоследствии по ней стало выпускаться подавляющее большинство советских электровозов переменного тока. Сам ОР22 в начале Великой Отечественной войны был разоборудован.

Вновь к электровозам переменного тока в СССР вернулись в начале 1950-х в связи с началом пятой пятилетки, по планам которой предусматривалась массовая электрификация железных дорог. В 1952 году на Новочеркасском электровозостроительном заводе было начато проектирование нового электровоза переменного тока с ламповыми выпрямителями. В 1954 году завод выпустил по проекту 2 первых электровоза, которым было присвоено обозначение НО (новочеркасский однофазный). В дальнейшем до 1957 года включительно завод выпустил ещё 10 электровозов данной серии. Как и в случае с ОР22, механическая часть и тяговые электродвигатели для данного электровоза были заимствованы от электровозов постоянного тока (на сей раз от ВЛ22м). Однако в отличие от ОР22, на НО не было сеточного регулирования, а применено ступенчатое (33 позиции). Это в определённой степени упрощало устройство, но одновременно с этим снижало тяговые пусковые характеристики. Электровозы поступили для эксплуатации на линию Ожерелье — Павелец (Московская железная дорога), которая в 1955—1956 гг. была электрифицирована на переменном токе напряжением 20 кВ. Эксплуатация электровозов НО (в 1963 году их обозначение сменили на ВЛ61) была довольно успешной и ещё подтвердила полную работоспособность ламповых выпрямителей на электровозах. В результате было принято решение об электрификации на переменном токе сразу целого направления Транссиба, а именно: Мариинск — Зима, протяжённостью 1222 км. Однако уже к тому времени советские заводы начали выпуск более мощных локомотивов: электровозы ВЛ8 и тепловозы ТЭ3. Помимо этого, принятое в 1956 году на XX-ом съезде КПСС решения о массовом переходе на электровозную и тепловозную виды тяги подразумевало и рост весов поездов. Таким образом, электровозы НО с их часовой мощностью 2400 кВт уже не могли обеспечить выполнение провозной способности железнодорожных участков, что привело к решению о начале проектирования нового более мощного электровоза переменного тока[

В 1956 году на Новочеркасском электровозостроительном заводе была начата разработка эскизного проекта нового шестиосного электровоза переменного тока. Работы велись под руководством главного конструктора завода — Б. В. Суслова, который ранее уже руководил проектированием электровозов НО. От НО новый электровоз заимствовал схему пуска (встречно-согласное включение обмоток трансформатора, применение делительных реакторов, 33 пусковые позиции) и схему выпрямления (двухполупериодная с нулевым выводом), только вместо раздельных контакторов был установлен групповой переключатель ЭКГ-60/20 — это значительно упростило цепи управления. Помимо этого, на новом электровозе номинальное напряжение электродвигателей также было принято равным 1500 В, как у электровозов постоянного тока.

В январе 1957 года было начато рабочее проектирование. Так как к тому времени переход с винтовой стяжки на автосцепку был официально завершён, то новый электровоз сразу проектировался без буферов. Таким образом он стал первым в СССР локомотивом, на котором не предусматривалась установка буферов, при этом автосцепка крепилась на кузове, а не на тележках, что позволило снизить их массу, а также исключить межтележечное соединение, что в свою очередь позволило в освободившееся пространство опустить тяговый трансформатор. Также на проектируемом электровозе для соединения тележек с кузовом вместо шкворневых опор были использованы качающиеся (по принципу работы схожи с перевёрнутым маятником). В связи с этим, распространено заблуждение, что конструкторами были заимствованы отдельные узлы от электровозов Ф, приобретённых Советским Союзом у Франции. Однако данное заблуждение довольно легко опровергнуть, так как электровоз T-01 (прототип электровозов Ф) было выпущен лишь в 1959 году. К тому же, аналогичную конструкцию опор имели тепловозы ТЭП60 и первые ТЭП70. Качающиеся маятниковые опоры подобной конструкции были применены ещё на электровозе французских железных дорог серии BBB 6002 разработки 1948 года и описаны в советской технической литературе в период проектирования ВЛ60.

Принятое в октябре 1958 года решение об электрификации участка Мариинск — Красноярск — Зима на переменном токе со сроком ввода его в эксплуатацию в течение 1959—1960 гг. значительно ускорило организацию выпуска электровозов ВЛ60 на Новочеркасском электровозостроительном заводе. Уже в 1959 году было выпущено несколько десятков электровозов. Эти электровозы строились заводом с 1959 г. по 1965 г. и стали основным типом грузового локомотива на линиях, электрифицированных на переменном токе. При этом завод непрерывно работал над улучшением конструкции локомотивов данной серии. После постройки опытных электровозов ВЛ62 с кремниевыми выпрямителями Новочеркасский электровозостроительный завод в конце 1962 года выпустил два электровоза ВЛ60К. Всего был выпущен 501 электровоз серии ВЛ60К. Такое же наименование получили и все ранее выпущенные ВЛ60, переоборудованные с игнитронных выпрямительных установок на полупроводниковые (кремниевые).

Локомотивый серии ВЛ60 строились на протяжении 10 лет (с 1957 по 1967) и всего было построено 2618. Данный электровоз ВЛ60К-1605 был построен в 1964-м году. Подобные локомотивы использовались для вождения как грузовых, так и пассажирских составов (модификация П). Кое-где ещё можно встретить на отдаленных дорогах

Локомотив ЧС4-226:

ЧС4 (ЧехоСловацкого производства, тип 4; заводские обозначения типа — с 52E0 по 52E5) — пассажирский односекционный шестиосный электровоз переменного тока. Выпускался заводом Škoda с 1965 по 1972 годы для советских железных дорог.

К середине 1950-х годов пассажирские электрифицированные маршруты в СССР обслуживались электровозами ВЛ19 и ВЛ22, которые по своим тяговым характеристикам и динамическим качествам не соответствовали пассажирской службе. В связи с этим было принято решение о постройке пассажирского электровоза нового типа. Новочеркасский электровозостроительный завод к концу 1955 года разработал эскизный проект пассажирского электровоза, однако текущая загрузка завода производством грузовых электровозов не позволила приступить к производству новой пассажирской серии. Чтобы ускорить решение вопроса в ноябре 1956 года Советский Союз подписал контракт с предприятием Škoda, также известным как Пльзеньский завод им. В. И. Ленина, в Чехословакии.

В 1962 году, по заказу совнархоза СССР, народное предприятие Škoda приступило к разработке и проектированию шестиосного электровоза переменного тока для железных дорог СССР. В 1963 году был построен первый опытный электровоз S 699.001 (32E) ставший основой строительства электровозов переменного тока ЧС4 (52Е). В конце 1965 года в Советский Союз для испытаний в депо Кавказская прибыл первый шестиосный пассажирский электровоз серии ЧС4-001, с заводским обозначением типа 52E0.

С 1973 года завод Škoda перешёл на выпуск модели ЧС4Т, отличающейся формой кузова, конструкцией отдельных аппаратов, а также наличием реостатного тормоза. С 1963-го по 1972-й всего построено 230 единиц:

Электровозы ЧС4 первоначально поступали для работы в локомотивные депо Кавказская и Брянск-2, затем в депо Киев-Пассажирский, Киров, Балашов, Россошь. После электрификации участка Саратов-Ртищево в 1989 году — в депо Саратов.

ЧС4-226 (тип 52Е5) сохраняется в рабочем состоянии; локомотиву, по аналогии с ЧС4-012 музея Санкт-Петербурга, придали окраску по типу заводской. В 2012 году решался вопрос об установке электровоза в качестве памятного знака у депо Балашов-1. Точных сведений о решении вопроса установки пока нет. Иногда используется как ретро-локомотив на различных выставках:

Локомотив ЧС200-004:

ЧС200 (ЧехоСловацкого производства, максимальная скорость 200 км/ч; заводские обозначения типа — 66E0, 66E1) — скоростной пассажирский двухсекционный восьмиосный электровоз постоянного тока, выпущенный в Чехословакии заводом Škoda в г. Пльзень в 1974 году, и с 1979 по 1980 год, для эксплуатации в СССР на скоростных участках линии Ленинград — Москва, с максимальной скоростью 200 км/ч и конструкционной скоростью 220 км/ч. Всего заводом было выпущено 12 электровозов этой серии.

Ввиду возросшей необходимости перевода скоростного движения линии Ленинград — Москва на электрическую тягу с мощными и скоростными локомотивами, а впоследствии и обновления локомотивного парка на линии Ленинград — Москва, Правительством СССР совместно с МПС было принято решение о заказе в Чехословакии на народном предприятии Škoda в городе Пльзень нового мощного скоростного электровоза постоянного тока, способного развивать скорость 200 км/ч, мощностью двигателей 1 050 кВт в часовом режиме, и 1 000 кВт в длительном режиме. В 1969 году началась разработка и проектирование нового скоростного электровоза с условным обозначением ЧС200 (что означало: чехословацкий, с расчётной скоростью при эксплуатации 200 км/ч) и индексом разработки 66E0 (что означало: серия электровоза постоянного тока 66, испытательный, то есть прототип). Руководителем проекта был назначен ведущий инженер завода Франтишек Палик. Основой проекта стал уже эксплуатирующийся и прекрасно зарекомендовавший себя на железных дорогах СССР электровоз постоянного тока ЧС2. Однако, в проект ЧС200 было внесено немало значительных изменений. Исходя из расчета тяги, разгона, а также поддержания скорости стало ясно, что электровоз будет двухсекционным и не похожим ни на одного из своих предшественников.

Мощность электровоза была определена из условий движения поезда, состоящего из 12—14 четырехосных пассажирских вагонов с установившейся скоростью 200 км/ч, с учётом замедлений и разгона такого поезда в местах ограничения скорости. Последнее требовало увеличения мощности тяговых электродвигателей примерно на 40 % по сравнению с мощностью, необходимой для ведения поезда с установившейся скоростью. Так как необходимая мощность электровоза должна быть порядка 8 000 кВт, а мощность одного электродвигателя составляла около 1 000 кВт, то количество тяговых электродвигателей определялось как восемь. Это в свою очередь определило, что локомотив должен быть восьмиосным. Такое решение позволило также одновременно получить приемлемую для высоких скоростей нагрузку от колёсных пар на рельсы.

Немаловажным в достижении скорости является и то, что в процессе разработки и проектирования форма кузова и кабин электровоза менялась четырежды. Вначале основой проектирования стал кузов электровоза ЧС2 в двухсекционном восьмиосном исполнении, позднее разрабатываемый параллельно кузов электровоза ЧС2Т серии 63E, но испытания макетов этих кузовов в аэродинамической трубе на скорость потока воздуха 220 км/ч показали невысокие результаты, хотя электровоз ЧС2 и удавалось разогнать до 183 км/ч на Октябрьской железной дороге. Решение пришло неожиданно — во время испытаний на экспериментальном кольце Велим (ŽZO Velim), также известном, как полигон Церхенице (ŽZO Cerhenice), прототипа электровоза переменно-постоянного тока ES499. 0 (заводской тип 55E0). Он был построен для Чехословацких железных дорог, и при испытаниях развил скорость 219 км/ч. Вариант кузова и кабины этого электровоза и стал окончательным в постройке опытных ЧС200.

В начале 1974 года завод Škoda закончил строительство двух опытных электровозов ЧС200-001 (зав. № 6435) и ЧС200-002 (зав. № 6436). 24 июля 1974 г. электровоз ЧС200-001 имеющий ширину колеи 1435 мм в Чехословакии, на экспериментальном кольце Velim, развил скорость 210 км/ч. В конце 1974 года оба электровоза ЧС200 прибыли в локомотивное депо Ленинград-Пассажирский-Московский Октябрьской железной дороги для прохождения скоростных испытаний. Впоследствии разработка и строительство именно этих двух электровозов стало основой в строительстве серийных электровозов ЧС200 (тип 66Е1), ЧС6 (серия 50Е) и ЧС7 (серия 82Е).

C 1979 года по 1980 год заводом Škoda была изготовлена партия из 10 серийных электровозов ЧС200 (заводской тип 66Е1), в конструкции которых были внесены изменения и усовершенствования с учетом опыта испытаний электровозов ЧС200-001 и ЧС200-002, с испытанной скоростью 220 км/ч. На этих серийных ЧС200, получивших номера с 003 по 012, была изменена кабина машиниста и форма кузова, она стала более узкой и более обтекаемой; кузов был укорочен на 1080 мм. Также была изменена электрическая схема. Вместо асимметричных токоприемников AM18U французской фирмы Fevlei, установленных на прототипы, на серийных электровозах 66Е1 были установлены отечественные симметричные двухступенчатые токоприемники ТСп-6м разработки И. А. Беляева и В. А. Шияна, конструкция которых параллельно испытывалась на электропоезде ЭР200. Также была увеличена мощность двигателей электровозов, для вождения поездов с большим количеством вагонов.

Локомотивы поступили в депо ТЧ-8 Ленинград-Пассажирский-Московский Октябрьской железной дороги, для обслуживания пассажирских, скорых и скоростных поездов на линии Ленинград — Москва. Эксплуатировались до недавнего времени и мне часто попадались на глаза, но вот не успел сфоткать нормально, а сейчас им на смену пришли современные ЭП20

И ещё. Данный локомотив — ЧС200-004 — тот самый, который взрывали вместе с составом «Невского экспресса» в августе 2007-го года (тогда пострадало 60 человек, более 30 было госпитализировано, трое в тяжёлом состоянии).

Классификация электровозов и электропоездов

§ 1. Классификация электровозов и электропоездов

Электровозы классифицируют по роду тока, типу передач, роду работы и осевым характеристикам, а электропоезда — по роду тока и виду работы.

Классификация по роду тока. В зависимости от рода тока, подводимого к электровозам и электропоездам, различают системы электрической тяги постоянного тока, однофазного тока пониженной частоты 16 2/3 и 25 Гц, однофазного тока промышленной частоты 50 Гц. Имеется еще и многосистемный электроподвижной состав.

Э. п. с. постоянного тока. Номинальное напряжение в контактной сети магистральных железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, обычно составляет 3000 В, на промышленном транспорте — 1500 В, метрополитена — 825 В На электровозах и электропоездах устанавливают тяговые двигатели постоянного тока с контакторно-реостатным (рис. 3) или импульсным тиристорным управлением

Пуск и регулирование скорости движения в первом случае осуществляют с помощью пусковых резисторов, кроме того, контакторами переключают тяговые двигатели с одного соединения на другое. Такой способ управления получил наибольшее распространение Однако он имеет ряд недостатков, важнейшие из которых следующие: значительные потери энергии в пусковых резисторах, толчки тока и силы тяги при переключениях, невозможность плавного регулирования скорости, сложность осуществления рекуперативного торможения, необходимость применения относительно низкого напряжения в контактной сети, воздействие колебаний напряжения и перенапряжений в системе электроснабжения на питаемые непосредственно от контактной сети тяговые двигатели.

Тяговые двигатели э. п. с. магистрального и промышленного транспорта с кон-такторно-реостатным управлением обычно имеют номинальное напряжение на зажимах 1500 В. При этом напряжении габаритные размеры и масса тяговых двигателей относительно велики (минимальная масса двигателя 7,5—10 кг на 1 кВт)

При напряжении 3000 В в контактной сети тяговые подстанции располагают через 20—25 км, при напряжении 1500 В — через 10—15 км. С уменьшением расстояния между подстанциями увеличивается неравномерность их нагрузки и растет влияние пиковых нагрузок, использование подстанций ухудшается, стоимость оборудования возрастает. Опыты по повышению напряжения сети более 3000 В при постоянном токе и применении вращающихся или статических преобразователей напряжения на электровозах и электропоездах не привели к положительным результатам из-за сложности, громоздкости и большой стоимости электрооборудования.

Система электрической тяги на постоянном токе получила широкое распространение как в СССР, так и за рубежом (в США, Англии, Франции, Италии, Чехословакии и других странах). Протяженность этих дорог составляла на 1 января 1990 г. около 52 % общей длины всех электрифицированных линий мира, а в Советском Союзе — 51 % от общей протяженности электрифицированных линий страны.

Э. п. с. однофазного тока пониженной частоты. В ряде стран применяют для тяги однофазный ток пониженной частоты 16 2/3 или 25 Гц. Основные преимущества такой системы обусловлены возможностью применять в контактной сети высокое напряжение (11 и 15 кВ), что позволяет значительно уменьшить площадь сечения контактного провода и увеличить расстояние между

подстанциями. На электровозах и электропоездах этой системы коллекторные тяговые двигатели последовательного возбуждения подключают контакторами главного контроллера ГК непосредственно к вторичной обмотке тягового (силового) трансформатора 7* (рис. 4, а). Работают двигатели при сравнительно невысоком напряжении (400—600 В). Иногда при однофазном токе частотой 25 Гц (в США) на электровозах применяют двигатели постоянного тока, так как они обладают удовлетворительными тяговыми характеристиками. В этом случае устанавливают преобразователи однофазного тока в постоянный. Скорость движения электровоза регулируют, изменяя коэффициент трансформации трансформатора Т, т. е. соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток.

Тяговые подстанции при такой системе дороже и сложнее, чем подстанции постоянного тока, так как на них установлены агрегаты, преобразующие трехфазный ток промышленной частоты в однофазный пониженной частоты. Это значительно снижает экономический эффект, получающийся в результате уменьшения площади сечения контактного провода и числа тяговых подстанций. Некоторое повышение экономической эффективности таких электрифицирован-

Рис. 3. Принципиальная силовая схема электровозов системы постоянного тока с контактор-

но-реостатным управлением: / — токоприемник; 2 — быстродействующий выключатель, 3—//, 13, 14 — контакторы, 12 — отсасывающая линия; 15 — тяговая подстанция; 16 — контактная сеть, 17 — линия электропередачи энергосистемы

ных дорог достигается при питании их от специальных электрических станций, вырабатывающих переменный ток пониженной частоты. Такая система принята, например, в ФРГ, США и других странах

К недостаткам электровозов и электропоездов однофазного тока пониженной частоты относятся: невысокий коэффи-

Рнс. 4. Принципиальные силовые схемы электровозов с коллекторными тяговыми двигателями для участков, электрифицированных на однофазном токе пониженной (а) и промышленной (б)

частоты

КМ — контроллер машиниста; Г — тяговый трансформатор, ГК — главный контроллер, СР, СР1 и СР2 — сглаживающие реакторы, ПР1 и ПР2 — переходные реакторы, БРД — блок дифференциальных реле,

КО/ —КОв — диоды

иент мощности ‘, cos ф коллекторных тяговых двигателей (0,8—0,88), который при трогании становится меньше 0,3— 0,4; низкий коэффициент тяги 2 (в часовом режиме не превышает 0,17—0,19) [4]; сложность конструкции. Эту систему применяют в США, ГДР, ФРГ, Австрии, Швейцарии, Швеции, Норвегии и других государствах.

Э. п. с. однофазного тока промышленной частоты. Электроэнергия к такому э. п. с. подводится от простых трансформаторных подстанций, понижающих высокое напряжение переменного тока, получаемое от энергосистем общего пользования, до 25 кВ. Такое высокое напряжение позволяет максимально уменьшить площадь сечения проводов, облегчить опоры и фундаменты контактной сети, почти в 3 раза снизить расход цветного металла на контактную сеть (одновременно снижаются потери энергии) по сравнению с аналогичными показателями системы постоянного тока 3000 В. Стоимость строительства тяговых подстанций и контактной сети участков, электрифицированных на однофазном токе промышленной частоты, уменьшается по сравнению со стоимостью их при постоянном токе примерно на 30%.

Электровозы и электропоезда для железных дорог однофазного тока промышленной частоты могут иметь тяговые двигатели: постоянного или пульсирующего тока, вентильные — э. п. с. переменного (однофазно-постоянного) тока; коллекторные; трехфазные асинхронные —

3. п. с. однофазно-трехфазного тока. На э. п. с. переменного тока, построенном после 1970 г., устанавливают полупроводниковые преобразователи.

Электровозы и электропоезда с двигателями пульсирующего тока и полупроводниковыми преобразователями (рис.

4, б) строят в СССР, Франции, Англии и ряде других стран. Однофазный переменный ток диодами VD1—VD8 преобразуется в пульсирующий (постоянный),

1 cos <р = P/S, где Р — активная мощность, потребляемая электровозом для вращения тяговых двигателей; S — полная мощность, которую электровоз потребляет из сети.

2 Коэффициент тяги — отношение силы тяги при часовом режиме к сцепному весу электровоза

которым питаются двигатели М1—М4. Скорость движения регулируют, ступенчато изменяя коэффициент трансформации трансформатора Т, с помощью контакторов главного контроллера ГК-Как и на электровозе однофазного тока пониженной частоты (см. рис 4, а), для управления ГК применен контроллер машиниста КМ. Для того чтобы переход с одной ступени на другую происходил без разрыва силовой цепи (чтобы сила тяги электровоза не падала до нуля) и короткого замыкания секции обмотки трансформатора Т, использованы переходные реакторы ПР1 и ПР2. Электровоз будет развивать наибольшую по условиям сцепления силу тяги, если все тяговые двигатели работают в одинаковых условиях (при равных напряжениях и с одинаковыми токами). Это достигается с помощью блока дифференциальной защиты БРД, который является как бы уравнительным соединением между двумя контурами (см. § 86).

Если в преобразователе применить тиристоры, то напряжение можно регулировать не ступенчато, а плавно и, следовательно, плавно осуществлять пуск и разгон электровоза (подробно см. § 89).

В случае применения коллекторных двигателей однофазного тока промышленной частоты локомотив получается более простым, чем с двигателями пульсирующего тока. Однако пока еще не удалось создать для грузового движения надежный, компактный и экономичный однофазный коллекторный двигатель промышленной частоты.

На электровозах с трехфазными асинхронными тяговыми двигателями первых выпусков применяли электромашинные преобразователи фаз и частоты (венгерские электровозы У-44 и У-55 постройки 1943—1953 гг., французские электровозы СС14000 фирмы «Эрликон» постройки 1955 г. и др.) Однако при таких преобразователях не удавалось получить достаточно высокую мощность электровоза, так как увеличение ее сопровождалось повышением массы машинных преобразователей, которая не могла превышать определенного значения. Трудно было создать и вентильный тяговый двигатель из-за недостаточного совершенства ионных преобразователей.

Рис. 5 Принципиальная схема электровоза е трехфазными асинхронными (а) и вентильными (б) тяговыми двигателями

К постройке электровозов с трехфазными асинхронными и вентильными тяговыми двигателями вновь приступили лишь после того, как был налажен серийный выпуск силовых тиристоров. В Советском Союзе в 1968—1971 гг. были созданы опытные образцы восьмиосных электровозов с трехфазными асинхронными двигателями (электровоз ВЛ80а) и с вентильными двигателями (ВЛ80В).

На электровозе (или его секции) для всех трехфазных асинхронных двигателей АД1— АД4 (рис. 5, а) используют один общий трансформатор Г и один главный контроллер ГК, два выпрямителя ВП1 и ВП2 на диодах и тиристорах. Напряжение, получаемое от каждого выпрямителя, сглаживается реакторами СР и подается на вход двух инверторов И1, И2 или ИЗ, И4.

Ступенчатое регулирование напряжения осуществляется контроллером машиниста КМ, который воздействует на серводвигатель СД главного контроллера ГК- Выпрямленное напряжение плавно регулируется блоком БРН от 0 до наибольшего значения на выходе выпрямителя изменением угла отпирания тиристоров от 180 до 0° в зависимости от угла поворота ротора сельсина СС (подробно см. § 89). Это обеспечивает высокую перегрузочную способность, большие к. п. д. и коэффициент мощности двигателя. В цепь автоматического

регулирования частоты входят датчик скорости ДС, соединенный с ротором двигателя, блок ведения режима БВР и блок управления инвертором БУИ, в котором импульсы напряжений £/„ и 1/й формируются, усиливаются и затем подаются на управляющие электроды тиристоров инверторов. Для запирания тиристоров в инверторах предусмотрены коммутирующие цепи с подзарядом конденсаторов независимо от значения напряжения на выходе выпрямителя В31. При поддержании оптимальной частоты асинхронный двигатель может работать с практически наибольшим коэффициентом мощности и достаточно высоким к. п. д. Можно получить тяговые характеристики, соответствующие различным частотам и напряжению преобразователя. Каждый асинхронный двигатель имеет самостоятельный управляемый преобразователь частоты.

На электровозе с вентильными тяговыми двигателями статорные обмотки двигателя получают питание от преобразователя частоты и числа фаз ПЧФ (рис. 5, б), а его обмотка возбуждения — от выпрямителя ВВ.

Напряжение на вентильном двигателе регулируют плавно тиристорами ПЧФ, не используя контактные аппараты, в четырех зонах от нуля до наибольшего значения. Управляют электровозом с помощью задатчика регулирования тока

ЗРТВ и скорости движения ЗРС, расположенных на пульте управления в кабине машиниста, которыми машинист задает соответственно ток /зд и скорость движения vЗA в режиме тяги и рекуперативного торможения. Режимы работы преобразователей во всем диапазоне скоростей движения регулируются автоматически, без участия машиниста, блоками и элементами системы автоматического управления САУ, в которую поступают импульсы тока /зд, скорости кзд от задат-чика ЗРС, скорости у„ст от датчика скорости ДС, тока возбуждения /в от датчика ДВ и тока /во от задатчика возбуждения ЗРТВ. Система САУ совместно с управляемым выпрямителем-возбудителем поддерживает магнитный поток двигателя ВД постоянным, пока частота вращения его ротора увеличивается вследствие возрастания подводимого к нему напряжения. После достижения номинального напряжения дальнейшее увеличение частоты вращения происходит в результате ослабления возбуждения. Система САУ также выравнивает нагрузку между параллельно работающими вентильными двигателями.

Э. п. с, работающий при различных системах тяги. К этому э. п. с. относят многосистемный электроподвижной состав, контактно-аккумуляторные электропоезда, контактно-аккумуляторные и контактно-дизельные электровозы.

Многосистемные электровозы и электропоезда применяют для обеспечения движения без смены локомотивов по электрифицированным участкам с различными системами электрической тяги, например: постоянного тока при напряжениях 1500 и 3000 В, переменного тока с различными частотой и напряжением, постоянного тока и несколькими системами переменного тока. Различают многосистемный э.п.с. и стыковые электровозы. К многосистемным относят электровозы и электропоезда, сохраняющие полную мощность при работе на участках с различными системами тяги. Стыковыми называют электровозы одного рода тока, приспособленные для работы от контактной сети другого рода тока с использованием части мощности тя-

говых двигателей при движении по путям станции стыкования.

При длине участка обращения грузовых электровозов 600 км и более экономично строить станции стыкования, т. е. осуществлять стыкование по контактной сети. На участках обращения меньшей длины, особенно при наличии разветвленной сети, целесообразнее иметь двух-системные электровозы (электровозы двойного питания).

Первые отечественные стыковые электровозы ВЛ61 имели обычное электрооборудование электровозов постоянного тока. Для работы от сети переменного тока были предусмотрены тяговый трансформатор и игнитроны В режиме переменного тока на электровозе использовалась та же аппаратура, что и в режиме постоянного тока.

Двухсистемные электровозы ВЛ19 и электросекции Ср для работы на участках постоянного тока с напряжениями 1500 и 3000 В в СССР были построены соответственно в 1935 и 1947 гг. При работе на участке с напряжением 3000 В двигатели с номинальным напряжением 1500 В соединяли на электровозе ВЛ19 последовательно, последовательно-параллельно и параллельно (по два двигателя, соединенных последовательно в каждой параллельной цепи), а на электросекции Ср последовательно и последовательно-параллельно. При работе э. п.с. на участке с напряжением 1500 В применяли еще параллельное соединение двигателей.

Двухсистемные электровозы ВЛ82 постройки 1966 г., предназначенные для работы на участках переменного тока с напряжением 25 кВ и постоянного тока 3 кВ, имеют тяговые трансформаторы и диодные выпрямители, мощность которых равна мощности тяговых двигателей. Регулирование напряжения осуществляется на стороне постоянного тока.

Во Франции двухсистемные электровозы применяют для работы на участках постоянного тока с напряжением 1,5 кВ и переменного тока с напряжением 25 кВ и частотой 50 Гц. Четырехсистемные электровозы обеспечивают сквозное движение между странами Западной Европы на линиях постоянного (1500 и 3000 В) и переменного (пониженной или промышленной частоты) тока. Много-

системные электровозы в Европе используют для вождения пассажирских, главным образом международных, поездов. В последние годы появились многосистемные электропоезда для международного сообщения. В Японии наряду с двухсистемными электровозами постоянного тока напряжением 1500 В и переменного 25 кВ, 50 Гц широко применяют и двухсистемные электропоезда.

Контактно-аккумуляторные электропоезда применяют для обслуживания линий, имеющих неэлектрифицированные и электрифицированные участки. При этом снижается себестоимость перевозок, создаются удобства для пассажиров, которые избавлены при этом от пересадок в местах стыкования различных видов тяги.

Контактно-аккумуляторные электропоезда строят обычно на базе существующих электропоездов. На электрифицированных участках к их тяговым двигателям напряжение от контактной сети подводится либо через пускорегулирую-щую аппаратуру, либо через тиристор-ные импульсные преобразователи (например, на электропоезде ЭР2-А6 Прибалтийской дороги), на неэлектрифици-рованных участках — от щелочных аккумуляторных батарей. Контактно-аккумуляторные поезда выполняют с рекуперацией энергии на аккумуляторные батареи, независимо от какого источника до этого питались тяговые двигатели.

Контактно-аккумуляторные или контактно-дизельные локомотивы используют для маневровой работы. Эти локомотивы обычно представляют собой электровозы, на которых установлены либо дизель-генераторные агрегаты, либо аккумуляторные батареи, питающие тяговые двигатели при движении локомотива по неэлектрифицированным путям. Как правило, мощность дизель-генератора или аккумуляторных батарей значительно меньше (около 30%) суммарной мощности тяговых двигателей; поэтому скорость локомотива при движении по неэлектрифицированным путям и наибольшей силе тяги меньше, чем при движении его по электрифицированным путям. Пуск дизеля осуществляется от аккумуляторной батареи.

Контактно-дизельный локомотив при

наличии контактной сети работает как обычный электровоз, а на неэлектрифи-цированных путях — как тепловоз с электрической передачей По принципу работы контактно-аккумуляторный локомотив подобен контактно-аккумуляторному электропоезду.

В СССР впервые контактно-аккумуляторные шестиосные электровозы ВЛ26 были построены в 1966 г. Днепропетровским электровозостроительным заводом для работы на участках постоянного тока и в автономном режиме от тяговых железоникелевых аккумуляторов ТЖН-550. Контактно-дизельные локомотивы применяют на промышленном транспорте.

В Швейцарии, Англии, ФРГ и других странах для маневровой работы используют как контактно-аккумуляторные электровозы (преимущественно), так и контактно-дизельные. Мощность дизельной установки или аккумуляторной батареи составляет 30—37% мощности тяговых двигателей локомотива.

Применение на маневрах контактно-аккумуляторных или контактно-дизельных локомотивов дает больший экономический эффект, чем использование тепловозов. Здесь, помимо цен на топливо и электроэнергию, важны эксплуатационные расходы (ремонт и обслуживание однородного оборудования) и стоимость маневровых локомотивов.

Классификация электровозов по типу передач. В зависимости от способа передачи вращающего момента от тягового двигателя на движущие колесные пары различают электровозы с индивидуальным и групповым приводом.

Индивидуальным приводом называют способ передачи, при котором вращающий момент передается на колесную пару от отдельного тягового двигателя — одиночного или сдвоенного. Групповым приводом называют способ передачи, при котором вращающий момент от одного или двух тяговых двигателей передается группе колесных пар, соединенных зубчатой передачей.

Большинство электровозов и моторных вагонов во всех странах выполнены с индивидуальным приводом, который более удобен в эксплуатации. Кроме того, в этом случае проще разместить электри-

ческое оборудование. В Советском Союзе были построены опытные электровозы ВЛ40 и ВЛ83 с одномоторными двухосными тележками, т. е с групповым приводом.

Классификация по роду работы. Электровозы по роду работы подразделяются на пассажирские, грузовые и маневровые.

Пассажирские электровозы, предназначенные для вождения пассажирских поездов, должны развивать высокую скорость при сравнительно небольшой силе тяги. Грузовые электровозы, предназначенные для вождения поездов большого веса, должны обладать значительной силой тяги, а следовательно, иметь большое число колесных пар.

Электропоезда по роду работы различают пригородного и междугородного сообщения. Для первых характерны большие ускорения при пуске и относительно низкие максимальные скорости, для вторых — меньшие ускорения, но большая максимальная скорость.

Классификация электровозов по осевым характеристикам ходовых частей. Электровозы характеризуются числом и расположением движущих колесных пар. Колесные пары группируют по три или по две в отдельные тележки (рис. 6, а и б). Такой локомотив называют те-лежечным. Тележечные электровозы могут иметь как общий кузов, так и кузов,

состоящий из двух (см. рис. 6, в и г), а реже из трех частей.

Для обозначения числа движущих колесных пар электровоза и их взаимного расположения в СССР применяют цифровые характеристики ходовых частей. Колесные пары обозначают цифрами: двухосной тележки — цифрой 2, трехосной— 3. Далее ставится « + », если тяговое усилие передается через сочленение тележек, или «-», если оно передается через раму кузова. Затем следует обозначение числа движущих колесных пар второй тележки. Например, теле-жечный электровоз с двумя трехосными несочлененными тележками (электровозы ВЛ60, ВЛ60К, ВЛ60″) имеет осевую характеристику 30-30, восьмиосиый двухсекционный электровоз с двухосными несочлененными тележками, у которого каждая секция самостоятельно работать не может, —20-20-20-20 (элект ровозы ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ80\ ВЛ80Р), электровоз с сочлененными тележками —20 + 20 + 20+20 (электровоз ВЛ8). Осевые характеристики локомотивов, у которых каждая секция работает самостоятельно, будут 3 (20-20) — электровоз ВЛ11, 2 (20-20) —электровоз ВЛ80С. Цифры 2 или 3 перед скобкой означают число секций локомотива.

За рубежом число движущих колесных пар показывают большими буквами латинского алфавита. Буква А обозначает одну дви-

Рис 6. Схемы расположения движущих колесных пар в двухосных (а, в, г и е) и трехосных

(б и д) тележках:

жущую колесную пару, В — две, С — три и т д Например, осевая характеристика электровоза с двумя несочлененными двухосными тележками записывается в виде В0-В0, электровоза с двумя несочлененными трехосными тележками — С„-С0. Индекс «О» означает, что каждая ось локомотива имеет свой тяговый двигатель, т е. индивидуальный привод, отсутствие индекса указывает на применение группового привода.

⇐Главная Оглавление Следующая⇒

ЭЛЕКТРОВОЗЫ / Электровозосборочный завод

Род службы

Пассажирский

Осевая формула

2о-2о

Ширина колеи

1520 мм

Кузов

Стальной

Габарит

в соответствии с ГОСТ 9238-83 1-Т

Полная длина

19 000 мм

Высота

5 180 мм

Вес

86 тонн

Нагрузка от оси на рельс, т

21,5

Диапазон рабочих температур

от -40°C до +40°C

Тележки:

Тяговый двигатель

Асинхронный, с опорно-осевым подвеши-ванием

Диаметр колеса

1250 мм

Автосцепка:

Тип

СА-3, в соответствии с ГОСТ 21447

Рассеиваемая энергия

35 кДж

Бортовая система безопасности:

Тип

КЛУБ-У

Технические данные

Часовая мощность на валах

4 800 кВт

Контактная сеть

25 кВ переменного тока 50 Гц

Максимальная скорость

200 км/ч

Скорость длительного режима

84 км/ч

Сила тяги при трогании

264 кН

Рекуперативное торможение

4 400 кВт

Максимальное тормозное усилие

200 кН

Тяговый электродвигатель:

Тип

асинхронный, переменного тока

IGBT

3.3 кВ / 1200 A

Шина постоянного тока

1800 В

Охлаждение

Воздушное

Бортовые подсистемы:

Напряжение питания

400 В переменного тока 50 Гц

Аккумуляторные батареи:

Тип

Никель-кадмиевые

Напряжение

110 В

Ёмкость

130 А-ч

Силовая преобразовательная установка СПУ-5700-У2 для электровозов переменного тока ЭП200

Установка СПУ-5700-У2 преобразует однофазный переменный ток частотой 50 Гц в трехфазный ток с регулированием частоты для питания вентильных тяговых двигателей в режиме тяги и трехфазный ток переменной частоты в однофазный ток частоты 50 Гц в режиме рекуперативного торможения электровоза и обеспечивает плавное регулирование выпрямленного напряжения на обмотках возбуждения тяговых двигателей электровоза.
СПУ-5700-У2 состоит из силового блока БС, двух блоков питания БП и блока диагностики.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Номинальное входное напряжение, В (эфф. зн.) 1800
Номинальная частота входного напряжения, Гц 50
Число фаз входного напряжения 1
Пределы изменения входного напряжения, В 1370-2010
Номинальное линейное напряжение на выходе, В, (эф.зн.) 1100
Номинальный выходной ток фазы, А, (эф.зн.) 580
Число фаз на выходе 3
Диапазон регулирования частоты выходного напряжения, Гц 0-210
Коэффициент полезного действия установки, %, не менее 97
Номинальная выходная мощность установки, кВт 5700
Срок службы, лет 15
Габаритные размеры БС, мм — длина — глубина — высота 1940 1120 2000
Масса БС, кг, не более 2500

 

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

— верхнее значение предельной рабочей температуры окружающего воздуха +60°С;
— нижнее значение предельной рабочей температуры окружающего воздуха -50°С;
— верхнее значение температуры охлаждающего воздуха +45°С;
— нижнее значение температуры охлаждающего воздуха -50°С;
— выпадение инея с последующим его оттаиванием;
— вибрация в диапазоне частот 1-100Гц с ускорением 10м/с2;
— одиночные удары в горизонтальном направлении с ускорением 30 м/с2 и длительностью 40-60 мс;
— высота над уровнем моря не более 1200м.

Микропроцессорная система управления электровозов переменного тока (МСУЭ)

1. История создания

Микропроцессорная система управления и диагностирования МСУЭ предназначена для управления тяговым электроприводом магистрального электровоза переменного тока ВЛ80Р с ВИП. МСУЭ обеспечивает автоматический или ручной режим управления тягой и рекуперативным торможением с поддержанием заданных тока и скорости, диагностирование состояния оборудования электровоза и выдачу диагностической информации в бортовой компьютер, находящийся в каждой кабине машиниста. МСУЭ позволяет реализовать на ВЛ80р интеллектуальное управление аналогично блокам МСУД электровозов ЭП1, ЭП1М, 2ЭС5К и ВЛ80тк. Главная задача МСУЭ – повысить эффективность эксплуатации электровозов ВЛ80р.

Внедрение МСУЭ на электровозах ВЛ80р дает комплексный эффект повышения качества электрической тяги, прежде всего – в рекуперации (режиме РТ). Электровозы серии ВЛ80р были разработаны именно для получения возможности рекуперативного торможения на переменном токе. Эффективность рекуперативного торможения должна быть не менее 15% (при теоретически возможном уровне в 20-25%). В настоящее время эффективность рекуперации электровозов ВЛ80р составляет менее 7%. Её повышение – актуальная технико-экономическая задача. Благодаря МСУЭ эффективность рекуперации на электровозах серии ВЛ80р должна возрасти до уровня 15%.

Второй по важности эффект от внедрения МСУЭ – повышение участковой скорости на затяжных спусках. За счет устойчивого входа в режим РТ на больших скоростях участковая скорость на затяжных спусках повышается в 1,5 – 2 раза.

Дополнительный эффект получается от внедрения автоматизированного стационарного рабочего места анализа информации, считываемой с МСУЭ (АРМ Н). Комплексный анализ и исследования, направленные на изучение режимов работы электровозов с ВИП позволит улучшить условия эксплуатации электровозов переменного тока с ВИП, эксплуатируемых в Восточном регионе.

МСУЭ разработан в 2006-2008 годах по заданию ОАО «РЖД» совместно учеными и специалистами ПКБ ЦТ, ОмГУПС и ДЦВ Красноярской ж.д. с участием специалистов КрИЖТ и МИИТ под руководством А.В.Раздобарова и В.В.Семченко. Первоначально в 2008 году оборудовано шесть электровозов серии ВЛ80тк (локомотивное депо Абакан Красноярской ж.д.). В 2011 году модернизируется 110 секций ВЛ80р в локомотивном ремонтном депо Боготол-Сибирский Красноярской ж.д.

 

2. Объект управления МСУЭ — электровоз ВЛ80Р

Объектом управления МСУЭ являются электровозы переменного тока серии ВЛ80р (Рис.2.1) с выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП).

Рисунок 2.1 – Внешний вид электровоза серии ВЛ80р

 

Электровозы серии ВЛ80р серийно выпускались на НЭВЗ с 1974 по 1986 год с ВЛ80р-1500 по ВЛ80р-1872. Всего выпущено 373 электровоза. Фрагмент принципиальной силовой схемы системы управления ВЛ80р представлена на Рис.2.2.

Рисунок 2.2 – Принципиальная силовая электрическая схема ВЛ80р

 

3. Схема включения МСУЭ на ВЛ80Р

После модернизации схема включения МСУЭ будет соответствовать Рис. 3.1 Используя входные сигналы, в МСУЭ программно реализованы регуляторы тока и скорости в режимах тяги («Тяга») и рекуперации («РТ»).

Рисунок 3.1 – Схема включения МСУЭ на ВЛ80р

 

4. Аппаратные средства МСУЭ

МСУЭ – это комплекс аппаратных и программных средств, работающих под управлением микропроцессорного контролера БМК представлен на Рис.4.1.

Рисунок 4.1 – Электронная плата БМК

 

4.1.Микропроцессорный блок

Основу МСУЭ составляет микропроцессорный блок, общий вид которого показан на Рис.4.1.1. Блок устанавливается в каждую секцию вместо БУВИП.

Рисунок 4.1.1 – Микропроцессорный блок МСУЭ на стенде

 

Микропроцессорный блок устанавливается в каждой секции в специальном металлическом каркасе (Рис.2.2), в котором совместно с блоком МСУЭ устанавливается его панель питания. Блок МСУЭ состоит из заменяемых плат (модулей) — Рис.4.1.

 

4.2. Датчики тока

Для реализации обратных связей в электрическую цепь каждого из восьми тяговых двигателей (ТЭД) устанавливаются датчики тока (Рис.4.2.1). Один датчик тока устанавливается в цепь ВУВ для измерения тока возбуждения в режиме РТ. Всего на электровоз устанавливается 9 датчиков тока. Для каждых двух датчиков тока устанавливается одна панель питания (см.Рис.4.2.1.б).

а) датчик тока LEM на крепежной раме и с соединительным переходником;

 

б) панель питания датчиков тока ПП-720;

 

Рисунок 4.2.1 – Датчик тока МСУЭ и панель питания датчиков тока

 

Датчики тока устанавливаются в высоковольтной камере электровоза (Рис.4.2.2). Информация с 9 датчиков тока поступает в МСУЭ, где используется для анализа и дальнейшего управления электровозом через ВИП и ВУВ.

Рисунок 4.2.2 – Датчик тока и ПП-720 МСУЭ на электровозе

 

Сами датчики тока LEM являются покупным изделием. Оснастка изготавливается в ДЦВ Красноярской ж.д. Панель питания – на заводе «Электро СИ», где также изготавливаются электронные блоки МСУЭ.

 

4.3. Датчики скорости

Для управления в МСУЭ также поступает информация о скорости движения локомотива. МСУЭ не имеет своих датчиков скорости, а использует уже имеющиеся на электровозе. Число контролируемых колесных пар (КП) может меняться от 2-х до 4-х на секцию. Для подключения к датчикам тока используются штатные блоки сопряжения (Рис.4.3.1), устанавливаемые в шкафу в кабине машиниста.

а) Блок сопряжения БС ДПС5

 

б) Блок сопряжения на электровозе

 

Рисунок 4.3.1 – Измерение скорости локомотива

 

4.4. Кабельное хозяйство МСУЭ

Соединение аппаратных средств МСУЭ осуществляется специально изготавливаемыми в ДЦВ Красноярской ж.д. монтажными жгутами и проводами (Рис.4.4.1). Для подключения к разъему «Выход» в штатном блоке БС-ДПС изготавливается жгут БС-ДПС длиной 18 метров.

Дополнительно устанавливаются три контакта, снятых с блокировочного переключателя, на переключатель блока управления. Контакты находятся в замкнутом состоянии при включенном переключателе блока управления.

Рисунок 4.4.1 – Жгуты МСУЭ

 

4.5. Бортовой компьютер (Монитор)

Следующий важный элемент аппаратных средств МСУЭ – это бортовой компьютер, устанавливаемый в каждой кабине машиниста (Рис.4.5.1). Бортовой компьютер (БК) непосредственно не участвует в управлении движением поезда, а используется в качестве Монитора – устройства сбора, анализа и отображения диагностической информации о техническом состоянии локомотива.

Рисунок 4.5.1 – Бортовой компьютер (БК)

 

5. АРМ анализа диагностической информации

Вся поступающая с МСУЭ в БК информация сохраняется. Возможен просмотр информации на стационарном автоматизированном рабочем месте. Для просмотра сохраненной с МСУЭ информации необходимо воспользоваться утилитой LOG_READER.EXE. Для того, чтобы открыть файл с информацией, перейдите на вкладку Log в нижней левой части экрана, затем нажмите кнопку “OpenLog…”, выберите нужный файл и нажмите кнопку ОК.

Утилита просмотра информации с МСУЭ (Рис.4. 5.1) отображает информацию из выбранного файла в виде графиков и предусматривает большинство стандартных операций по работе с ними, таких как прокрутка графика (кнопки «<<» и «>>»), масштабирование («+» и «-»), получение подробной информации в любой точке графика по щелчку мыши и т.д. Верхняя группа графиков отражает динамику скоростей вращения колесных пар, нижняя – токов ТЭД. Справа от групп графиков имеются соответствующие расшифровки цветов.

6. Техническое обслуживание

На Красноярской железной дороге с 2011 года ЗАО «ДЦВ Красноярской ж. д.» осуществляет гарантийный ремонт и обслуживание блоков микропроцессорной системы управления и диагностики электровоза ВЛ80. Все работы осуществляются по технологическим картам, разработанным в соответствии с «Руководством по техническому обслуживанию, текущему и деповскому ремонту ПКБ ЦТ.06.0039» ТУ, ТО, РЭ на МСУЭ.

В комплекс работ по диагностированию и ремонту блоков управления входят:

5.1. Проверка блока МСУЭ производится с применением комплекта проверочной аппаратуры КПА-МСУЭ (Стенд контроля параметров блока управления МСУЭ). При выявлении технических неисправностей, выполняется ремонт составных частей, либо полная замена на новые.

Для просмотра изображений выберите миниатюру:

5.2. Климатические испытания. Для выявления слабых зон термического воздействия проводятся испытания кассет МСУЭ в климатической камере МКК3 У4.2.

Для просмотра изображений выберите миниатюру:

Для снижения времени простоя локомотива по вине БУ МСУЭ осуществляется поддержание неснижаемого запаса касет для ПТОЛ ст. Мариинск, ПТОЛ ст. Красноярск-Восточный и ТЧр Канск-Иланский.

 

AC Traction vs DC Traction — Гринвилл, Южная Каролина

AC TRACTION

Привод переменного тока, также известный как частотно-регулируемый привод, был стандартом в промышленности на протяжении многих лет. Хотя он использовался в локомотивах более двух десятилетий (особенно в Европе), только недавно цена приводов позволила использовать их в большинстве новых дизель-электрических локомотивов в Соединенных Штатах. Привод переменного тока работает, преобразуя выход тягового генератора переменного тока в постоянный ток (постоянный ток) и повторно преобразовывая его в переменный ток переменной частоты, который питает тяговые двигатели переменного тока.Поскольку двигатели переменного тока работают приблизительно с частотой тока, приводы должны регулировать частоту так, чтобы двигатели могли иметь диапазон скорости от нуля до максимальных оборотов в минуту.

Тяга переменного тока для локомотивов — серьезное улучшение по сравнению со старыми системами постоянного тока. Основными преимуществами тяги переменного тока являются уровни сцепления до 100% выше, чем у постоянного тока, а также гораздо более высокая надежность и меньшие требования к техническому обслуживанию тяговых двигателей переменного тока.

Тяговое усилие локомотива (переменного или постоянного тока) определяется уравнениями:

Тяговое усилие = Вес на водителе x сцепление
Адгезия = Коэффициент трения x Переменная сцепления локомотива

Коэффициент трения между колесом и рельсом обычно находится в диапазоне.От 40 до 0,45 для относительно чистого, сухого рельса в приемлемом состоянии и практически одинаков для всех локомотивов. Переменная сцепления локомотива представляет способность локомотива преобразовывать имеющееся трение в полезное трение на границе раздела колес и рельсов. Оно резко варьируется от примерно 0,45 для старых блоков постоянного тока до примерно 0,90 для современных блоков переменного тока. Эта переменная включает множество факторов, включая электрическую конструкцию, системы управления, тип грузовика и состояние колес.

Локомотивы постоянного тока первого поколения, такие как SW1200, GP9, SD40 и центральные кабины GE, обычно имеют уровень сцепления от 18% до 20%.Более современные устройства с контролем адгезии, такие как SD60s и Dash 8s, имеют уровень адгезии от 25% до 27%. Новые тяговые агрегаты переменного тока, такие как SD80MAC и C44AC, обычно имеют сцепление от 37% до 39%. Таким образом, новые локомотивы имеют примерно вдвое большую адгезию, чем старые агрегаты, а на железных дорогах Класса I, по сути, обычно заменяются два старых агрегата одним новым агрегатом переменного тока.

Есть три основные причины, по которым тяга переменного тока обеспечивает гораздо большую адгезию. Во-первых, в стандартном приводе постоянного тока, если происходит пробуксовка колеса, тяговый двигатель имеет тенденцию ускоряться и убегать, даже до точки механического отказа, если быстро не уменьшить нагрузку.По мере увеличения проскальзывания колес коэффициент трения также быстро падает до уровня 0,10 или менее, и, поскольку все двигатели соединены вместе, нагрузка на весь локомотив должна быть уменьшена. Таким образом, максимальная адгезия достигается при работе на уровне с комфортным запасом прочности ниже теоретического максимума. Более современные системы постоянного тока включают контроль пробуксовки колес, который определяет начало пробуксовки и автоматически модулирует мощность, чтобы сохранить контроль. Это позволяет локомотиву безопасно работать в точке, близкой к теоретическому максимуму.

Однако система переменного тока работает по-другому. Частотно-регулируемый привод создает вращающееся магнитное поле, которое вращается примерно на 1% быстрее, чем вращается двигатель. Поскольку скорость ротора не может превышать полевую скорость, любое проскальзывание колеса минимально (менее 1%) и быстро обнаруживается приводом, который мгновенно снижает нагрузку на ось.

Далее, локомотив постоянного тока обычно имеет несколько настроек дроссельной заслонки с установленным уровнем мощности для каждой из них. Хотя эта система проста и эффективна, она не обеспечивает постоянного крутящего момента двигателя, поскольку мощность является продуктом крутящего момента и скорости.Следовательно, тяговое усилие значительно меняется для каждой настройки дроссельной заслонки в зависимости от скорости, что делает невозможным получение максимального сцепления.

Локомотив переменного тока, однако, может управлять определенным уровнем крутящего момента двигателя, что позволяет тяговому усилию оставаться практически постоянным в более высоком диапазоне доступного сцепления. Этот быстродействующий регулятор проскальзывания колес может противодействовать любому проскальзыванию колеса, так что уровень крутящего момента может быть установлен близко к верхним пределам.

Третий способ, которым тяга переменного тока обеспечивает улучшенное сцепление, — это компенсация переноса веса.Когда локомотив тянет груз, вес имеет тенденцию переноситься с передней оси на заднюю ось каждого грузовика. При максимальном тяговом усилии вес ведущей оси может быть уменьшен примерно на 20%. Поскольку тяговое усилие пропорционально весу водителей, то в системе постоянного тока, где двигатели питаются от общего источника, тяговое усилие будет определяться самой легкой осью. Таким образом, эквивалентная масса локомотива снижается примерно на 20%. Однако с системой переменного тока привод может компенсировать перенос веса.Когда ведущая ось гаснет, система привода переменного тока снижает мощность на эту ось и передает больше мощности на заднюю ось без пробуксовки колес.

Комбинация устранения пробуксовки колес и компенсации переноса веса дает тяговой системе переменного тока сцепление от 37% до 39% по сравнению с 18% до 20% у старых систем постоянного тока. Следовательно, локомотив с тягой переменного тока может обеспечивать такое же тяговое усилие, что и локомотив постоянного тока, который весит вдвое больше, или может давать вдвое больше тягового усилия при том же весе.

GE и EMD добавили тягу переменного тока к своим основным агрегатам и затем смогли заменить два старых агрегата постоянного тока одним новым локомотивом переменного тока. Республиканский локомотив пошел по другому пути и решил сделать более легкий и дешевый агрегат для промышленной коммутации. SW9 / SW1200 с питанием от постоянного тока, производившийся в больших количествах с 1951 по 1965 год и использовавшийся для переключения тяжелых станций, а также для обслуживания ответвлений, был принят в качестве стандарта производительности. При весе от 230 000 до 240 000 фунтов эти агрегаты обычно рассчитаны на постоянное тяговое усилие около 40 000 фунтов (несколько более высокое, прерывистое, но ограниченное тяговыми двигателями и генераторами).Тяговое усилие RX500 на переменном токе при 144000 фунтов и консервативном уровне сцепления 35% оценивается при продолжительном тяговом усилии 50 400 фунтов.

При тяге переменного тока также важно учитывать торможение. Как и в случае с тягой, торможение зависит от веса водителя. Следовательно, при использовании стандартного фрикционного торможения (беговые тормоза) тормозная способность локомотива (исключая торможение поезда) пропорциональна весу локомотива. Однако с тягой переменного тока торможение может быть намного выше, потому что система привода при торможении действует так же, как привод при тяговом усилии, тем самым устраняя пробуксовку колес.Привод переводит двигатели в генераторный режим (динамическое торможение), и произведенная электроэнергия рассеивается на тормозных резисторах. Таким образом, двигатели замедляют локомотив без использования пневматических тормозов. Опять же, уровни сцепления намного выше, поэтому локомотив снова может быть значительно легче при том же количестве торможений. Динамическое торможение в тяговых локомотивах переменного тока также позволяет полностью тормозить до нулевой скорости, в отличие от динамического торможения постоянным током.

В целом тяговый локомотив переменного тока обеспечивает примерно в два раза большую адгезию, чем локомотив постоянного тока.Следовательно, современный легкий локомотив переменного тока, такой как RX500, может обеспечить такое же или большее тяговое усилие, чем старый локомотив постоянного тока, такой как SW1200, который весит на 60% больше.

Локомотив | автомобиль | Британника

Локомотив , любая из различных самоходных машин, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила для состава поезда может быть встроена в вагон, в котором также есть пассажирские, багажные или грузовые помещения, она чаще всего обеспечивается отдельным блоком, локомотивом, который включает в себя механизмы для выработки (или, в корпус электровоза, чтобы преобразовать) мощность и передать ее на ведущие колеса.Сегодня у локомотива два основных источника энергии: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма двигателя, использовался почти повсеместно примерно до Второй мировой войны; с тех пор на смену ей пришла более эффективная дизельная и электрическая тяга.

Паровоз был самодостаточной единицей, имеющей собственный источник воды для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный источник топлива, но мощность дизельного двигателя не может быть напрямую связана с колесами; вместо этого необходимо использовать механическую, электрическую или гидравлическую трансмиссию.Электровоз не самодостаточен; он принимает ток от контактного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Подача третьего рельса используется только на городских скоростных железных дорогах, работающих на низковольтном постоянном токе.

В 1950-х и 60-х годах газовая турбина была принята на вооружение одной американской и некоторыми европейскими железными дорогами в качестве альтернативы дизельному двигателю. Несмотря на то, что его преимущества были сведены на нет достижениями в технологии дизельной тяги и повышением цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для организации высокоскоростного железнодорожного сообщения для регионов, где отсутствует инфраструктура для выработки электроэнергии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Узнайте, как историки узнают о прошлом, например об изобретении первого современного паровоза.

Узнайте, как историки используют различные источники для обнаружения, проверки и построения повествования о событиях — таких как изобретение паровоза — это случилось в прошлом.

© Открытый университет (издательский партнер Britannica) См. Все видеоролики к этой статье

Основные характеристики, которые сделали ракету Rocket 1829 года Джорджа и Роберта Стивенсонов успешной — ее многотрубный котел и система отвода пара и создания сквозняков. его топка — продолжала использоваться в паровозе до конца его карьеры.Вскоре количество сцепленных ведущих колес увеличилось. У Rocket была только одна пара ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре сдвоенных колеса, и в конечном итоге некоторые локомотивы были построены с 14 сдвоенными машинами.

Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. Средний диаметр составлял 1829–2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов.

Запасы топлива (обычно угля, но иногда и нефти) и воды могли транспортироваться на самой раме локомотива (в этом случае он назывался цистерной) или в отдельном транспортном средстве, тендере, сцепленном с локомотивом. Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9 000 кг (10 тонн) угля и 30 000 литров (8 000 галлонов) воды. В Северной Америке были распространены более высокие мощности.

Для удовлетворения особых потребностей тяжелых грузовых перевозок в некоторых странах, особенно в Соединенных Штатах, большее тяговое усилие было получено за счет использования двух отдельных агрегатов двигателя под общим котлом.Передний двигатель был шарнирно соединен или шарнирно соединен с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты. Шарнирно-сочлененный локомотив был изобретен в Швейцарии, первый из которых был построен в 1888 году. Самым большим из когда-либо построенных был Big Boy от Union Pacific, который использовался в горных грузовых перевозках на западе Соединенных Штатов. Big Boy весил более 600 коротких тонн, включая тендер. Он мог развивать тяговое усилие 61 400 кг (135 400 фунтов) и развивать более 6000 лошадиных сил на скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных шарнирно-сочлененных конструкций была модель Beyer-Garratt, которая имела две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, на которых были установлены резервуары для воды. Два шасси разделяла другая рама, на которой находился котел, кабина и подача топлива. Этот тип локомотива был ценен на слегка проложенных путях; он также может преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Постепенно совершенствовался поршневой паровоз с различными доработками. Некоторые включали более высокое давление в котле (до 2 000–2060 килопаскалей [290-300 фунтов на квадратный дюйм] для некоторых из последних локомотивов, по сравнению с примерно 1300 килопаскалей [200 фунтов на квадратный дюйм] для более ранних конструкций), перегрев, питательная вода предварительный нагрев, роликовые подшипники и использование тарельчатых (перпендикулярных) клапанов, а не скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых современных паровозов редко превышал 6 процентов. Неполное сгорание и тепловые потери из топки, котла, цилиндров и других объектов рассеивали большую часть энергии сожженного топлива. По этой причине паровоз устарел, но медленно, поскольку имел компенсирующие преимущества, в частности, его простоту и способность противостоять злоупотреблениям.

Попытки приводить в движение железнодорожные вагоны с использованием батарей относятся к 1835 году, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда электровоз работал на выставке в Берлине.Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных и городских железных дорогах. Один из первых появился в 1895 году, когда Балтимор и Огайо электрифицировали участок пути в Балтиморе, чтобы избежать проблем с дымом и шумом в туннеле. Одной из первых стран, использовавших электрическую тягу для работы на магистральных линиях, была Италия, где система была открыта еще в 1902 году.

К Первой мировой войне несколько электрифицированных линий работали как в Европе, так и в Соединенных Штатах.После той войны были предприняты крупные программы электрификации в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 20-х годов почти в каждой европейской стране имелся хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электротяга также была внедрена в Австралии (1919), Новой Зеландии (1923), Индии (1925), Индонезии (1925) и Южной Африке (1926). В период с 1900 по 1938 год в Соединенных Штатах был электрифицирован ряд столичных терминалов и пригородных линий, а также электрифицировано несколько магистральных линий.Появление тепловоза препятствовало дальнейшей электрификации магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительный процент путей стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирован, например, в Японии (100 процентов), Швейцарии (92 процента), Бельгии (91 процент), Нидерландах (76 процентов), Испании ( 76 процентов), Италия (68 процентов), Швеция (65 процентов), Австрия (65 процентов), Норвегия (62 процента), Южная Корея (55 процентов), Франция (52 процента), Германия (48 процентов), Китай (42 процента). процентов) и Соединенное Королевство (32 процента).Напротив, в Соединенных Штатах, где около 225 000 км (140 000 миль) путей стандартной колеи, электрифицированные маршруты почти не существуют за пределами Северо-восточного коридора, где компания Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , DC

Вторая половина века также ознаменовалась созданием в городах по всему миру многих новых электрифицированных городских скоростных железнодорожных систем, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги при условии наличия дешевой электроэнергии и плотности движения, оправдывающей высокие капитальные затраты.Электровозы, являясь просто энергопреобразующими, а не генерирующими устройствами, обладают рядом преимуществ. Они могут использовать ресурсы центральной электростанции для выработки мощности, значительно превышающей их номинальные параметры, для запуска тяжелого поезда или для преодоления крутого подъема на высокой скорости. Типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в этих условиях в течение короткого периода времени развивает до 10 000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише, чем другие типы, и не производят дыма и дыма.Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низкие, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самыми большими недостатками электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарной установки — токоведущих проводов, конструкций и силовых подстанций — а также дорогостоящие изменения, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их схем от помех от высокого напряжения. тягово-токовые напряжения и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым с помощью электрической тяги.

Системы электрической тяги |

Система, использующая электроэнергию для системы тяги, например, для железных дорог, трамваев, троллейбусов и т. Д., Называется электрической тягой. Электрификация пути относится к типу системы электроснабжения, которая используется при питании систем электровоза. Это может быть переменный или постоянный ток или композитный источник питания.

Выбор типа электрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступность электроснабжения, тип области применения или такие услуги, как городские, пригородные и магистральные услуги и т. Д.

Существуют три основных типа электрических тяговых систем:

  1. Система электрификации постоянного тока (DC)
  2. Система электрификации переменного тока
  3. Композитная система.


1- Система электрификации постоянного тока

Выбор системы электрификации постоянного тока включает в себя множество преимуществ, таких как размеры и вес, быстрое ускорение и торможение электродвигателей постоянного тока, меньшая стоимость по сравнению с системами переменного тока, меньшее потребление энергии и так далее.

В системах этого типа трехфазная мощность, полученная от электросетей, деэскалируется до низкого напряжения и преобразуется в постоянный ток выпрямителями и силовыми электронными преобразователями.

Этот тип источника постоянного тока подается на автомобиль двумя разными способами:

  • 3-я и 4-я рельсовая система работают при низких напряжениях (600-1200В)
  • В надземных рельсах используется высокое напряжение (1500-3000 В)

В состав систем электроснабжения электрификации постоянного тока входят;

  • Питание 300-500 В для специальных систем, таких как аккумуляторные.
  • 600-1200В для городских железных дорог, трамваев и легких поездов метро.
  • 1500-3000В для пригородных и магистральных перевозок, таких как легкое метро и тяжелые поезда метро.

Благодаря высокому пусковому моменту и умеренному регулированию скорости, двигатели серии постоянного тока широко используются в тяговых системах постоянного тока. Они обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях.

Преимущества;

  • В случае тяжелых поездов, требующих частых и быстрых ускорений, тяговые двигатели постоянного тока являются лучшим выбором по сравнению с двигателями переменного тока.
  • Электропоезд
  • постоянного тока потребляет меньше энергии по сравнению с агрегатом переменного тока при тех же условиях эксплуатации.
  • Оборудование в системе тяги постоянного тока дешевле, легче и эффективнее, чем система тяги переменного тока.
  • Не вызывает электрических помех на близлежащих линиях связи.

Недостатки;

  1. Дорогие подстанции требуются через частые промежутки времени.
  2. Воздушный провод или третий рельс должны быть относительно большими и тяжелыми.
  3. Напряжение падает с увеличением длины.

2- Система электрификации переменного тока

Система тяги переменного тока стала очень популярной в настоящее время, и она чаще используется в большинстве систем тяги из-за ряда преимуществ, таких как быстрая доступность и генерация переменного тока, который можно легко повышать или понижать, простое управление двигателями переменного тока. , меньшее количество подстанций и наличие легких контактных сетей, передающих низкие токи при высоких напряжениях и т. д.

Системы электроснабжения электрификации переменного тока включают одно-, трехфазные и композитные системы. Однофазные системы состоят из источника питания от 11 до 15 кВ при 16,7 Гц и 25 Гц, что позволяет регулировать скорость коммутирующих двигателей переменного тока. Он использует понижающий трансформатор и преобразователи частоты для преобразования высокого напряжения на фиксированную промышленную частоту.

Однофазная конфигурация 25 кВ при 50 Гц — наиболее часто используемая конфигурация для электрификации переменного тока. Он используется для систем перевозки тяжелых грузов и магистральных линий, поскольку не требует преобразования частоты.Это один из широко используемых типов композитных систем, в которых питание преобразуется в постоянный ток для привода тяговых двигателей постоянного тока.

В трехфазной системе для привода локомотива используется трехфазный асинхронный двигатель, рассчитанный на 3,3 кВ, 16,7 Гц. Система распределения высокого напряжения с питанием 50 Гц преобразуется в электродвигатель этой мощности с помощью трансформаторов и преобразователей частоты. В этой системе используются две воздушные линии, а рельс является еще одной фазой, но это создает множество проблем на пересечениях и перекрестках.

Преимущества;

  1. Требуется меньшее количество подстанций.
  2. Можно использовать более легкий провод электропитания.
  3. Уменьшенный вес опорной конструкции.
  4. Снижены капитальные затраты на электрификацию.

Недостатки;

  1. Значительные затраты на электрификацию.
  2. Повышенная стоимость обслуживания линий.
  3. Воздушные провода дополнительно ограничивают зазор в туннелях.
  4. Обновление требует дополнительных затрат, особенно если есть бригады и туннели.
  5. Железнодорожная тяга требует иммунной мощности, без порезов.

3- композитная система

Составные (или мультисистемные) поезда

используются для обеспечения непрерывного движения по маршрутам, электрифицированным с использованием более чем одной системы. Один из способов добиться этого — сменить локомотивы на коммутационных станциях. У этих станций есть воздушные провода, которые можно переключать с одного напряжения на другое. Другой способ — использовать мультисистемные локомотивы, которые могут работать при нескольких различных типах напряжения и тока.В Европе принято использовать четырехсистемные локомотивы. (1,5 кВ постоянного тока, 3 кВ постоянного тока, 15 кВ переменного тока 16 Гц, 25 кВ переменного тока 50 Гц).


Источники: различных презентаций slideshare.net, elprocus.com, electronicshub.org


Видео:

Электровоз — zxc.wiki

Электровозы DB, ÖBB и SBB в Буксе Современный многосистемный электровоз MTAB IORE — одни из самых мощных электровозов в мире. Музейный паровоз Э 94 постройки 1942 г.

Электровозы (сокращенно электровозы или электровозы , аббревиатура: электровоз ) являются локомотивами железной дороги, не перевозят полезную нагрузку (пассажиров, багаж или груз).Привод у них чисто электрический, в отличие, например, от дизель-электрических, дизель-гидравлических или пароэлектрических локомотивов. Электровозы выигрывают от высокого КПД электродвигателей, который часто превышает 90%, без учета неэффективности выработки электроэнергии. Дополнительная эффективность может быть достигнута за счет рекуперативного торможения, которое позволяет восстанавливать кинетическую энергию во время торможения, чтобы вернуть электричество на трассу. Главный недостаток электрификации — дороговизна инфраструктуры: воздушных линий или третьей ж / д, подстанций и систем управления.

Общий обзор

Кабина машиниста старого электровоза (Е 44) Кабина машиниста современного электровоза (Россия 2ЭВ120)

Электровозы получают энергию от воздушных линий, расположенных над путями, или, реже, от силовых рельсов, которая передается на транспортное средство от пантографов, расположенных на крыше или сбоку от ходовой части в случае силовых рельсов. Это означает, что необходимая энергия не должна переноситься в транспортном средстве, как в случае с паровыми и тепловозами.

Преимущество внешнего источника электроэнергии состоит в том, что сами электровозы не выделяют выхлопных газов, но недостатком является то, что они могут использоваться только при наличии источника питания. Также преимуществом является то, что электродвигатели развивают полный крутящий момент при запуске, в отличие от тепловозов, в которых крутящий момент увеличивается медленно при запуске. Это позволяет электровозам ускоряться быстрее или тянуть более тяжелый поезд, чем дизельные и паровозы.Поскольку, конечно, способ производства электроэнергии не влияет на электровозы, электровозы сначала распространились в страны и регионы, где использование электричества, например, Б. Гидроэлектростанции намного дешевле, чем использование угля или дизельного топлива. Это требование действует в Швейцарии, Австрии и Швеции. Лучшее ускорение, а также лучшее соотношение мощности к массе, а также проблемы с выхлопными газами в туннелях также способствовали более раннему распространению метода электропривода в этих горных странах.

Некоторые типы электропоездов представляют собой электрические вагоны, которые движутся вперед или в конце поезда и никогда не отключаются во время нормальной работы вагона. Технически это в основном электровозы. Единственное отличие состоит в оснащении только одной кабиной машиниста и устройствами сцепки и перехода к многоэлементным промежуточным вагонам. Примерами современных многоканальных электрических единиц с несколькими единицами являются первые два поколения ICE (ICE 1 и ICE 2), испанские многоканальные единицы серий 102 и 130, первая серия поездов городской железной дороги Цюриха и французские поезда TGV. .С последним, однако, в некоторых сериях (TGV Sud-Est, Eurostar) также приводится в движение первая тележка промежуточного вагона, идущая непосредственно за полувагоном с приводом.

Примеры современного электровозостроения: Bombardier TRAXX, Siemens Vectron и Alstom Prima.

история

Паровоз Чарльза Пейджа с батарейным питанием (1851 г.) Электропоезд City and South London Railway (1890) Шахтный локомотив в Годбранже, Франция, 1897 г.
  • Ранняя экспериментальная электрическая железная дорога приписывается Томасу Дэвенпорту, кузнецу из Вермонта, США.В 1835 году он продемонстрировал небольшую модель железной дороги с электродвигателем.
  • Роберт Дэвидсон, шотландец из Абердина, как сообщается, в 1838 году построил электровоз, который развивал скорость четыре мили в час.
  • Патентный клерк США Чарльз Графтон Пейдж (1812–1868) начал строительство электровоза в 1850 году. Его «поршневой» двигатель мощностью 15 киловатт состоял из двух катушек со встроенными стержневыми анкерами. Они перемещались вперед и назад путем попеременного включения катушек, как в поршневом паровом двигателе.Это движение поршня передавалось на ведущие колеса трехосного автомобиля с шатуном.
  • В 1840 году у Иоганна Филиппа Вагнера, родившегося в Фишбахе недалеко от Бад-Швальбаха, была небольшая машина, приводимая в движение электродвигателем с прицепом на колее длиной 20 метров. Затем ему было поручено построить действующий большой локомотив с «электромагнитным приводом», и ему была предоставлена ​​сумма в 100 000 гульденов. Однако его не удалось реализовать, якобы из-за отсутствия знаний о взаимосвязи между емкостью аккумулятора и мощностью привода.
  • Компания Вернера Сименса построила в 1879 году для Берлинской торговой ярмарки двухосный электровоз, который мог тянуть три вагона, каждая с шестью людьми на 300-метровой цепи. Считается первым практическим электровозом.
  • На большинстве ранних коммерческих электрических железных дорог использовались первые вагоны, похожие на трамвай, например, в 1881 году, когда компания Siemens & Halske впервые построила электрический трамвай до главной военной академии в Гросс-Лихтерфельде под Берлином, в 1895 году ввела в эксплуатацию первую немецкую железную дорогу. электрическая железная дорога стандартной ширины Меккенбойрен-Теттнанг в бывшем королевстве Вюртемберг и другие железные дороги.
  • Первым электровозом, который использовался в непрерывном режиме, был шахтный локомотив «Доротея», изготовленный компанией Siemens & Halske в 1882 году для Королевского угольного завода в Заукероде. Он вступил в строй 25 августа 1882 года на трассе длиной 620 метров и проработал там до 1927 года. Здесь накоплен опыт u. а. с разными пантографами и пусковыми резисторами.
  • Начиная с 1890 года, электрические локомотивы широко использовались в лондонском метро.Прежде всего, ограниченное пространство профиля туннеля вынудило отказаться от железнодорожного вагона и предварительно натянуть привод в отдельном вагоне в начале поезда. Железная дорога Сити и Южного Лондона использовала первые электрические поезда с локомотивами. До 1935 года лондонское метро работало на локомотивах.
  • В 1895 году вступил в строй первый электровоз обычной колеи. Локомотив, построенный General Electric, использовался компанией Baltimore and Ohio Railroad для перевозки пассажирских поездов через городской туннель Балтимора.На этом маршруте нельзя было использовать паровозы из-за плохого дыма.
  • 1901–1903 Общество изучения электропоездов провело высокоскоростные испытания на военной железной дороге Мариенфельде — Цоссен — Ютербог. Требуемый трехфазный ток подавался на автомобили по трехполюсной воздушной линии. Регулирование мощности происходило не в локомотивах, а в электростанции. Вагон AEG достиг скорости 210,2 км / ч.
  • 1902 Открытие системы трехфазного тока компанией Rete Adriatica на железной дороге Вальтеллина в Северной Италии.Это первая в мире электрическая магистраль. Локомотивы прибыли из Ганца в Будапеште.
  • В 1903 году рудная железная дорога Chemin de fer de La Mure начинает электрическую работу. Источником питания постоянного тока является локомотив с современной колесной формулой Achsfolge, снабжаемой двухполюсной контактной линией с напряжением +1200 и -1200 вольт. До 1950 года железная дорога не была переведена на обычную одноконтактную линию с напряжением 2400 вольт.
  • В 1904 году узкоколейная канатная дорога Штубайтальбан от Инсбрука до Фулпмеса была полностью запущена в качестве первого в мире однофазного поезда переменного тока (3000 вольт, 50 герц).
  • В 1905 году на Ammergaubahn были введены в эксплуатацию первые однофазные многоагрегаты переменного тока (LAG 674-677), а несколько недель спустя — первый локомотив (LAG 1, позже серия E 69 Немецкого рейхсбана). Напряжение составляло 5,5 кВ 16 Гц. Переход на обычное напряжение 15 киловольт происходил только в 1950 году.
  • С 1905 по 1909 год напряжение 15 киловольт было впервые использовано на испытательном стенде однофазного переменного тока в Зеебах-Веттингене в Швейцарии.В начале этих испытаний использовалось 15 киловольт на частоте 50 Гц. В локомотиве использовался вращающийся преобразователь для преобразования переменного тока контактной линии в постоянный. Этим управляли тяговые двигатели. В дальнейшем в ходе опытной эксплуатации частота была снижена до 15 Герц. Это позволило отказаться от преобразователя, и рельсовые двигатели работали на переменном токе. Кроме того, устранены неполадки в телефонной сети.
  • В 1906 году на маршруте через Симплонский туннель была запущена трехфазная работа.
  • В 1907 году на юге Швейцарии начала работать железная дорога в долине Маджиа с мощностью 5 киловольт и 20 герц. Двигатели железнодорожных вагонов BCFe 4/4 работали напрямую от переменного тока по примеру испытательного маршрута Зеебах — Веттинген.
  • В 1910 году Berner Alpenbahn-Gesellschaft Bern — Lötschberg — Simplon (BLS) открыла свой испытательный маршрут Spiez — Frutigen с 15 кВ 15 Гц, см. BLS F 2×3 / 3.
  • 1911 г. австрийская канатная дорога Мариацеллербан начинает работу с электричеством с 6,5 кВ 25 Гц.
  • 1911 г. Начало работы на линии Дессау — Биттерфельд. Первая полнопроводная электрическая железная дорога в Германии, первоначально с 10 кВ 15 Гц.
  • В 1912 году была введена в эксплуатацию канатная дорога Миттенвальдбан, состоящая из Карвендель и Ауссерфернбан, от Инсбрука до Ройтте в Тироле как первая полнопроводная железная дорога в Австрии на 15 киловольт и 15 герц. После электрификации канатной дороги Арльбергбан частота сети была увеличена до 16 Гц.
  • В соглашении о единой системе тягового тока от 1912 года Германия, Австрия, Швейцария, Швеция и Норвегия согласовали общую систему тягового тока с напряжением 15 киловольт и частотой 16 Гц.
  • 1913 г. Начало непрерывной работы на электричестве на железной дороге Берн-Летчберг-Симплон (BLS) с 15 кВ 16⅔ Герц.
  • В том же году Ретийская железная дорога открыла свою линию в Энгадине с частотой 16⅔ герц, но с напряжением 11 киловольт.
  • 1914 г. Открытие железной дороги Pressburger Bahn 15 кВ 16⅔ Герц на сухопутном маршруте.
  • Первая мировая война остановила прогресс. 1920 Начало работы электричества на Готардской железной дороге. Электрификация этого маршрута была необходима, чтобы Швейцария стала менее зависимой от импорта угля из соседних стран во время кризиса.

Электрическая часть

Главная цепь

Все кабели и устройства, передающие и влияющие на энергию электрического привода электровоза, являются частью главной цепи.Главная цепь может быть подразделена на цепь высокого напряжения (также называемую цепью высокого тока или главного напряжения) и цепь двигателя, в зависимости от локомотива. Разделение между двумя цепями обычно является главным трансформатором в локомотивах переменного тока. Поскольку локомотивы с чистым постоянным током не имеют трансформатора, точное разделение между цепями высокого напряжения и двигателя часто невозможно с этими локомотивами.

Цепь высокого напряжения

Ток высокого напряжения от контактной линии протекает через цепь высокого напряжения.Как правило, в состав высоковольтной цепи локомотивов переменного тока входят следующие устройства и кабели:

Локомотивы

постоянного тока имеют аналогичную структуру в цепи высокого напряжения, но без главного трансформатора. Кроме того, главные выключатели локомотивов постоянного тока иногда называют высокоскоростными выключателями. Устройства, используемые в локомотивах переменного тока, в деталях отличаются от устройств в локомотивах постоянного тока. Это связано, помимо прочего, с тем, что номинальное напряжение в сетях постоянного тока обычно значительно ниже, чем в сетях переменного тока, и поэтому токи значительно выше при той же мощности.Токоведущие поперечные сечения должны быть соответственно больше. Однако в случае локомотивов переменного тока необходимо выдерживать большие расстояния из-за более высокого напряжения, чтобы предотвратить пробои.

Цепь двигателя

Ток, который подается на тяговые двигатели, протекает через цепь двигателя. Для локомотивов переменного тока это включает u. а. следующие кабели и устройства:

  • Вторичная обмотка главного трансформатора
  • Регулятор мощности
  • Сепаратор ходового мотора
  • Реверс
  • Тяговый двигатель

В локомотивах постоянного тока цепь высокого напряжения обычно подключается непосредственно к регулятору мощности.

Управление движением и мощностью

В случае электровозов управление мощностью означает влияние или управление тяговым усилием, тормозной силой, скоростью и направлением движения.

Регулятор направления

В случае электровозов с коллекторными двигателями полярность поля стойки тягового двигателя меняется на противоположную с помощью реверсора для изменения направления движения. При использовании трехфазных двигателей необходимо изменить направление вращения вращающегося поля, чтобы изменить направление движения.

Управление приводом в автомобилях постоянного тока
Электровоз постоянного тока BB 9004 компании SNCF, в 1955 году достиг рекордной скорости 331 км / ч.
Приводится в действие двигателями постоянного тока

В локомотивах, работающих на постоянном токе, при пуске перед последовательными тяговыми двигателями подключаются резисторы, которые ступенчато закорачиваются с помощью механизма переключения. Пока включены последовательные резисторы, часть энергии в локомотиве преобразуется в тепло, так что экономичная работа достигается только тогда, когда пусковой резистор полностью замкнут накоротко.Дальнейшие шаги скорости являются результатом использования ослабления поля. Обмотка возбуждения частично закорочена, поэтому тяговый двигатель может достигать более высоких скоростей при уменьшении крутящего момента. В случае транспортных средств с несколькими двигателями существует возможность грубого управления тяговыми двигателями без потерь с помощью группирующих цепей. Для этого они подключаются последовательно или последовательно на низких скоростях и включаются параллельно на более высоких скоростях. Различные варианты переключения с четырьмя или шестью приводными двигателями приводят к значительно большему количеству уровней скорости без потерь.

В дополнение к этому пошаговому контролю позже были разработаны бесступенчатые регуляторы, которые вместо последовательных резисторов используют регуляторы прерывания, которые позволяют регулировать мощность практически без потерь.

Приводится в действие трехфазными двигателями

С появлением современной силовой электроники стало возможным преобразовывать постоянный ток, потребляемый из сети, в трехфазный ток переменной напряжения и частоты. Это позволило использовать трехфазные двигатели, которые значительно менее удобны в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.В зависимости от используемой силовой электроники используются тяговые преобразователи с прерывателем постоянного тока, промежуточной цепью и инвертором, либо постоянный ток, забираемый из сети, преобразуется инвертором непосредственно в трехфазный ток.

Управление приводом в транспортных средствах переменного тока
Привод серийными двигателями

Для электровозов с переменным током с очень низкими частотами, например 16,7 Гц, можно использовать однофазные двигатели. Напряжение тяговых двигателей регулируется переключающим механизмом.Он состоит из ступенчатого переключателя или переключателя привода, с помощью которого отдельные отводы на катушках трансформатора управляются вручную или через соединенные между собой контакторы. В зависимости от конструкции механизм переключения расположен либо на стороне высокого напряжения, либо на стороне низкого напряжения трансформатора. При размещении на стороне высокого напряжения механизм переключения меньше, потому что токи также меньше, но требования к изоляционным материалам значительно выше.

При использовании переменного тока с частотой 50 Гц или 60 Гц, поскольку они также используются в электрической сети национального электроснабжения, использование однофазных двигателей с последовательным соединением является слишком сложным.После трансформатора ток либо подается на преобразователь, генерирующий постоянный ток, либо ток преобразуется в постоянный ток статическими выпрямителями. Тяговые двигатели сконструированы как двигатели с волновым током , также называемые двигателями смешанного тока , которые специально разработаны для обработки волнообразного постоянного тока.

Вместо механизма переключения для регулирования напряжения тягового двигателя может также использоваться фазовое управление. Эта технология обеспечивает бесступенчатое управление, но вначале она вызвала серьезные проблемы из-за совершенно другого частотного спектра токов воздушных линий по сравнению с локомотивами с переключателем ответвлений, что приводило к помехам в системах сигнализации.

Приводится в действие трехфазными двигателями
E2E железной дороги Бургдорф — Тун были первыми в мире трехфазными локомотивами, работающими на всех линиях.

Асинхронные тяговые двигатели с роторами с контактным кольцом обычно использовались для локомотивов, потребляющих трехфазный ток от контактной линии. Регулировка мощности осуществлялась включением дополнительных резисторов в цепи ротора, которые постепенно закорачивались при пуске, и переключением числа полюсов двигателей по схеме Даландера.Таким образом, были возможны только два или четыре уровня экономичной скорости.

В современных электровозах используется современная энергосберегающая силовая электроника. В транспортных средствах переменного тока трансформатор с фиксированным передаточным числом расположен перед преобразователем, который устанавливает напряжение на более низкое значение и регулирует его в соответствии с различными номинальными напряжениями систем переменного тока. У вас есть только один трансформатор с несколькими фиксированными ответвлениями, к которым подключены тяговые преобразователи (обычно по одному на тележку или по одному на тяговый двигатель).Они преобразуют подаваемый однофазный переменный ток в трехфазный переменный ток с переменной частотой, который питает трехфазные тяговые двигатели, не требующие переключения и не требующие особого обслуживания.

Управление движением в многосистемных транспортных средствах

Многосистемные локомотивы могут работать на различных системах тягового тока. Это позволяет осуществлять трансграничное движение без затратной по времени смены локомотивов. Различные напряжения могут поддерживаться в сетях переменного тока с несколькими подключениями на первичной стороне главного трансформатора.В прошлом двигатели постоянного или смешанного тока часто использовались в качестве тяговых двигателей с различными частотами сети и / или при движении в сетях переменного и постоянного тока. Генерируемый трансформатором переменный ток преобразовывался с помощью выпрямителя.

В современных мультисистемных локомотивах используется современная силовая электроника. Независимо от типа используемого тока энергия, подаваемая на транспортное средство, преобразуется в трехфазный переменный ток и подается на асинхронные тяговые двигатели.

Электродинамическое торможение

Помимо механических тормозов, многие электровозы используют тяговые двигатели в качестве генератора при торможении.Если генерируемая энергия преобразуется в тепло с помощью так называемых тормозных резисторов, это называется резистивным тормозом. Если электроэнергия возвращается в маршрутную сеть, это называется рекуперативным торможением. Предварительным условием для этого является сеть, способная принимать информацию, т. Е. H. генерируемая электрическая энергия должна потребляться другим потребителем в той же секции питания. В качестве альтернативы источник энергии питающей секции должен иметь возможность передавать электроэнергию на другую питающую секцию или подавать ее в общую электрическую сеть.

Вспомогательное оборудование

Вспомогательное оборудование — это устройства на электровозах, которые используются для питания бортовой электросети, для хранения электроэнергии (аккумулятор), для подачи сжатого воздуха (воздушный компрессор) и для охлаждения систем (вентиляторы, насосы).

Для питания бортовой электросистемы электровозы обычно оборудуются отдельным преобразователем мощности меньшего размера (вспомогательным преобразователем), который питает подключенные вспомогательные системы трехфазным переменным током.В локомотивах постоянного тока на этот преобразователь часто подается электроэнергия напрямую через контактную линию; Электровозы переменного тока обычно получают питание от собственного трансформатора. Выходная частота вспомогательного преобразователя мощности регулируется в зависимости от требований к мощности подключенных к нему нагрузок. В старых локомотивах вспомогательное оборудование либо питалось напрямую от сети тягового тока (особенно для транспортных средств постоянного тока), либо от главного трансформатора (для транспортных средств переменного тока), либо от вращающегося преобразователя.

В дополнение к вспомогательной электрической системе электровозы оснащены аккумуляторами, которые обеспечивают подачу энергии независимо от контактной линии. Они питают важные цепи управления, цепь безопасного вождения, системы управления поездом, сигнализацию и внутреннее освещение автомобиля, вспомогательный воздушный компрессор и, в некоторых автомобилях с электродинамическими тормозами, не зависящими от контактного провода, вентилятор тормозного резистора. Аккумуляторы заряжаются зарядным устройством, которое, в свою очередь, получает питание от вспомогательной электрической системы, от подходящего ответвления трансформатора или от отдельного преобразователя.Типичное номинальное напряжение батареи составляет, например, 24, 48 или 110 В в Европе и 72 В в США.

Для обеспечения подачи сжатого воздуха электровозы оснащены воздушными компрессорами (также называемыми воздушными компрессорами). Он снабжает сжатым воздухом пневматические тормоза, пневматические устройства транспортного средства и пневматические устройства вагонного поезда. Пневматические устройства транспортного средства — это, например, подъемное устройство пантографов и электропневматические контакторы.В вагонном поезде, например, наружные двери или пневмоподвеска являются потребителями сжатого воздуха, которые должны питаться от электровоза. Помимо главного воздушного компрессора, электровозы часто оснащаются вспомогательным воздушным компрессором, позволяющим поднимать пантограф и включать главный выключатель на демонтированном локомотиве. Вспомогательный воздушный компрессор получает электроэнергию от аккумуляторов. Если вместо пневматического тормоза используется всасывающий воздушный тормоз, локомотив должен быть оборудован вакуумным насосом.

Электровозы оснащены охлаждающими устройствами для отвода тепла от электрических систем. Главный трансформатор, силовые преобразователи, тяговые двигатели, воздушный компрессор и остальная электроника должны охлаждаться, если таковые имеются. Более крупные генераторы отходящего тепла охлаждаются отдельным охлаждающим устройством. Сегодня основные трансформаторы обычно имеют масляное охлаждение. Для этого масляный насос перекачивает охлаждающее масло из бака трансформатора через маслоохладитель (обычно масляно-воздушный теплообменник) и обратно в бак трансформатора.Вентилятор втягивает в машинное отделение или снаружи воздух и проталкивает его через теплообменник, чтобы отводить отходящее тепло от трансформатора в окружающую среду. В современных электровозах с силовой электроникой преобразователи тоже необходимо охлаждать. Для этого часто используется охлаждающая вода, которая отдает отработанное тепло преобразователя в окружающую среду в теплообменнике вода / воздух. Тяговые двигатели в основном имеют воздушное охлаждение. В случае тяговых двигателей с самовентиляцией необходимый для этого охлаждающий воздух всасывается крыльчаткой вентилятора, установленным на валу приводного двигателя.С повышением требований к характеристикам тягового двигателя произошел переход к системам с внешней вентиляцией, в которых отдельные вентиляторы тягового двигателя обеспечивают охлаждающий воздух. В зависимости от типа транспортного средства вентилятор приводного двигателя охлаждает все приводные двигатели или каждый приводной двигатель имеет свой собственный вентилятор приводного двигателя. Как и в случае с тяговыми двигателями, воздушные компрессоры обычно имеют воздушное охлаждение, и существуют как самовентилируемые, так и внешне вентилируемые системы. Чтобы защитить устройства и вентиляторы от грязи и повреждений, необходимо очищать наружный воздух.Это делается, например, с помощью вентиляционных решеток, циклонных сепараторов и / или фильтрующих матов.

Электроснабжение поезда

Электровозы, предназначенные для использования в пассажирском транспорте, часто обеспечивают центральное энергоснабжение прицепного состава вагонов. В Европе преобладали однополюсные железнодорожные автобусы, использующие рельсы в качестве обратных проводов. Однако в других странах, например в США, преобладала электроснабжение поездов на трехфазном переменном токе.Энергия для электропитания поезда берется либо от ответвления трансформатора, либо непосредственно от контактной линии, либо от преобразователя.

До того, как электрическое отопление стало популярным в пассажирских вагонах, электровозы также оснащались парогенераторами для парового отопления. Эти парогенераторы работали частично от электричества, частично за счет сжигания топлива.

предохранительные устройства

Для защиты автомобиля используются электровозы. а. оснащены следующими защитными устройствами:

  • Защита от пониженного и повышенного напряжения в контактной линии
  • Защита всего автомобиля от сверхтоков и коротких замыканий
  • Максимальная токовая защита и защита от короткого замыкания двигателя, вспомогательных цепей и цепей управления
  • Защита трансформатора (включая реле Бухгольца)
  • Защита преобразователя
  • Устройство противоскольжения

Эти защитные устройства контролируют рабочие и функциональные параметры автомобиля.Если контролируемые значения падают ниже или превышают заданное предельное значение, защитное устройство запускает заданную реакцию. Это может быть, например, выдача предупреждающего сигнала для водителя, автоматическое отключение части или всего автомобиля или автоматическое вмешательство в управление транспортным средством.

Другие защитные устройства для наблюдения за водителем:

Механическая часть

Локомотив обычно состоит из кузова, несущего ходовую часть с кабинами машиниста и машинным отделением.

Коробка и машинное отделение

Ящик состоит из устойчивой основной рамы с приваренными боковыми стенками и съемными крышами. По бокам расположены кабины машиниста, между которыми находится большое машинное отделение, в котором установлены защищенные от непогоды электрические системы переключения, управления и трансмиссии. Чтобы обслуживающий персонал не мог прикоснуться к опасному электрическому напряжению, устройства размещают либо за решеткой, либо в более новых локомотивах в закрытых шкафах. Оцеплена также особо опасная зона высокого напряжения.Доступ возможен только с помощью ключа, который отпускается только тогда, когда пантограф опущен и электрическое оборудование заземлено.

К коробке прикреплены устройства для передачи растягивающего и сжимающего усилия. Обычно это крючки для рисования и буферы или центральная буферная муфта.

Для обеспечения доступности устройств для проведения профилактических работ они располагаются вдоль проходов. В автомобилях с двумя кабинами водителя также используется проход для их соединения с водителем.Либо один коридор можно устроить посередине машинного отделения, либо два коридора вдоль стен. Возможна смесь двух систем. В коридорах по боковым стенам обычно принадлежит одна из вышеописанных дополнительно оцепленных зон высокого напряжения.

Движущиеся части больше не видны в машинном отделении современных локомотивов.

Привод и привод

Комплект ведущих колес с приводным двигателем

Основная рама, в свою очередь, в основном опирается на раму подвижных тележек, которые, в свою очередь, поддерживаются двумя или тремя колесными парами.Современные электровозы обычно оснащаются одноосными приводами; из соображений стоимости два двигателя иногда питаются одним тяговым преобразователем вместе.

Ведущие колеса или оси первых локомотивов были конструктивно связаны с двигателем самым простым из возможных способов, что изначально неизбежно приводило к одноосной передаче; в некоторых случаях все равно приводилась в движение только одна ось локомотива. Привод для нескольких осей с отдельными двигателями также появился очень рано, например, в локомотиве «Le Drac» на Chemin de fer de La Mure.

Однако при все большей мощности предпочтение было отдано объединению привода с минимальным количеством двигателей, поскольку таким образом можно было получить более легкое и дешевое оборудование. Поэтому у первых более крупных электровозов были большие медленно вращающиеся двигатели на основной раме, а шасси состояло из нескольких ведущих осей, соединенных тягами, которые приводились в движение либо через винтовые кривошипы, либо через домкратные валы. Подобно паровозам, были также дополнительные ходовые оси для поддержки выступающих частей рамы.Кроме того, двигатели попарно механически соединялись друг с другом в корпусе локомотива.

Однако вскоре стало очевидно, что при более высоких скоростях и при соединении нескольких двигателей возникали резонансные колебания коробки передач и всей конструкции локомотива, что приводило к значительным повреждениям. Поэтому вскоре были предприняты усилия по разработке одноосного привода, который отвечал бы требованиям на более высоких скоростях. Помимо «привода Siemens Schuckert» с вертикальными двигателями, швейцарец Якоб Бухли разработал привод Buchli для Brown, Boveri & Cie в 1918 году.

В локомотивах со скоростью до 140/160 км / ч тяговый двигатель частично поддерживается осью, а частично рамой тележки (привод татцлагера). Эта конструкция обеспечивает простой привод, поскольку двигатель не может двигаться относительно оси. Недостатком является большая масса мотора, который лежит прямо на колесах без подвески. Это приводит к тому, что удары не ослабляются рельсами во время движения транспортного средства, и на рельсы действуют относительно большие силы.На более высоких скоростях тяговые двигатели полностью подвешены к раме тележки или корпусу локомотива, что позволяет лучше смягчить удар по рельсам. Привод должен иметь возможность компенсировать относительное движение между своей подпружиненной подвеской и осью, поэтому обычно используется привод с полым валом.

Кабина водителя

В кабине машиниста есть все устройства управления и индикации, необходимые для управления тягачом.

Механические аксессуары

Помимо указанных устройств, электровозы имеют и другие компоненты, в том числе:

блок питания

Первые железные дороги с электрической тягой работали с постоянным или трехфазным током, что позволило конструировать транспортные средства с простыми тяговыми двигателями и простым управлением.Лишь позже появилась технология использования однофазного переменного тока, которая упростила контактную линию и подачу энергии.

Постоянный ток

Музейный локомотив DC FS E.321, Милан, Италия, 1923 года постройки.

Википедия: События WikiProject / прошедшие / пропавшие без вести

Электрификация на постоянном токе была проще всего. Приводной двигатель имел простую конструкцию, и его мощность могла регулироваться последовательными резисторами. Передавать энергию на большие расстояния труднее, поэтому необходимо много точек питания.С другой стороны, автомобили можно легко построить, потому что на них не требуется трансформатор. Система используется до сих пор. Электрификация на 3000 вольт постоянного тока — самая распространенная система в мире по секциям (по состоянию на 1980 год). Однако он больше не используется для новых крупных проектов в сфере дальних перевозок. Проблемы вызваны большими токами, которые z. B. должен передаваться от контактной линии для высокоскоростной работы и тем самым вызывать большие потери.

Аккумуляторные локомотивы — это особая форма локомотивов, работающих на постоянном токе.Как и в случае вагонов-аккумуляторов, используемых в пассажирском транспорте, преимущество состоит в том, что они не зависят от какой-либо другой инфраструктуры для электроснабжения, кроме стационарных зарядных станций.
Однако из-за ограниченной емкости аккумулятора область применения ограничена небольшими расстояниями. Аккумуляторные локомотивы использовались в лондонском метро с 1930-х годов в качестве служебных автомобилей для сервисных работ на участках туннелей, где токопроводящий рельс отключен для проведения работ по техническому обслуживанию. Аккумуляторные локомотивы гораздо дольше использовались под землей в горнодобывающей промышленности; это узкоколейные шахтные локомотивы.Кроме того, они иногда используются на железнодорожном транспорте. Испытательный локомотив FS E.421 был построен еще в 1921 году, а с 1916 года NSB Ea1 находился на маневровой и магистральной эксплуатации в Норвегии.

Трехфазный ток

Трехфазный испытательный локомотив Siemens & Halske

Трехфазный ток впервые был использован в опытной эксплуатации на линии Мариенфельде — Цоссен. Асинхронные тяговые двигатели локомотива питались напрямую от трехполюсной контактной линии, регулирование скорости осуществлялось изменением частоты питающего напряжения в электростанции.

Для практической эксплуатации преобладала двухполюсная контактная линия с ходовыми рельсами в качестве третьего внешнего проводника. По сравнению с работой на постоянном токе, энергия могла бы лучше передаваться на большие расстояния, и можно было бы легко внедрить надежный в эксплуатации регенеративный тормоз, поэтому система до сих пор используется на некоторых швейцарских горных железных дорогах. Плавное регулирование скорости было невозможно с классическим управлением. Для наиболее бесперебойного энергоснабжения даже в стрелочных переводах необходимо использовать два широко разнесенных пантографа на локомотив из-за пересечения контактных проводов с разными фазами питания.Строительство линии соприкосновения особенно сложно на переходах и переходах. На севере Италии работает пять отдельных сетей Ferrovie dello Stato с напряжением 3,6 кВ, 16 2 / 3 Гц. Однако они больше не были связаны. Решающим фактором для замены технически более простой системой постоянного тока было то, что фиксированная двухполюсная контактная линия не подходила для скоростей более 100 км / ч. Итальянская операция «Trifase» закончилась в 1976 году.

Переменный ток

Активная часть главного трансформатора локомотива переменного тока, которая во время работы вставляется в масляный бак до крышки.Масло охлаждает и изолирует обернутые бумагой медные обмотки и трубы. Справа от решетчатого деревянного каркаса светлым цветом видны около 30 отводов обмотки для ступеней переключения, а в самом верху — высоковольтные соединения с коричневыми фарфоровыми изоляторами. Один из них подключен к пантографу через главный выключатель.

Благодаря высокому напряжению переменный ток может передаваться на большие расстояния с низкими потерями. С другой стороны, в начале электрификации конструкция тяговых двигателей для однофазного переменного тока была чрезвычайно сложной и преуспевала только при низких частотах сети.Пробные испытания с однофазным переменным током проводились еще в 1905 году, но позже система зарекомендовала себя как наиболее подходящий источник энергии для железных дорог дальнего следования. Высокое переменное напряжение понижается для приведения в действие двигателей и распределительного устройства тягового транспортного средства с трансформаторами до более низких значений.

Достижения в области силовой электроники позволили позже использовать широко распространенную сетевую частоту 50 Гц. Вначале переменный ток 50 Гц выпрямлялся диодами, а затем служил для питания так называемых двигателей смешанного тока.Для новой электрификации сегодня обычно используется система с 25 кВ при 50 Гц, которая является второй по распространенности в мире сегодня.

Применение систем тягового тока

Это историческое развитие показывает, что сегодня используются разные системы тягового тока, в зависимости от того, когда были построены первые системы. В Европе различные системы препятствуют трансграничному движению, которым можно управлять только с помощью мультисистемных транспортных средств.

Самые важные системы тягового тока в мире (в порядке уровня напряжения):

  • 50 киловольт, 60 Гц ~
    отдельных приложений в Канаде, США и Южной Африке
  • 25 кВ, 50 Гц ~
    Франция (северная часть и маршруты TGV), Испания (маршруты AVE), Великобритания (к северу от Лондона и железнодорожное сообщение через туннель под Ла-Маншем), Дания, Германия (только канатная дорога Rübelandbahn), Финляндия, Люксембург (кроме Люксембурга — Арлон), Бельгия (частично), Нидерланды (частично), Швейцария (Женева — Ла-Плен и Базель — Сен-Луи), Венгрия, Чехия (южная часть), Словакия (южная часть), Хорватия, Сербия, Болгария, Италия. (новые Скоростные маршруты), Греция, Португалия, Румыния, Россия (частично), Украина (частично), Казахстан, Литва, Беларусь, Индия, Китай, Южная Корея
  • 20/25 киловольт, 50/60 Гц ~
    различных электрических сетей Японских железных дорог (e.грамм. высокоскоростные линии Синкансэн и обычные линии на севере острова Хонсю)
  • 15 кВ, 16 2 3 или 16,7 Гц ~
    Германия, Швейцария, Австрия, Норвегия, Швеция
  • 3000 вольт =
    Италия, Испания, Бельгия, Люксембург (маршрут Люксембург — Арлон), Польша, Россия (частично), Украина (частично), Эстония, Латвия, Грузия, Армения, Азербайджан, Чехия (северная часть), Словакия ( север и восток)), Словения, Северная Корея
  • 1500 вольт =
    Франция (южная часть), Нидерланды, Чешская Республика (Табор — Бехине), большая часть традиционных маршрутов в Японии (особенно в крупных городах, таких как Токио, Нагоя или Осака), обычно на метровом расстоянии маршруты в Испании и Швейцарии
  • 750 В =
    Англия (к югу от Лондона до канала, питание через боковую шину с покрытием сверху)

В сетях трамвая, легкорельсового транспорта, метрополитена и скоростной железной дороги обычно используются напряжения постоянного тока от 500 до 1500 вольт, если они работают независимо от сетей поездов дальнего следования.Напряжение контактного провода в трамвайных сетях редко превышает 1000 вольт.

литература

  • Гельмут Бендель: Электровоз. Структура, функции, новые технологии. транспресс, Берлин 1994. ISBN 3-344-70844-9
  • Клаус-Юрген Феттер: Большое руководство для электровозов. Bruckmann, сентябрь 2003 г. ISBN 3-613-71370-5
  • Günther Klebes: Электрические и дизельные тяговые машины на выставке железнодорожной техники в Седдине по случаю конференции железнодорожной техники в Берлине с 21 сентября по 5 октября 1924 года .Монографии и сообщения, Том 20 (двойной выпуск). Опубликовано Немецким обществом истории железных дорог, Карлсруэ, 1978 г. ISBN 3-921700-18-3
  • Günther Klebes: 100 лет электропоездов — 100 лет электровозам Siemens. Eisenbahn-Kurier-Verlag, Freiburg Br 1979. ISBN 3-88255-823-7
  • Клаус-Юрген Феттер: Большое руководство для электровозов. Bruckmann, сентябрь 2003 г. ISBN 3-7654-4066-3
  • Раймо Гарейс: вчерашних электровозов. Vol. 1. Магистральные тепловозы. Крона, январь 2000 г. ISBN 3-933241-18-9
  • Андреас Штаймель: Электротяговые транспортные средства и их энергоснабжение: основы и практика , Oldenbourg Industrieverlag, Мюнхен, 2006 г., ISBN 3-486-63090-3.

Интернет-ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ www.hochsitzszuege.com — Обзор французских высокоскоростных поездов. Формулы осей (ведущие оси, ведущие оси) указываются с поездами.
  2. ↑ http: // www.Physikalischer-verein.de/index.php/verein/historisches
  3. a b c d e f g h i j k l Bendel, локомотив, функция Helmut: Структура новая техника . 2., обр. и дополнительное издание Transpress, Берлин 1994, ISBN 3-344-70844-9.
  4. a b Конспекты лекций «Рельсовые транспортные средства» (Памятка оригинала от 26 апреля 2009 г. в Интернет-архиве ) Информация: Архив Ссылка на была добавлена ​​автоматически, но еще не добавлена проверил. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями , а затем удалите это уведомление. Андреас Хайгермозер, TU Graz, издание 07.2002 @ 1 @ 2 Шаблон: Webachiv / IABot / www.mel.tugraz.at
  5. ↑ 16,7 Гц в подсетях сети DA-CH и асинхронных преобразователей, ср. Тяговый ток

Электрические тяговые системы | Шварц Инжиниринг

Системы электрической тяги используют серию электроэнергии для перемещения любого локомотива, трамвая, троллейбуса или промышленного поезда.Процесс электрификации путей сводится к системе питания локомотива. Локомотивы и промышленные машины на рельсах могут питаться от композитного источника переменного или постоянного тока. Тип электроснабжения часто сводится к наличию электроснабжения для данной местности, а также к заявке на электроэнергию. Требования могут меняться в зависимости от характера магистральных перевозок и от того, будет ли поезд курсировать в городской или пригородной зоне.

Основные системы электрической тяги, включая систему электрификации переменного тока, систему электрификации постоянного тока и комбинированную систему.

Системы постоянного тока
Электрификация

постоянного тока может иметь ряд преимуществ, включая меньшее потребление энергии, более быстрое ускорение и лучшее торможение. Трехфазный приемник энергии от электросети понижает мощность до низкого напряжения, преобразуя ее в постоянный ток, чтобы затем запитать систему управления двигателем. Источник питания постоянного тока часто подается через третью или четвертую рельсовую систему для работы при более низком напряжении или через воздушную рельсовую систему при высоком напряжении.

Системы питания часто варьируются от 1500 и 3000 В для пригородных магистралей до 600–1200 В для городских железных дорог.Небольшие специальные системы, такие как трамваи с батарейным питанием для промышленного использования, могут работать от сети от 300 до 500 В. Двигатели постоянного тока часто используются для обеспечения чрезвычайно высокого крутящего момента на низких скоростях с помощью этого типа энергии.

Системы переменного тока

Тяговая система переменного тока становится все более популярной, поскольку она гораздо более доступна и может быть легко понижена для управления двигателями переменного тока. Он часто состоит из одно-, трехфазной и противоположной системы, которая может использоваться для управления локомотивом.Однофазная система является одной из самых распространенных в электрификации переменного тока и часто наиболее популярна для промышленного использования. Однофазная система 25 кВ при 50 Гц часто используется для управления двигателем через трансформатор и выпрямитель. Эта система немного менее эффективна, но к ней легче получить доступ, особенно в районах, где преобладает питание переменного тока.

Композитные системы

Этот тип системы используется для обеспечения многосистемного опыта во время длительных путешествий. Смена локомотивов при использовании нескольких коммутационных станций с воздушными проводами — самый простой способ управлять системой этого типа.Это стало общей системой по всей Европе, так как локомотивы могут работать при разных напряжениях и токах в одном и том же пути.

Если у вас есть дополнительные вопросы о системах электрической тяги для вашего бизнеса, свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше!

Steamtown NHS: Специальное историческое исследование

Steamtown
Специальное историческое исследование


АМЕРИКАНСКИЕ ЭЛЕКТРОЛОКОМОТИВЫ


Так же, как паровоз был разработан, в смысл, как альтернатива животной силе — лошади и мулы, тянущие одиночные вагоны на трамвайных путях — на железных дорогах, электрические локомотивы были разработаны как альтернатива паровозу.Дымящие, тлеющие золой паровозы плохо работали в определенных местах, таких как длинные туннели, где скопление дыма и пары могли задушить экипажи двигателей. Сжигание угля, распространяющие сажу паровозы стали нежелательными, когда их большие номера внутри и вокруг крупного терминала в большом городе, таком как Нью-Йорк или Чикаго настолько загрязнил воздух, что загрязнение воздуха стало главным публичный выпуск к 1890-м годам. Также в таких городах, как Нью-Йорк и Чикаго, где стоимость недвижимости в центре города исчезла из поля зрения, город правительства и сами железные дороги хотели разместить рельсы под землей в туннелях, чтобы освободить ценную недвижимость над землей, но пар двигатели не могли работать в таких туннелях из-за выхлопных газов и дым.Таким образом, хотя пар оставался доминирующим в большинстве американских железных дорог еще полвека или больше, место все еще существовало для какая-то альтернативная форма движущей силы, которая не создает ядовитых паров, не нуждались в горении (внешнем или внутреннем) и могли та же работа, что и паровозы.

Но электровоз имел сложную происхождение задолго до того, как потребность в чем-то подобном стала острой. В 1835 году Томас Давенпорт из Вермонта построил небольшую модель электрического локомотив, бегавший по круговой колее.В 1847 году профессор Моисей Фармер построил аккумуляторный локомотив, способный перевозить двух человек. В В 1851 году доктор Чарльз Пейдж управлял аккумуляторным локомотивом более 5 миль трасса между Вашингтоном, округ Колумбия, и Блейденсбургом, штат Мэриленд.

Как и следовало ожидать, этот экстраординарный изобретатель Томас Альва Эдисон приступил к разработке электрического локомотив в своей лаборатории в Менло-Парке, штат Нью-Джерси, во время 1880-е годы, работа двигателя с ременной передачей, тянущая две машины в 40 лет. миль в час на 1400 футов пути, который он построил.Генри Виллар из Северный Тихий океан заинтересовался и приказал Эдисону построить два электровозы для использования на терминалах Чикаго, но в 1883 году банкротство заставило северную часть Тихого океана отказаться от разработки.

Примерно в то же время в Новой Англии Стивен Филд построил электровоз с центральной кабиной, или то, что впоследствии стало известно как «шпилька», которую он продемонстрировал на небольшой железной дороге в Стокбридже, Массачусетс.

Эдисон и Филд заключили партнерство в Электрическая железнодорожная компания, продемонстрировавшая свой первый локомотив на выставке Чикагская железнодорожная выставка, на которой 26000 человек перевезли круговая дорожка.

Также в течение того продуктивного десятилетия 1880-х гг. Фрэнк Спраг изобрел электрический тяговый двигатель с подвесом на оси. В 1889 г. компания Electric Railway присоединилась к компании Edison General Electric. который под председательством Генри Вилларда, ранее принадлежавшего к Северной Pacific приобрела компанию Sprague и ее патенты.

После проглатывания в 1892 г. железнодорожная компания Thomas-Houston Company, в 1893 году фирма Эдисона стала компании General Electric и выпустила свой первый электровоз, 30-тонный агрегат, способный развивать тяговое усилие 12000 фунтов и скорость 30 миль в час.Работает от накладной сети постоянного тока напряжением 500 В троллейбус, двигатель появился как раз вовремя, чтобы его показали на Всемирная колумбийская выставка в Чикаго в 1893 году.

Между тем, конкурент General Electric Компания по электротехнике появилась, когда в 1895 г. компания Джорджа Вестингауза присоединилась к Baldwin Locomotive Works построить 46-тонный двухколесный электровоз, разработанный, в отличие от Локомотивы General Electric, работающие на переменном токе.Впоследствии хотя ряд железных дорог выбрали системы постоянного тока, построенные Компания General Electric совместно с American Locomotive Компания, многие другие предпочли использовать системы, в которых использовались ток и оборудование, произведенное Westinghouse Electric Company в партнерство с Baldwin Locomotive Works и обоими типами систем оставались в эксплуатации практически до тех пор, пока тепловозы не вытеснили электрические. локомотивы на железных дорогах страны.Каждая из двух систем У тока были свои достоинства и недостатки.

Первая проблемная электрификация магистрали железная дорога включала новый 3,7-мильный туннель, чтобы нести Балтимор и Железная дорога Огайо под частью Балтимора и его гавани. Готовить на пару локомотивы, прибывающие с поездами в оба конца туннеля, закроются вниз и беречь их костры, пока один из трех 600-вольт постоянного тока, 96-тонный четырехколесный локомотив мощностью 360 л.с. проехать через туннель и отрезать путь в дальнем конце, где двигатель бригада заведет свой паровоз и продолжит путь к своему пункт назначения Вступив в эту службу в 1895 году, три первых локомотива проработал до 1910 г.Электрификация небольшого магистрального участка Балтимор и Огайо оказались успешными.

Центральный вокзал Нью-Йорка с его 700 поезда ежедневно, по по крайней мере с одной, а некоторые с двумя парами локомотивы, не говоря уже о наличии дополнительного парового переключателя двигатели загрязнили воздух Манхэттена тоннами угольного дыма и сажи. Зная об успехе отеля типа «постель и завтрак» с его туннелем в Балтиморе, Нью-Йорк законодательный орган в 1903 году принял закон, который объявил паровозы вне закона. к югу от реки Харием после 1908 г.Теперь железные дороги пришлось электрифицировать Центральный вокзал. Следовательно, Центральная железная дорога Нью-Йорка решил приобрести 95-тонный, 425-сильный 660-вольт постоянного тока локомотивы производства American Locomotive Company и General Электрический. Также обслуживает Центральный вокзал, Нью-Йорк, Нью-Хейвен. и Hartford Railroad тем временем выбрали систему переменного тока за его подходы к Нью-Йорку, хотя его Вестингауз-Болдуин локомотивы были оборудованы для работы от постоянного тока напряжением 660 вольт. третий рельс Центрального Нью-Йорка, когда в пределах Гранд Сентрал Терминальный район.102-тонные локомотивы New Haven имели «коробку». кабина »с двумя тележками и двумя пантографами в каждой, ромбовидной формы. подпружиненная рама, предназначенная для достижения высоты над крышей кабины и поддерживать контакт с воздушным проводом питания, обычно называемым контактная сеть. Первые локомотивы Нью-Хейвена поступили на вооружение в 1905 году, и Нью-Хейвен электрифицировал не только свои терминалы, но и некоторые из его основная линия.

В другом месте страны обнаружена электрическая движущая сила. место перевозки грузов и пассажиров.В Монтане медные перевозки Бьютт, Анаконда и Пасифик Рейлвей, дочерняя компания Компания Anaconda Copper электрифицировала свои основные линии напряжением 2400 вольт. Электрификация контактной сети в 1920-х годах, система, которая доказала успешным в течение следующих 40 лет. В 1915 году Norfolk & Western использовали систему переменного тока Westinghouse-Baldwin для электрификации своего протяженная магистраль Элкхорн Тоннель в Западной Вирджинии, в которой было 2 процентные оценки. В 1925 году Виргинская железная дорога электрифицировала свою главную линии с аналогичной системой.

История электрификации участков магистральных линий Пенсильванской железной дороги, которая началась еще в 1903 году, заслуживает собственное книжное исследование. В результате появилась серия знаменитых электрических локомотивов, электрификация Пенсильвании завершилась в 1934 г. создание самого известного в Америке электровоза ГГ-1, одетый в поразительное, обтекаемое сварное тело Раймонда Лоуи. дизайн. Локомотивы типа ГО-1 пережили саму железную дорогу, продолжает работать после исчезновения Пенсильвании Железная дорога в Центральную транспортную компанию Пенсильвании, которая проходила через банкротство в руки Consolidated Rail Corporation.

Далеко на западе Великий Север электрифицировал свой линия над Каскадными горами на северо-западе Тихого океана, начинающаяся в 1909, как и Чикаго, Милуоки, Сент-Пол и Пасифик в том же регион, эксплуатирующий знаменитый класс четко спроектированных «биполярных» электровозы не только в грузовых поездах, но и в пассажирских экспрессах. «назовите» поезда типа Olympian.

Другая форма электрификации касается пригородных или пригородное сообщение на паровых железных дорогах в окрестностях крупных городов.Использование оборудования тяжелее, чем у большинства электрических междугородных поездов. железные дороги, электрифицированное пригородное оборудование в магистральных железных дорогах пригородных обслуживание, как правило, состояло из нескольких блоков с электрическим приводом. стальные легковые автомобили, хотя некоторые деревянные автомобили также поступили на такую ​​службу. Линии стандартной колеи Северного берега железной дороги в округе Марин к северу от Сан-Франциско были электрифицированы с 1903 г .; север Вскоре берег будет реорганизован и переименован в Северо-западную часть Тихого океана. Железная дорога.Но первая действительно крупная главным образом пригородная железная дорога на преобразовать в электрическую движущую силу была железная дорога Лонг-Айленда, которая так в 1905 году, купив 134 стальных многоместных электрических пассажирских легковые автомобили.

Делавэр, Лакаванна и Западная железная дорога последняя крупная железная дорога, которая электрифицировала свои пригородные перевозки, когда она так в 1930 и 1931 годах, хотя Рединг проделал то же самое с некоторыми из его строк только месяцами ранее. Электрический пригородный поезд Lackawanna операции будут функционировать практически без изменений и с теми же оборудование за полвека успешной и во многом безотказной услуга.У Lackawanna также было два локомотива с тройной мощностью, которые он использовал на перевозки грузов между грузовым терминалом Secaucus и Джерси-Сити-Ярд; у них были батареи, они могли работать без контактной сети, когда на электрифицированных линиях, а также имел дизельные двигатели, которые могли заряжать батареи.

Второй по известности после GG-1 Пенсильвании Железная дорога, серия из 20 электровозов, построенных по заказу 1946 г. правительство Советского Союза было наложено эмбарго перед поставкой, когда Холодная война развернулась в конце 1940-х годов, в результате чего три четверти из них оказались на американских железных дорогах, в то время как остаток отправился в Латинскую Америку.Двенадцать из этих современных, обтекаемых, сверхмощные электровозы отправились в Чикаго, Милуоки, Сент-Пол и Тихоокеанская железная дорога — «Милуоки-роуд» — для обслуживания на 438 милях электрифицированной линии между Харлотоном, штат Монтана, и Эйвери, штат Айдахо, над Континентальный водораздел — линия, которая поступила на вооружение ранее поколения электровозов в 1915 году. Якобы из-за их прерванный советский пункт назначения, этот тип локомотива стал известен как «Маленький Джо» теоретически для советского диктатора Иосифа Сталина, хотя местные источники этого прозвища существовали, и, кажется, никто не знает правда о его происхождении.В дополнение к 12 Milwaukee Road Little Джо, трое ездили на железную дорогу Чикаго, Саут-Шор и Саут-Бенд, где они привлекли к себе равное внимание. Кто бы ни был их тезкой, эти большинству наблюдателей показались красивыми паровозами.

Электровозы могли собрать свою мощность за два основные способы: от воздушных проводов, либо простых контактных проводов или более сложные цепные тросы, обычно ромбовидные подпружиненные рамки, известные как пантографы, снабженные штангой скользящая по проволоке или металлическая трубка, катящаяся по проволоке, или в некоторых случаях простой столб тележки со шкивом связь; или от электрифицированного «третьего рельса», расположенного в центре трек или рядом.Опасность последнего заключалась в том, что он ударить электрическим током любого животного или человека, прикоснувшегося к нему; еще третий рельс остается использовался в 1990-х годах на многих междугородних линиях электропередач, обычно требование об огражденной полосе отчуждения или иной форме отделения от возможность встречи с людьми или животными.

В то время как новые электрические линии, такие как уголь Черная Меса и железная дорога на озере Пауэлл в Аризоне строились давно. после Великой Отечественной войны тепловоз постепенно затмил электровоз на железных дорогах страны, по иронии судьбы при скоростном трамвае, электричке, улице, железных дорогах и междугородных линиях пережил возрождение.Города, которые сохранили их, переоборудовали с современными новыми автомобилями и городами, которые разбирали и сдавали их на металлолом лет назад построили совершенно новые уличные железные дороги и междугородние линий.

В отношении магистральных железных дорог общего пользования, однако история их развития в ХХ веке включает в себя паровая, электрическая и дизельная движущая сила, но следует отметить, что даже дизельная тяга почти всегда дизель-электрическое убеждение, дизельный двигатель используется для вождения генераторы, которые приводят в действие тяговые двигатели с подвеской на оси, заменяя тем самым удаленная электростанция, которая использовала угольную или гидроэлектростанцию для направления электричества в воздушные провода или третьи рельсы.Только маленький тепловозы, используемые как верфи или промышленные стрелочные переводы, широко использовали цепные, зубчатые или другие механические приводы, а единственные дизель-гидравлические локомотивы, используемые в Соединенных Штатах, были в экспериментальных целях, и были признаны неудовлетворительными при использовании на американских железных дорогах условия. Таким образом, дизель-электрическая форма локомотива — в некотором смысле электровоз женился на дизельном двигателе — стал доминирующим в обеспечить локомотивную силу американских железных дорог в конце 20 век.

Библиография

Baker, P.H., et al. «Сто лет прогресса на железной дороге. Машиностроение — Разработка электровозов », Глава 5 в Железнодорожное машиностроение, век прогресса, автомобили и Дизайн локомотива. Нью-Йорк: Американское общество механиков Инженеры отдела железнодорожного транспорта, 1979: 137-160.

Берджесс, Джордж Х. и Майлз К. Кеннеди. Столетняя история Железнодорожная компания Пенсильвании, 1846-1946 гг. Филадельфия: Железная дорога Пенсильвании, 1949: 463-471, 612-621, 645-650, 744-747.

Миддлтон, Уильям Д. Когда электрифицировали паровые железные дороги. Milwaukee: Kalnbach Books, 1974. [Эта хорошо иллюстрированная книга остается основной популярный счет электрификации магистральных линий на Севере Америка.]

Rung, Al. «Он стилизует Streamliners». Поезда, Вып. 9, №2 (Декабрь 1948 г.): 16-21.

Штайнхаймер, Ричард. Электрический путь через горы: Истории электрификации Милуоки-Роуд. Тибурон, Калифорния: Carbarn Press, 1980.


ЛОКОМОТИВЫ В STEAMTOWN


(Следует отметить, что с момента публикации этого документа, некоторые из этих локомотивов могут больше не находиться в Стимтаун NHS.)

а. Электромобиль № 2505 Делавэра, Лакаванна и Западной железной дороги



стей / шс / шс4.htm
Последнее обновление: 14 февраля 2002 г.

Тяговые двигатели тепловозов

14 марта 2016 г., Опубликовано в статьях: EE Publishers, Статьи: Energize, Статьи: Vector, Рекомендуемые: Energize

Майка Райкрофта, редактора функций, EE Publishers

Железнодорожный транспорт снова становится популярным для перевозки грузов на большие расстояния.В этой статье рассматривается роль электродвигателей в этом секторе транспортной отрасли.

Используются два типа локомотивов: чисто электрический, который питается от контактного провода среднего напряжения и ограничен в использовании для поездок на большие расстояния, и локомотив с приводом от дизельного двигателя, который может использоваться для всех типов операций. в том числе маневровые. В этой статье рассказывается о тепловозе.

Название «тепловоз» вводит в заблуждение, поскольку тяговое усилие обеспечивается электродвигателями, приводящими в движение колеса напрямую, а электричество для питания двигателей вырабатывается генератором переменного тока, приводимым в действие дизельным двигателем.Использование дизельного двигателя освобождает локомотив от подключения к внешнему источнику электроэнергии, а использование электродвигателей и приводов позволяет контролировать тяговые возможности локомотива, что было бы невозможно при прямом приводе от дизельного двигателя.

Электродвигатели тяговые

Двигатели могут быть установлены в нескольких различных конфигурациях:

  • Управление грузовиком или тележкой : Один двигатель приводит в движение все колеса грузовика или тележки, обычно четыре колеса на двигатель.
  • Управление осью : Двигатель приводит в движение оба колеса на одной оси. Это наиболее распространенная конфигурация (см. Рис. 1).
  • Управление колесом : Каждое колесо приводится в движение собственным двигателем. Это позволяет максимально контролировать локомотив, но используется нечасто.

В локомотивах используются три типа двигателей:

  • Двигатели постоянного тока.
  • Двигатели переменного тока с частотно-регулируемыми приводами.
  • Двигатели переменного тока с постоянными магнитами.

Основные требования к двигателю локомотива заключаются в том, что он должен иметь возможность изменять и контролировать скорость, а также обеспечивать пусковой и ускоряющий момент. Ранние локомотивы использовали двигатели постоянного тока, поскольку они были единственным типом больших двигателей, которые могли обеспечивать управление скоростью и требуемый крутящий момент. Двигатели переменного тока работали с фиксированной скоростью и поэтому не могли использоваться в этом приложении. Двигатели постоянного тока имеют несколько недостатков, о которых будет сказано ниже.

Развитие частотно-регулируемых приводов для больших синхронных двигателей переменного тока изменило ситуацию, и сегодня большинство локомотивов используют этот тип двигателя и комбинации привода.На рынке появились двигатели с большими постоянными магнитами (PM), которые имеют ряд преимуществ перед синхронными двигателями переменного тока с обмоткой статора для тяговых приложений. Ряд производителей используют двигатели с постоянными магнитами в своих локомотивах.

Двигатели тяговые постоянного тока

Двигатели постоянного тока

используются в конфигурации с последовательной обмоткой, а скорость регулируется путем переключения последовательного сопротивления в цепи и вне ее. В ранних приложениях сопротивление регулировалось драйвером вручную, но позже были установлены релейные системы, которые делали это автоматически.При запуске через двигатель протекает максимальный ток, обеспечивая максимальный крутящий момент. По мере увеличения скорости двигателя противо-ЭДС снижает ток и крутящий момент, а последовательное сопротивление постепенно отключается, чтобы поддерживать требуемый крутящий момент, пока не будет достигнута полная скорость. Переключение сопротивления дает ступенчатое изменение крутящего момента и, следовательно, ускорения. Релейные системы были заменены электронным управлением в более поздних системах, чтобы обеспечить более плавные характеристики ускорения и замедления. В используемых сегодня системах обычно используются двигатели постоянного тока с раздельным возбуждением и тиристорные регуляторы как для возбуждения поля, так и для основного напряжения питания.Двигатели постоянного тока по-прежнему используются в приложениях, где требуется постоянный пуск-стоп при большой нагрузке.

Рис. 1: Мотор на оси (Railelectrica [5]). Недостаток двигателей постоянного тока серии

заключается в том, что при проскальзывании колес в стандартном приводе постоянного тока тяговый двигатель имеет тенденцию ускоряться и убегать, даже до точки механического отказа, если мощность не снижается. быстро. По мере увеличения проскальзывания колес коэффициент трения ( µ ) также быстро падает до уровня 0,10 или меньше, и поскольку все двигатели соединены вместе, нагрузка на весь локомотив должна быть уменьшена.Таким образом, максимальная адгезия достигается при работе на уровне с комфортным запасом прочности ниже теоретического максимума. Более современные системы постоянного тока включают контроль проскальзывания колес, который определяет начало скольжения и автоматически модулирует мощность для сохранения контроля. Это позволяет локомотиву безопасно работать в точке, близкой к теоретическому максимуму [4].

Двигатели с частотно-регулируемым приводом переменного тока: асинхронные двигатели

Замена двигателей постоянного тока двигателями переменного тока стала возможной благодаря развитию мощных электронных устройств, используемых в частотно-регулируемых приводах (ЧРП).ЧРП позволяют управлять скоростью и крутящим моментом в большей степени, чем двигатели постоянного тока, и позволяют реализовать больше функций управления. Тяговые двигатели переменного тока заменили двигатели постоянного тока во многих тяговых приложениях. Используемые двигатели представляют собой асинхронные или асинхронные двигатели, которые имеют характеристики, подходящие для тяги. Скорость и крутящий момент двигателя регулируются путем изменения частоты, напряжения и тока, подаваемых на катушки статора. Двигатели для типичного локомотива будут иметь мощность от 400 до 600 кВт.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

PMSM — это трехфазный синхронный двигатель переменного тока с обычной короткозамкнутой клеткой или индукционной конструкцией, замененной магнитами, закрепленными в роторе. Ротор приводится в движение вращающимся магнитным полем, реализуемым посредством трехфазного переменного тока, подаваемого на обмотку статора. Ротор будет вращаться синхронно с вращающимся полем, создаваемым статором. Для двигателя требуется сложная система управления, но он может быть на 25% меньше, чем обычный трехфазный двигатель той же номинальной мощности.Конструкция также обеспечивает более низкие рабочие температуры, поэтому охлаждение ротора не требуется, а статор представляет собой герметичный блок со встроенным жидкостным охлаждением. Ряд различных типов поездов был оборудован двигателями с постоянными магнитами. Уменьшенный размер особенно привлекателен для автомобилей с низким полом, где ступичные двигатели могут быть эффективным способом обеспечения тяги в компактной тележке. Разработка конструкции двигателя и связанных с ним систем управления продолжается, и несомненно, что двигатель с постоянными магнитами будет использоваться на большем количестве железных дорог в будущем [3].Системы управления способны управлять как крутящим моментом, так и скоростью двигателя, что обеспечивает широкий диапазон работы, подходящий для тяги.

Двигатель с постоянными магнитами обеспечивает более высокий пусковой момент, чем асинхронные или асинхронные двигатели переменного тока, используемые в локомотивах, что дает возможность управлять осью напрямую, в отличие от зубчатой ​​передачи, используемой с другими двигателями. Это снижает вес и увеличивает эффективность. PMSM использует специально разработанный инвертор / контроллер, чтобы воспользоваться преимуществами характеристик двигателя.

Установка тягового двигателя непосредственно на колесо была целью с тех пор, как электродвигатели впервые использовались в локомотивах. Вероятно, в будущем это станет возможным благодаря модулям PMSM с высоким удельным крутящим моментом. Опытные образцы созданы успешно. Конструкции с осевым потоком были созданы для промышленности, и, возможно, эту конфигурацию можно будет использовать на локомотивах.

Генераторы

Генераторы переменного тока используются в локомотивах с приводом от постоянного и переменного тока для выработки необходимой электроэнергии.Типичный генератор переменного тока будет бесщеточным трехфазным синхронным типом. Генератор приводится в действие непосредственно дизельным двигателем и, таким образом, работает в диапазоне скоростей и, как следствие, переменной выходной частоты. Возможно, это основная причина использования комбинаций выпрямитель / инвертор. Нет причин, по которым генератор переменного тока должен работать на фиксированной частоте, поскольку он не управляет напрямую устройствами, зависящими от частоты. Рабочий диапазон частот также может быть выбран в соответствии с процессом выпрямления, при этом типичная выходная мощность составляет 3 фазы 75 Гц при работе на полных оборотах двигателя.Во многих генераторах переменного тока выпрямительный узел прикреплен к раме генератора и поставляется в виде блока, согласованного с выходом генератора. Это позволяет использовать генератор переменного тока и для тяги постоянного тока.

Выпрямительные преобразователи

Для всех типов тяговых двигателей требуется питание постоянного тока, либо напрямую в случае двигателя постоянного тока, либо косвенно через частотно-регулируемый привод в случае двигателя переменного тока. Во многих современных двигателях выпрямительный блок поставляется как часть генератора переменного тока и соответствует характеристикам машины.

Органы управления локомотивом

Ранние средства управления основывались только на скорости. Современные разработки учитывают множество других факторов, чтобы максимизировать тяговую мощность локомотивов при том же размере приводного двигателя. Одним из основных факторов, влияющих на тяговую мощность, является проскальзывание или проскальзывание колес, и большинство современных систем управления предназначены для управления величиной проскальзывания между колесом и рельсом.

Сцепление и скольжение в локомотивах

Локомотив приводится в движение за счет контакта колеса с рельсом.Это контакт металл-металл, и передаваемая сила зависит от коэффициента сцепления и веса сцепления локомотива. Коэффициент сцепления означает величину веса локомотива на его ведущих колесах, которая может быть преобразована в тяговое усилие.

Пробуксовка колес происходит, когда тяговое усилие превышает адгезионную массу. Адгезионный вес определяется как сила, которая может быть приложена колесом без проскальзывания или скольжения. Скольжение возникает, когда окружная скорость превышает линейную скорость колеса на рельсе.

Вес клея t = µ адгезия x вес (1)

Коэффициент сцепления зависит от скорости скольжения, состояния поверхности рельса, скорости поезда и температуры в зоне контакта. Из всех параметров, которые могут влиять на коэффициент сцепления, можно изменять и контролировать только скорость поезда и скорость скольжения. Поскольку скорость поезда обычно поддерживается на требуемом уровне, можно управлять только скоростью скольжения [1].Характеристики колес немного различаются, и соединенные ведущие колеса будут иметь некоторое пробуксовку.

Рис. 2: Коэффициент адгезии зависит от скорости скольжения [1].

Даже при работе в оптимальных условиях между колесами и рельсами будет определенный процент пробуксовки. Целью современной системы управления является максимальное увеличение коэффициента сцепления за счет ограничения или контроля величины пробуксовки колес. Это достигается за счет управления двигателями многоосного грузовика или агрегата.Тяговое усилие изменяется в зависимости от скольжения, как показано на рис. 2, и цель системы управления — управлять локомотивом в зоне максимального коэффициента сцепления. Существует разница в коэффициентах сцепления, достигаемая с двигателями переменного и постоянного тока. Приводы переменного тока обеспечивают более высокие пусковые коэффициенты сцепления, а также более высокую управляемую адгезию.

Существует ряд различных систем, используемых для управления скольжением и оптимизации коэффициента сцепления. Все используют какие-то средства сравнения скорости вращения колеса с линейной скоростью поезда и подают соответствующие средства управления на инвертор.Проскальзывание измеряется путем определения скорости локомотива с помощью доплеровского радара (вместо использования вращающихся колес) и сравнения ее с током двигателя, чтобы увидеть, соответствует ли вращение колеса скорости движения относительно земли. Если между ними существует несоответствие, ток двигателя регулируется, чтобы поддерживать скольжение в пределах диапазона «медленного» хода и поддерживать тяговое усилие на максимально возможном уровне в условиях медленного движения [3].

Еще один элемент управления, обеспечивающий улучшенное сцепление, — это компенсация переноса веса.Когда локомотив тянет груз, вес имеет тенденцию переноситься с передней оси на заднюю ось каждого грузовика. При максимальном тяговом усилии вес ведущей оси может быть уменьшен примерно на 20%. Поскольку тяговое усилие пропорционально весу водителей, тяговое усилие будет определяться самой легкой осью в системе, в которой двигатели получают питание от общего источника. Таким образом, эквивалентная масса локомотива снижается примерно на 20%. Однако с системой управления осью привод может компенсировать перенос веса.Когда ведущая ось гаснет, система привода снижает мощность на эту ось и передает больше мощности на заднюю ось, не вызывая пробуксовки колес.

Инверторы и системы управления

Инвертор, который на самом деле является моторным приводом или частотно-регулируемым приводом, подает на двигатели переменный ток различной частоты и тока. Первоначально один инвертор питал все двигатели, но в соответствии с новейшими технологиями, как правило, используется один инвертор на двигатель. Это дает преимущество уменьшения размера инвертора и возможности индивидуального управления двигателем.В большинстве больших локомотивов используется конфигурация с одним двигателем на ось, поэтому каждый преобразователь управляет осью и колесной парой.

Есть несколько вариантов конфигурации инверторов. Некоторые производители полагаются на один инвертор на грузовик, в то время как другие используют один инвертор на ось. Обе системы имеют свои достоинства. Система управления грузовиком соединяет оси в каждом грузовике параллельно, обеспечивая максимальное равное управление проскальзыванием колес между осями. Параллельное управление также означает более равномерный износ колес между осями.Однако, если один инвертор (например, один грузовик) выходит из строя, то агрегат может создавать только 50% своего тягового усилия. Один инвертор на ось сложнее, но есть мнение, что индивидуальное управление осью может обеспечить наилучшее тяговое усилие. Если инвертор выходит из строя, тяговое усилие для этой оси теряется, но полное тяговое усилие по-прежнему доступно через другие пять инверторов (для шестиосного агрегата). За счет индивидуального управления каждой осью отпадает необходимость в точном согласовании диаметров колес для оптимальной производительности [4].

Динамическое торможение

В системах динамического торможения двигатели работают как генераторы, а генерируемый ток подается на реостаты или переменные резисторы, установленные на шасси локомотива. Сила торможения регулируется изменением сопротивления реостата. Мощность, необходимая для торможения или замедления локомотива, такая же, как и для его ускорения, поэтому реостаты должны рассеивать большое количество энергии и, как правило, имеют принудительное воздушное охлаждение.В более поздних разработках генерируемый ток использовался для зарядки аккумуляторных батарей или ультраконденсаторов, а накопленная энергия использовалась для помощи в повторном ускорении локомотива.

Возможности модернизации

Локомотивы

— это долгосрочная инвестиция, и в Африке есть много единиц, которым более 20 лет, с использованием более старых технологий и средств управления. К счастью, можно модернизировать системы управления на старых локомотивах для повышения производительности и продления срока службы локомотива без замены основных компонентов привода.Было заявлено улучшение тягового усилия до 25%, а при всепогодном или управляемом сцеплении — до 26%. Это может уменьшить количество единиц, необходимых для перевозки высоких грузов.

Накопители энергии или суперконденсаторы для ускорения запуска

Суперконденсаторы и ультраконденсаторы используются в некоторых локомотивах для обеспечения дополнительной мощности, необходимой при запуске. Это позволяет использовать двигатели и генераторы меньшего размера. Конденсаторы могут накапливать энергию рекуперативного торможения, которая в противном случае рассеивалась бы в резисторах или других устройствах.

Самый южноафриканский локомотив

Локомотивы серии GE Evolution, производимые в Южной Африке, представляют собой шестиосные локомотивы (две группы по три спереди и сзади, все оси приводятся в движение), использующие технологию регулирования тягового усилия отдельных осей переменного тока, которая обеспечивает большую тяговую мощность за счет снижения проскальзывания на запуски, подъемы и в неоптимальных условиях трассы. Эта технология обеспечивает оптимальную производительность, меньшие потери энергии и существенно снижает затраты на техническое обслуживание и связанные с ним простои в течение срока службы локомотива по сравнению с более старыми тяговыми системами постоянного тока и других технологий переменного тока.Локомотив оснащен сложными средствами управления оператора, которые улучшают диагностику и упрощают работу. Консолидированная архитектура управления локомотивом серии Evolution упрощает обновление программного обеспечения и загрузку данных. «Умные» дисплеи устраняют несколько дополнительных черных ящиков в пользу комбинации компьютера и дисплея, что повышает как надежность, так и эргономичность для оператора.

Список литературы

[1] P Pichlík и J Zděnek: «Обзор методов контроля пробуксовки, используемых в локомотивах», Труды по электротехнике , Vol.3 (2014), № 2, www.transoneleng.org/2014/20142c.pdf
[2] RTWP: «Электронное питание для поездов», www.