10 Электровозы
В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного, переменного тока и двойного питания. Энергию для передвижения поездов электровоз получает через контактный провод, с которым соприкасается установленный на крыше электровоза токоприемник. Электрическая энергия, подведенная к тяговым двигателям, заставляет вращаться их якоря, которые через зубчатую передачу приводят во вращение колесные пары электровоза. Сила тяги, которая вызывает перемещение поезда, появляется в результате взаимодействия колес локомотива с рельсами при передаче вращающего момента от двигателя к колесным парам.
Для серий электровозов постоянного тока установлена нумерация:
– шестиосные – от ВЛ 19 до ВЛ 39;
– восьмиосные – от ВЛ 8 до ВЛ 18.
Электровозы переменного тока нумеруются:
– четырехосные – от ВЛ 40 до ВЛ 59;
– шестиосные – от ВЛ 60 до ВЛ 79;
– восьмиосные – от ВЛ 80 до ВЛ 99.
Если число колесных пар не превышает шести, локомотив выполняют с одним кузовом и называют односекционным. При большем числе колесных пар локомотив выполняют с двумя и даже тремя самостоятельными кузовами (секциями), соединенными между собой автосцепками или шарнирными соединениями. В некоторых случаях оборудование секционных локомотивов позволяет каждой его секции самостоятельно водить поезда.
Все отечественные электровозы имеют индивидуальный привод, т.е. вращающий момент передается на каждую движущую пару от одного тягового двигателя. Если вращающий момент от одного двигателя передается двум и более колесным парам, привод является групповым.
Существуют два способа передачи тягового усилия от движущих колесных пар к автосцепке локомотива:
Через рамы тележки, если они имеют шарнирное соединение. В этом случае автосцепки укреплены на рамах тележек.
Через раму кузова, если тележки несочлененные (не связаны шарнирно). В таком случае автосцепки локомотивов крепятся на раме кузова.
Все сказанное выше выражается осевой характеристикой, в которой цифрами показывается число колесных пар, индексом «0» – способ передачи вращающего момента, знаком «+» или « – » способ передачи тягового усилия (таблица 10.1).
Пример: электровоз с осевой характеристикой Зо + Зо представляет собой локомотив с двумя сочлененными трехосными тележками и с индивидуальным приводом движущих колесных пар. Электровоз с осевой характеристикой 2 (Зо – Зо) – двухсекционный, каждая секция которого имеет две трехосные несочлененные тележки с индивидуальным приводом и может работать самостоятельно. Если же секции не могут работать самостоятельно, то осевая характеристика имеет вид Зо – Зо – Зо – Зо.
Основными на участках постоянного тока напряжением 3 кВ являются грузовые электровозы ВЛ 8, ВЛ 10, ВЛ 11 и др.
Электровоз
Электровоз является локомотивом питается от электричества от воздушных линий , А третий рельс или на борту хранения энергии , такие как батареи или суперконденсатора .
Локомотивы с бортовыми первичными двигателями , такими как дизельные двигатели или газовые турбины , классифицируются как дизель-электрические или газотурбинно-электрические, а не как электрические локомотивы, поскольку комбинация электрогенератор / двигатель служит только в качестве системы передачи энергии .
Электровозы выигрывают от высокого КПД электродвигателей, часто выше 90% (не считая неэффективности выработки электроэнергии). Дополнительную эффективность можно получить за счет рекуперативного торможения , обеспечивающего кинетическую энергию. для восстановления во время торможения, чтобы снова включить питание линии. В новых электровозах используются системы привода с инверторным двигателем переменного тока, которые обеспечивают рекуперативное торможение. Электровозы работают тихо по сравнению с тепловозами, поскольку в них отсутствует шум двигателя и выхлопных газов, а также меньше механического шума. Отсутствие возвратно-поступательных деталей означает, что электровозы легче перемещаются по рельсам, что сокращает затраты на техническое обслуживание пути. Мощность электростанции намного больше, чем у любого отдельного локомотива, поэтому электровозы могут иметь более высокую выходную мощность, чем тепловозы, и они могут производить даже более высокую кратковременную импульсную мощность для быстрого ускорения. Электровозы идеально подходят для пригородных поездов. сервис с частыми остановками. Электровозы используются на грузовых маршрутах с постоянно высокими объемами движения или в районах с развитой железнодорожной сетью. Электростанции, даже если они работают на ископаемом топливе, намного чище, чем мобильные источники, такие как двигатели локомотивов. Электроэнергия также может поступать из чистых или возобновляемых источников , включая геотермальную энергию , гидроэлектроэнергию , биомассу , солнечную энергию , ядерную энергию и ветряные турбины . [1] Электровозы обычно стоят на 20% меньше тепловозов, их затраты на техническое обслуживание на 25-35% ниже, а стоимость эксплуатации на 50% меньше. [2]
Главный недостаток электрификации — высокая стоимость инфраструктуры: воздушных линий или третьей железной дороги, подстанций и систем управления. Государственная политика в США препятствует электрификации: более высокие налоги на собственность взимаются с частных железнодорожных объектов, если они электрифицированы. [ необходима цитата ] EPA регулирует выбросы выхлопных газов локомотивных и судовых двигателей, аналогично правилам выбросов легковых и грузовых автомобилей, чтобы ограничить количество угарного газа, несгоревших углеводородов, оксидов азота и сажи от этих мобильных источников энергии. [3] Поскольку железнодорожная инфраструктура в США находится в частной собственности, железные дороги не желают делать необходимые инвестиции для электрификации. В Европе и других странах железнодорожные сети считаются частью национальной транспортной инфраструктуры, так же как дороги, шоссе и водные пути, поэтому часто финансируются государством. Операторы подвижного состава платят за пользование железной дорогой. Это делает возможными крупные инвестиции, необходимые для технически, а в долгосрочной перспективе и экономически выгодной электрификации.
История
Постоянный ток
Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина и питался от гальванических элементов (батарей). Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив по имени Гальвани , выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонный автомобиль имел два реактивных двигателя с прямым приводом , с фиксированными электромагнитами, действующими на стальные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси. и простые коммутаторы . Он буксировал груз весом шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние в полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго. в сентябре следующего года, но ограниченная мощность от батареек не позволила ему широко использовать. Он был разрушен железнодорожниками, которые увидели в нем угрозу своей занятости. [4] [5] [6]
Первый пассажирский электропоезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив приводился в движение последовательным двигателем мощностью 2,2 кВт, и поезд, состоящий из локомотива и трех вагонов, достиг скорости 13 км / ч. . За четыре месяца поезд перевез 90 000 пассажиров по круговой колее длиной 300 метров (984 фута). Электроэнергия (150 В постоянного тока) подавалась через третий изолированный рельс между рельсами. Контактный ролик использовался для сбора электричества.
Первая в мире линия электрического трамвая открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена Вернером фон Сименсом (см. Трамвай Gross-Lichterfelde и Berlin Straßenbahn ). Электрическая железная дорога Фолька открылась в 1883 году в Брайтоне. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылся трамвай Mödling and Hinterbrühl . Он был первым в мире в штатном режиме с питанием от воздушной линии. Пять лет спустя в США в 1888 году на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион впервые были внедрены электрические тележки с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрагом . [7]
Первые электрифицированные венгерские железнодорожные линии были открыты в 1887 году. Будапешт (См .: BHÉV ): линия Рацкеве (1887 г.), линия Сентендре (1888 г.), линия Гёдёллё (1888 г.), линия Чепель (1912 г.). [8]
В значительной степени раннее развитие электромобилей было обусловлено все более широким использованием туннелей, особенно в городских районах. Дым от паровозов был ядовитым, и муниципалитеты все больше склонялись к тому, чтобы запретить их использование в пределах своих возможностей. Первой линией метро с электрическим приводом была городская и южная лондонская железная дорога , что было вызвано положением в ее законном акте, запрещающем использование энергии пара. [9] Он открылся в 1890 году с использованием электровозов, построенных Мазером и Платтом . Электричество быстро стало электропитанием выбора для метрополитенов, подстрекаемое изобретениями SPRAGUE о контроле поезда многоэлементного в 1897. поверхности и повышенное быстрый транзит в системах обычно использовался пар до тех пор, пока они не были принудительно преобразованы по постановлению.
Первое использование электрификации на американской магистральной линии было на четырехмильном отрезке Балтиморской поясной линии железной дороги Балтимора и Огайо (B&O) в 1895 году, соединяющей основную часть B&O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк через серию туннелей по краям центра Балтимора. Параллельные пути на Пенсильванской железной дороге показали, что угольный дым от паровозов будет серьезной эксплуатационной проблемой и неприятностью для общества. Первоначально использовались три блока Бо + Бо , модель EL-1. В южном конце электрифицированного участка; они соединились с локомотивом, поездом и протащили его по туннелям. [10] Железнодорожные въезды в Нью-Йорк требовались аналогичные туннели, и там проблемы с задымлением стояли более остро. Столкновение в туннеле на Парк-авеню в 1902 году привело к тому, что законодательный орган штата Нью-Йорк объявил вне закона использование дымовых локомотивов к югу от реки Гарлем после 1 июля 1908 года. В ответ на это в 1904 году на Центральной железной дороге Нью-Йорка начали работать электровозы . В 1930-х годах Пенсильванская железная дорога , которая представила электровозы в соответствии с правилами Нью-Йорка, электрифицировала всю свою территорию к востоку от Харрисберга, штат Пенсильвания .
Чикаго, Милуоки, Сент — Пол и Pacific Railroad (Милуоки Road), последняя трансконтинентальной линии будет построен, электрифицированных его линии через Скалистые горы и Тихого океана , начиная с 1915 г. А несколько Восток Coastlines, в частности, виргинский Железнодорожный и Норфолк и Западной железной дороги , электрифицированных короткие участки их горных переходов. Однако к этому моменту электрификация в Соединенных Штатах больше ассоциировалась с плотным городским движением, и использование электровозов сократилось из-за дизелизации. [11] Дизель разделял некоторые преимущества электровоза по сравнению с паром, а также стоимость строительства и обслуживания инфраструктуры электроснабжения, которая препятствовала новым установкам, что привело к ликвидации большей части электрификации магистральных линий за пределами Северо-Востока. За исключением нескольких связанных систем (например, Power Railroad Deseret ), к 2000 году электрификация была ограничена Северо-восточным коридором и некоторыми пригородными сообщениями; даже там грузовые перевозки осуществлялись на дизельном топливе. Развитие продолжалось в Европе, где электрификация была широко распространена. 1500 В постоянного тока все еще используется на некоторых линиях около Франции, а 25 кВ 50 Гц используется высокоскоростными поездами. [6]
Переменный ток
Первый практический электровоз переменного тока был разработан Чарльзом Брауном , который тогда работал в компании Oerlikon , Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен- на -Неккаре и Франкфуртом-на-Майне на западе, на расстоянии 280 км. Используя опыт, который он приобрел во время работы на Джин Хейльманн над конструкциями паровых электрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое отношение мощности к массе, чем двигатели постоянного тока, и из-за отсутствия коммутатора , были проще в изготовлении и обслуживании. [i] Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и не могли быть установлены в подпольных тележках : их можно было перевозить только внутри локомотивов. [13] В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающие от трехфазного тока 750 В 40 Гц, питаемые от двойных воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение и, таким образом, хорошо подходят для крутых трасс; в 1899 г. Браун (к тому времени в партнерстве с Вальтером Бовери ) поставил первые магистральные трехфазные локомотивы на 40 км. Железная дорога Бургдорф – Тун (высшая точка 770 метров), Швейцария. Первое применение однофазного источника питания переменного тока промышленной частоты для локомотивов было осуществлено компанией Oerlikon в 1901 году с использованием разработок Ганса Бен-Эшенбурга и Эмиля Хубер-Стокара ; установка на линии Зеебах-Веттинген Швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. В локомотивах мощностью 15 кВ, 50 Гц, 345 кВт (460 л.с.), 48 тонн использовались трансформаторы и вращающиеся преобразователи для питания тяговых двигателей постоянного тока. [14]
В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электродвигателей и генераторов для электровозов. Конструкции Кандо начала 1894 года были впервые применены в коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. [15] [16] [17] [18] [19] В 1918 году , [20] Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь , позволяющий электровозам использовать трехфазные двигатели, питаемые по единственному воздушному проводу, по которому передается однофазный переменный ток простой промышленной частоты (50 Гц) высоковольтных национальных сетей. [21]
Итальянские железные дороги первыми в мире внедрили электрическую тягу на всей длине магистрали, а не на ее коротком участке. 106-километровая линия Вальтеллина была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода Ганца. [22] [21] Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше, чем использовалось ранее, что потребовало новых разработок электродвигателей и коммутационных устройств. [23] [24] Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах в Северной Италии и стала известна как «итальянская система». Кандо был приглашен в 1905 году, чтобы взять на себя управление Società Italiana Westinghouse и руководил разработкой нескольких итальянских электровозов. [23] В период электрификации итальянских железных дорог проводились испытания того, какой тип энергии использовать: на некоторых участках было 3600 В 16. + Трехфазное питание 2 ⁄ 3 Гц, в других — 1500 В постоянного тока, 3 кВ постоянного тока и 10 кВ переменного тока 45 Гц. После Второй мировой войны для всей итальянской железнодорожной сети была выбрана мощность 3 кВ постоянного тока. [25]
Более поздняя разработка Kandó, работавшая как с заводами Ганца, так и с Societa Italiana Westinghouse , представляла собой электромеханический преобразователь , позволяющий использовать трехфазные двигатели от однофазного переменного тока, устраняя необходимость в двух воздушных проводах. [26] В 1923 году первый в Венгрии локомотив с фазопреобразователем был построен на основе проектов Кандо, и вскоре после этого началось его серийное производство. Первая установка на 16 кВ 50 Гц была установлена в 1932 году на 56-километровом участке Венгерской государственной железной дороги между Будапештом и Комаром . Это оказалось успешным, и в 1934 году была проведена электрификация Хедьешхалома [27].
В Европе проекты электрификации первоначально были сосредоточены на горных регионах по нескольким причинам: поставки угля были затруднены, гидроэлектроэнергия была легко доступна, а электровозы обеспечивали большую тягу на более крутых трассах. Это было особенно применимо в Швейцарии, где почти все линии электрифицированы. Важный вклад в более широкое распространение тяги переменного тока внесла французская компания SNCF после Второй мировой войны . Компания провела оценку линии переменного тока промышленной частоты, проложенной по крутой долине Хелленталь. , Германия, которая после войны находилась под властью Франции. После испытаний компания решила, что характеристики локомотивов переменного тока были достаточно развиты, чтобы позволить всем ее будущим установкам, независимо от местности, соответствовать этому стандарту с соответствующей более дешевой и более эффективной инфраструктурой. [28] Решение SNCF, игнорирующее 2 000 миль (3200 км) высоковольтных сетей постоянного тока, уже установленных на французских маршрутах, повлияло на стандарт, выбранный для других стран Европы. [28]
В 1960-е годы были электрифицированы многие европейские магистрали. Европейские технологии производства электровозов неуклонно совершенствовались с 1920-х годов. Для сравнения: EP-2 класса Milwaukee Road (1918 г.) весил 240 т, имел мощность 3330 кВт и максимальную скорость 112 км / ч; В 1935 году немецкий E 18 имел мощность 2800 кВт, но весил всего 108 тонн и развивал максимальную скорость 150 км / ч. 29 марта 1955 года французский локомотив CC 7107 достиг скорости 331 км / ч. В 1960 году SJ Class Dm 3 локомотивы на Шведских железных дорогах выработали рекордную мощность в 7200 кВт. В то же время в Германии и Франции появились локомотивы, способные обслуживать коммерческие пассажирские перевозки со скоростью 200 км / ч. Дальнейшие усовершенствования явились результатом внедрения электронных систем управления, которые позволили использовать все более легкие и более мощные двигатели, которые можно было устанавливать внутри тележек (стандартизация с 1990-х годов и далее на асинхронных трехфазных двигателях, питаемых через GTO-инверторы).
В 1980-х годах развитие высокоскоростного сообщения привело к дальнейшей электрификации. Японский Синкансэн и французский TGV были первыми системами, для которых с нуля были построены специализированные высокоскоростные линии. Аналогичные программы были предприняты в Италии , Германии и Испании ; в Соединенных Штатах единственной новой магистралью было расширение электрификации по Северо-восточному коридору от Нью-Хейвена, Коннектикут , до Бостона, Массачусетс , хотя новые электрические системы легкорельсового транспорта продолжали строиться.
2 сентября 2006 г. стандартный электровоз Siemens типа Eurosprinter ES64-U4 ( ÖBB Class 1216) достиг 357 км / ч (222 миль / ч), рекорд для локомотивного поезда на новой линии между Ингольштадтом и Нюрнбергом. . [29] Этот локомотив в настоящее время используется ÖBB в основном без модификаций для перевозки своего Railjet, максимальная скорость которого, однако, ограничена 230 км / ч из-за экономических и инфраструктурных проблем.
Электровоз может питаться от
-
, такие как батареи или суперконденсатор Приведены горные локомотивы.
- Стационарный источник, например, третий рельс или контактный провод .
Отличительными конструктивными особенностями электровозов являются:
- Тип используемой электроэнергии: переменный или постоянный ток .
- Способ хранения (батареи, ультраконденсаторы) или сбора (передачи) электроэнергии.
- Средство соединения тяговых двигателей с ведущими колесами (водителями).
Постоянный и переменный ток
Самая принципиальная разница заключается в выборе переменного или постоянного тока. В самых ранних системах использовался постоянный ток, поскольку переменный ток не был хорошо изучен, а изоляционный материал для высоковольтных линий отсутствовал. Локомотивы постоянного тока обычно работают при относительно низком напряжении (от 600 до 3000 вольт); поэтому оборудование является относительно массивным, поскольку задействованные токи велики для передачи достаточной мощности. Электроэнергия должна подаваться через частые промежутки времени, так как высокие токи приводят к большим потерям в системе передачи.
По мере развития двигателей переменного тока они стали преобладающим типом, особенно на более длинных маршрутах. Используются высокие напряжения (десятки тысяч вольт), потому что это позволяет использовать низкие токи; потери при передаче пропорциональны квадрату тока (например, удвоенный ток означает четырехкратную потерю). Таким образом, большая мощность может передаваться на большие расстояния по более легким и дешевым проводам. Трансформаторы в локомотивах преобразуют эту мощность в низкое напряжение и большой ток для двигателей. [30] Подобная система высокого напряжения и низкого тока не может использоваться с локомотивами постоянного тока, потому что нет простого способа сделать преобразование напряжения / тока для постоянного тока так эффективно, как это достигается с помощью трансформаторов переменного тока.
Для тяги переменного тока по-прежнему иногда используются двойные воздушные провода вместо однофазных линий. В результате трехфазный ток приводит в действие асинхронные двигатели , которые не имеют чувствительных коммутаторов и позволяют легко реализовать рекуперативный тормоз . Скорость регулируется путем изменения количества пар полюсов в цепи статора, а ускорение регулируется путем включения или выключения дополнительных резисторов в цепи ротора. Двухфазные линии тяжелые и сложные возле переключателей, где фазы должны пересекаться друг с другом. Система широко использовалась в северной Италии до 1976 года и до сих пор используется на некоторых швейцарских зубчатых железных дорогах. . Простая реализация отказоустойчивого электрического тормоза является преимуществом системы, в то время как регулирование скорости и двухфазные линии являются проблематичными.
Локомотивы с выпрямителями , в которых использовалась передача энергии переменного тока и двигатели постоянного тока, были обычным явлением, хотя у коммутаторов постоянного тока были проблемы как при запуске, так и на низких скоростях. [ требуется дальнейшее объяснение ] В современных современных электровозах используются бесщеточные трехфазные асинхронные двигатели переменного тока . Эти многофазные машины получают питание от инверторов на базе GTO , IGCT или IGBT . Стоимость электронных устройств в современном тепловозе может составлять до 50% от стоимости автомобиля.
Электрическая тяга позволяет использовать рекуперативное торможение, при котором двигатели используются в качестве тормозов и становятся генераторами, которые преобразуют движение поезда в электрическую энергию, которая затем возвращается в линии. Эта система особенно выгодна при работе в горах, поскольку нисходящие локомотивы могут производить большую часть энергии, необходимой для восходящих поездов. Большинство систем имеют характеристическое напряжение, а в случае питания переменного тока — системную частоту. Многие локомотивы были оборудованы для работы с несколькими напряжениями и частотами, когда системы перекрывали друг друга или были модернизированы. Американские локомотивы FL9 были оборудованы для передачи энергии от двух разных электрических систем, а также могли работать как дизель-электрические.
В то время как современные системы преимущественно работают на переменном токе, многие системы постоянного тока все еще используются — например, в Южной Африке и Великобритании (750 В и 1500 В); Нидерланды , Япония , Ирландия (1500 В); Словения , Бельгия , Италия , Польша , Россия , Испания (3000 В) и Вашингтон, округ Колумбия (750 В).
Электровоз. Как оно работает
После недавнего поста про устройство тепловоза не мог не написать что-то аналогичное про электровоз. Цель данного поста — рассказать про общее устройство электровоза простым и доступным языком, чтобы было понятно всем и каждому, в том числе людям, не связанным с железной дорогой. Речь пойдет о ЧС7.
Немного покопавшись в интернете, с удивлением обнаружил, что именно про этот электровоз больше всего материалов, постов, рассказов и отчетов. Не знаю, с чем связана такая популярность «семерки»; постараюсь свести воедино всю информацию с необходимыми упрощениями. Все фотографии взяты из интернета из открытых источников, не мои. Свои не делал специально в целях сохранения анонимности.
Итак, ЧС7 — двухсекционный магистральный пассажирский электровоз постоянного тока напряжением 3 кВ или 3000 Вольт. Производства Чехословакии, отсюда и название «ЧС». Цифра «7» означает седьмой тип, т. к. предыдущий тип электровозов ЧС носил номер 6 (ЧС6). Про предпосылки создания, года выпуска и количество машин дублировать Википедию не буду, там это вполне понятно написано. Скажу лишь, что машины данной серии предназначались для вождения длинносоставных и тяжеловесных пассажирских поездов (30 и более вагонов), коих в СССР было предостаточно. С развалом союза поезда такой длины стали неактуальны, и вместе с этим стала не особо нужна исполинская тяга данных локомотивов. Откапиталенные «Чебурашки» ЧС2 вполне справляются с недлинными нынешними поездами, расходуя при этом меньше энергии. Большинство «семерок» по сей день работает на Московской железной дороге.
Внешний вид ЧС7 (первое попавшееся фото из гугл-картинок):
Итак, начнем со «скелета». Электровоз состоит из двух одинаковых секций, каждая из которых оборудована кабиной машиниста, между секциями имеется переход. Между собой секции соединены обычной автосцепкой СА-3, имеющей зазор, что доставляет дополнительные неудобства при ведении поезда под данным локомотивом, но облегчает расцепку секций. Кузов каждой секции рамный, вагонного типа. Рама через шкворни опирается на две двухосные тележки, всего четыре тележки (т. е. 8 осей). Шкворень — это то, на чем «крутится» тележка, т. е. ось ее вращения. Одновременно он же служит основным средством передачи тягово-тормозных усилий. Для обеспечения устойчивости кузова на тележках и поворота их относительно кузова имеются скользуны. Вертикальные колебания, или тряска, гасятся при помощи пружин и гидрогасителей. На крыше каждой секции установлены токоприемники, высоковольтное токоведущее оборудование и главные резервуары, в которых содержится сжатый воздух, используемый в работе тормозов.
Переходим к электрической части. Электровоз получает энергию из контактной сети (КС) посредством токоприемников. Если представить себе цепь постоянного тока, то в ней КС будет «плюсом». Далее, пройдя через электровоз и обеспечив питание, тяговый ток уходит в рельсы, а от них — обратно на подстанцию. Это будет «минус», так что рельсов током никого не ударит 🙂 Сразу хочу развеять миф: автономного хода ни у одного электровоза нет. То есть при пропадании напряжения в КС электровоз мгновенно теряет тягу. Аккумуляторная батарея есть, но она на 50В и предназначена для низковольтных цепей.
Идем далее. На каждой оси установлен тяговый электродвигатель (ТЭД), рассчитанный на 1500 В. Поскольку в КС напряжение 3000 В, то ТЭД попарно последовательно соединены в группы. Пара ТЭД на одной тележке и будет являться такой группой. Как помним, у нас четыре тележки, а, значит, и четыре группы ТЭД, каждая из которых рассчитана на 1500+1500=3000 В.
Но, как мы понимаем, сразу подать полное напряжение на двигатели нельзя, получим сгоревшие двигатели и пережог контактного провода 🙂 Для обеспечения плавного разгона группы ТЭД могут соединяться между собой тремя типами соединения: последовательное (сериесное, С), смешанное (сериес-параллельное, СП), и параллельное (П). При сериесном соединении напряжение делится поровну между всеми четырьмя группами: 3000/4=750 В на группу. При СП-соединении напряжение поделится между двумя парами групп ТЭД, соединенных параллельно, т. е. 3000/2=1500 В на группу. И, наконец, при параллельном включении каждая группа получит свои полные 3000 В.
Однако, и этого недостаточно. Тронуться, сразу включив последовательную схему, тоже не выйдет. Для этого в схему вводятся пуско-тормозные резисторы (ПТР), которые обеспечивают еще бОльшее падение напряжения в схеме при трогании. Резисторы также объединены в группы, и по мере набора скорости выводятся из цепи, чтобы энергия на них бездарно не сжигалась. В конечном итоге, из тяговой цепи выводятся полностью все группы ПТР.
Как же это происходит? Расскажу сразу на примере трогания локомотива, так будет проще для восприятия. Рабочее место машиниста выглядит следующим образом (фото из гугл-картинок):
В самом центре фотографии мы видим «вешалку», которая называется контроллером управления тягой. У него есть 56 так называемых позиций, каждая позиция означает определенную конфигурацию тяговой цепи. Т. е. меняя позицию контроллера, мы вводим или выводим пуско-тормозные сопротивления или меняем тип соединения групп ТЭД. Мы ведь еще не забыли, что это такое? 🙂
Итак, мы стоим, контроллер находится в нулевой позиции. Тяги нет. Чтобы тронуться, начинаем набирать позиции (опишу ручной набор, есть еще автоматический): поворачиваем «вешалку» влево и возвращаем в исходное положение. Таким образом, мы набрали одну, первую, позицию. Она означает последовательное соединение групп тяговых двигателей и ввод всех групп резисторов в цепь. Долго ехать на такой позиции нам не нужно, энергия впустую сжигается на резисторах, а скорость толком не набирается. Поэтому переходим на вторую позицию точно таким же образом, как набрали первую: влево и обратно. Что произошло? У нас вывелась из цепи одна группа сопротивлений, напряжение на ТЭД увеличилось, тяга возросла. Ввод-вывод осуществляется проворотом ПБК 330 — промежуточного барабанного контроллера. Фото найти не смог, выглядит как круглый кохух с барабаном внутри. Поворачиваясь на 90 градусов, он замыкает или размыкает контакторы очередной группы ПТР.
Продолжаем набирать позиции дальше, не забывая следить по амперметрам за током в цепи тяги. К слову, амперметры находятся прямо перед контроллером, их четыре (по одному на тележку). Плавно разгоняясь, доходим до 20ой позиции. Интересна она тем, что на ней полностью выведены все сопротивления, но тип соединения все еще сериесное, «С». Такая позиция называется «ходовая», на ней можно ехать как угодно долго без потерь энергии на тепло в резисторах.
Что же дальше, если тяги 20той позиции нам недостаточно? Если далее планируется длительный интенсивный разгон, переходим на следующий тип соединения («СП»). Набираем 21ю позицию, она является переходной между типами соединения, задерживаться на ней не нужно, и переходим на 22ю. Эта позиция аналогична первой — на ней введены все имеющиеся группы резисторов с той лишь разницей, что теперь группы ТЭД у нас соединены не последовательно, а смешанно. Далее все происходит точно также — набирая позиции одну за другой, выводим реостаты из цепи, и доходим до ходовой позиции СП-соединения, она носит номер 38. На ней также можно ехать сколько требуется. Дальнейший переход на параллельное соединение происходит совершенно похожим образом. Ходовая позиция параллели имеет номер 56, это максимально возможная тяга.
Сброс позиций происходит или поворотами ручки контроллера вправо, или нажатием кнопки. В этом случае позиции сбрасываются до ближайшей ходовой.
Есть еще один интересный момент. На каждой ходовой позиции мы можем воспользоваться еще одним способом увеличения тяги — шунтированием обмоток ТЭД. Как известно из физики, скорость вращения вала двигателя прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку. Напряжение мы повышаем выводом сопротивлений, а понизить поток можем, навешивая на обмотки двигателей шунты. Для этого нажимаем на контроллер, утапливая его вниз, и также поворачиваем влево. Всего есть 5 ступеней ослабления возбуждения. Удобно, когда, к примеру, нет надобности переходить на более высший тип соединения, но нужно повысить тягу. Или после нажатия на кнопку сброса позиций, «пока крутится барабан» ПБК 330, навешиваем шунты. В связи с этим уточнение: максимально возможная тяга — это 56 позиция со всеми шунтами.
Кратко пройдусь по остальным основным органам управления и приборам. Добавлю еще одно фото, дабы разбавить простыню текста (также из гугл-картинок):
Кроме контроллера, в кабине имеется поездная радиостанция (под лобовым стеклом), кран управления тормозами состава (красный справа, со шляпкой ЭПТ), чуть выше него — кран управления тормозами только локомотива (на фото обрезан, но кусок виден, тоже красного цвета), система безопасности КЛУБ-У, хорошо описанная в отдельном посте: http://pikabu.ru/story/quotshob_ne_uekhat_u_kustyiquotili_o_.
Слева под контроллером находится ось для реверсивной рукоятки. Это такой своеобразный аналог ключа в автомобиле — машинист снимает рукоятку и уносит с собой, предварительно выставив нейтральное положение. На фото рукоятка отсутствует. Положений у нее три — «вперед», «реверс» и «нейтраль», тут все просто.
Еще левее находится блок пакетных переключателей (на фото не виден), с которого включаются буферные фонари, компрессоры в случае ручного пуска и еще много всего.
На наклонной панели слева от амперметров находятся лампы указания позиций. Еще не забыты «С», «СП» и «П»? 🙂 В зависимости от типа соединения групп ТЭД в данный момент и будет гореть одна из трех ламп нижнего ряда. На фото они даже подписаны соответствующим образом. Левая верхняя лампа означает нулевую позицию, верхняя правая — что в данный момент электровоз идет на ходовой позиции, т. е. без резисторов в цепи тяги. Справа в едином блоке с амперметрами тяговой цепи находятся еще два прибора — вольтметр и амперметр ЭПТ (электро-пневматического тормоза), поэтому всего приборов на фото шесть.
Напоследок, в правой части наклонной панели расположено пять манометров. Два верхних показывают давление в тормозной магистрали и уравнительном резервуаре, их показания практически одинаковые. В нижнем ряду расположены манометры главного резервуара (ГР, о нем я упоминал в начале), тормозных цилиндров (фактически, его показание означает тормозное усилие в данный момент), а третий предназначен для электродинамического тормоза, который по факту на данных машинах не используется.
Хотел рассказать еще и про тормоза, но понял, что будет слишком много информации. Тем более, устройство тормозов примерно одинаково и на тепловозах, и на электровозах. Если интересно, расскажу в отдельном посте. Все интересующие вопросы задавайте в комментариях, постараюсь ответить. Спасибо всем, кто дочитал до конца 🙂