Электровоз что это такое
Устройство электровоза (Часть 1)
Опубликовано 10.06.2020 · Обновлено 04.02.2021
А вообще, зададимся вопросом, что такое электровоз? Тепловоз мы с вами в предыдущих моих статьях немножко изучили, теперь пришло время познакомиться с электровозом, этим славным представителем семьи локомотивов.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784-300×200.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784-1024×683.jpg» width=»1024″ height=»683″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784-1024×683.jpg» alt=»Электровоз ВЛ10 | Электровоз ВЛ10 | Движение24″class=»wp-image-3451″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784-300×200.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784-768×512.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/12/159784.jpg 1200w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Электровоз ВЛ10 | Движение24″ /> Электровоз ВЛ10
Что такое электровоз и как он работает
Электровоз – очень мощная машина и эту мощность можно повышать существенно, чего не скажешь про тепловоз. Практически все железные дороги нашей страны уже электрифицированы, поэтому электровоз является главным в семье локомотивов. Итак, электровоз — это локомотив, который работает, используя электрический ток, получая его от контактной сети, через контактный провод, поэтому требует для своей работы большой инфраструктуры: контактная сеть, тяговые подстанции и т.д., но он хорошо выигрывает в мощности, скорости и является более экономичным в своей эксплуатации. На наших железных дорогах применяется для питания электровозов две системы тока: постоянный и переменный. Напряжение в контактной сети постоянного тока составляет — 3000 Вольт, а в контактной сети переменного тока – 25000 Вольт.
Контактная сеть
Исходя из этого на железных дорогах эксплуатируются электровозы двух родов тока: постоянного и переменного, есть и представители, совмещающие в своей конструкции обе системы, так называемые, электровозы двойного питания, про них я ниже расскажу. Давайте рассмотрим, что общего в конструкциях электровозов.
Тяговые электродвигатели
Немного освежим в памяти основы электротехники. Если в магнитное поле мы поместим какой-нибудь проводник (рамку) и начнем ее вращать, то в этой самой рамке будет возникать электрический ток, таким образом мы получаем генератор. А если по этой рамке пропустить ток, то получится электродвигатель. Из законов физики известно, что вокруг проводника с током создается магнитное поле – теперь эти оба магнитных потока складываются и вращают рамку с током. В этом и заключается принцип работы всех электродвигателей.
Более подробно это выглядит так: все тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов сложные электрические машины, постоянными магнитами наша промышленность просто не сможет снабдить все электромашины, поэтому магнитный поток, необходимый для вращения якоря, создается в проводниках, путем пропуска по ним электрического тока, это называется – обмотка возбуждения и располагается она в остове электродвигателя по всей его окружности. Эта обмотка включает в себя главные полюса, добавочные полюса и компенсационную обмотку. Якорь тягового электродвигателя состоит из сердечника, коллектора и обмотки, которая укладывается в пазы сердечника. Величина тока в обмотке возбуждения и в обмотке якоря регулируется, соответственно обороты якоря и мощность электродвигателя.
Существует режим реостатного и рекуперативного торможения, то есть, ток от якоря тягового электродвигателя (ТЭД) отключается и якорь вращается в магнитном поле обмотки возбуждения, а это уже генератор. В генераторах возникает сила, называемая противо ЭДС, эта сила всегда направлена против вращения якоря, и она довольно большая. Поэтому в режиме реостатного или рекуперативного торможения электровоз тормозит всеми своими ТЭД, без применения автоматических тормозов, что очень эффективно на затяжных спусках и обеспечивает плавность ведения грузовых и пассажирских поездов. Вот на эти ТЭД и работают все системы электровоза.
Практически на всех электровозах обоих систем тока применяются тяговые электродвигатели постоянного тока. Это коллекторные двигатели со щеточным аппаратом, по которому подается ток на якорь двигателя. Велись активные разработки по применению на электровозах асинхронных тяговых электродвигателей переменного тока, что значительно удешевит стоимость локомотива и уменьшит его вес, но возникали трудности с системами управления этими двигателями. В настоящее время эта проблема решена и уже эксплуатируется парк электровозов с асинхронными ТЭД.
Тележки
Итак, общее в электровозах – тяговые электродвигатели постоянного тока, которые устанавливаются в тележках. Тележка представляет собой рамную конструкцию, на раме которой и крепятся ТЭД. Существует два вида подвески ТЭД: опорно-осевая и опорно-рамная.
Тележка электровоза 2ЭС6 Синара
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-300×185.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg» width=»1000″ height=»616″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg» alt=»Тележка электровоза 2ЭС6 Синара | Тележка электровоза 2ЭС6 Синара | Движение24″class=»wp-image-11868″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-300×185.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760-768×473.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/06/dvizhenie24_ru_8760.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Тележка электровоза 2ЭС6 Синара | Движение24″ /> Тележка электровоза 2ЭС6 Синара
Опорно-осевая подвеска ТЭД
В первом случае ось колесной пары закрепляется в пазах двигателя и закрывается крышками, в которых находится смазочный материал: косы из специального материала, смазывающиеся маслом (польстер). Вся эта конструкция называется – моторно-осевой подшипник. На концах оси колесной пары (с одной или с обоих сторон) напрессованы тяговые шестерни, которые входят в зацепление с шестернями, расположенными на якоре электродвигателя. Этот тяговый редуктор закрывается кожухом. Другой конец тягового электродвигателя закрепляется за балку на раме тележки.
Опорно-рамная подвеска ТЭД
Во втором случае, ТЭД крепится к раме тележки, а ось колесной пары с напрессованной на ней тяговой шестерней закреплена с шестерней ТЭД в специальном редукторе, эта схема не требует установки моторно-осевых подшипников и постоянного контроля за уровнем смазки в них.
Как передается тяговое усилие от колесных пар к автосцепкам?
На концах осей колесных пар расположены буксовые узлы. На всех современных электровозах применяются бесчелюстные (поводковые) буксы. Ведь вращающий момент и тяговое усилие от ТЭД и соответственно колесной пары необходимо передать на раму электровоза, а через нее на весь состав. Поэтому тележки имеют, так называемые, приливы, именно к этим приливам через резинометаллические поводки и закреплены буксы. Сами тележки установлены на шкворнях на раме кузова и могут свободно перемещаться в соответствии с профилем пути. Таким образом все необходимые тяговые усилия передаются на раму кузова, на ней с обоих сторон установлены автоматические сцепки, которые соединяются с автосцепками вагонов и вперед, поехали!
Оборудование электровоза
Электровозы обоих систем имеют, как правило, унифицированный кузов, в котором размещено все оборудование. Пассажирские электровозы имеют свои особенности по конструкции кузова.
Токоприемник
На крышах электровозов располагаются токоприемники – это трубчатая конструкция, на самом верху которой закрепляется, через каретку, полоз токоприемника, в полозе устанавливаются угольные или угольно-керамические вставки, которые и скользят по контактному проводу, передавая ток на токоприемник и далее на силовые цепи.
Могут применятся и другие материалы, вместо угольных вставок. На токоприемниках электровозов постоянного тока устанавливается, как правило, два полоза, для улучшения токосъема. Токоприемник поднимается при подаче воздуха из цепей управления в пневматический цилиндр, преодолевая усилие возвратных пружин. При опускании токоприемника воздух из цилиндра выходит в атмосферу и возвратные пружины опускают токоприемник на крышу. Неисправный токоприемник может быть отключен от силовой цепи ручным разъединителем.
Вспомогательные машины
Надо отметить, что воздух для любого электровоза – это очень важный элемент в его работе. Без воздуха не поднимешь токоприемник, не подключишь силовые контакты и т.д. На всех электровозах существуют вспомогательные компрессоры, которые могут накачать давление в цепях управления до величины, необходимой для поднятия токоприемника.
Электровозы обоих систем тока имеют электрические мотор-вентиляторы для охлаждения ТЭД и других устройств, мотор-компрессоры для накачивания воздуха в главные резервуары локомотива, а оттуда во все системы электровоза и автоматические тормоза поезда.
Машинное отделение электровоза
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1-300×210.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1-1024×716.jpg» width=»1024″ height=»716″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1-1024×716.jpg» alt=»Машинное отделение электровоза | Машинное отделение электровоза | Движение24″class=»wp-image-1030″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1-300×210.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1-768×537.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/07/h1-1.jpg 1098w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Машинное отделение электровоза | Движение24″ /> Машинное отделение электровоза
Все электровозы управляются через контроллеры (разных конструкций) из кабины машиниста и оснащены всем необходимым оборудованием для ведения поезда (прожекторы, краны машиниста-усл. №395 и усл. №254, КВ и УКВ радиостанции, буферные фонари, санузлы и т.д.). На крышах электровозов, помимо упомянутых выше токоприемников, располагаются жалюзи вентиляторов, антенны, изоляторы, шунты, токопроводящие шины и другое оборудование. На пассажирских электровозах установлены системы отопления пассажирских вагонов (3000 В).
Какие бывают электровозы
Грузовые электровозы работают обычно в двухсекционном или трехсекционном исполнении, могут соединяться и два двухсекционных электровоза. Все межсекционные соединения производятся кабелями (жоксами), электровозы управляются с одного пульта, это называется – по системе многих единиц.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508-300×199.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508-1024×678.jpg» width=»1024″ height=»678″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508-1024×678.jpg» alt=»электровоз 2ЭВ120 | электровоз 2ЭВ120 | Движение24″id=»2478″ data-full-url=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508.jpg» data-link=»https://dvizhenie24.ru/railway/nash-chudo-yudo-elektrovoz-2ev120-ot-kompanii-bombardie/attachment/160508/» data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508-300×199.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508-768×509.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/160508.jpg 1200w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»электровоз 2ЭВ120 | Движение24″ />
В настоящее время строятся электровозы в трехсекционном и четырехсекционном исполнении, с возможностью прохода во все секции при движении, промежуточные секции уже не имеют кабин управления и называются – бустерными. Вот в целом и сходства электровозов двух систем тока. А различия рассмотрим в следующих статьях: электровозы постоянного тока, переменного тока, двойного питания.
Электровоз. Как оно работает
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.
Внешний вид ЧС7 (первое попавшееся фото из гугл-картинок):
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? 🙂
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.
Сброс позиций происходит или поворотами ручки контроллера вправо, или нажатием кнопки. В этом случае позиции сбрасываются до ближайшей ходовой.
Кратко пройдусь по остальным основным органам управления и приборам. Добавлю еще одно фото, дабы разбавить простыню текста (также из гугл-картинок):
Еще левее находится блок пакетных переключателей (на фото не виден), с которого включаются буферные фонари, компрессоры в случае ручного пуска и еще много всего.
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 🙂
Электровоз
Электровоз — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нём тяговыми электродвигателями, получающими энергию от энергосистемы через тяговые подстанции, контактную сеть либо от собственной аккумуляторной батареи.
Идея использования электрической энергии для тяги рельсового транспорта в России была практически осуществлена Ф. А. Пироцким, который в 1876 году установил электрический двигатель на пассажирском вагоне, а в 1880 построил рельсовый путь для вагона с электрическим двигателем. В конце 70-х годов XIX века немецкий электротехник Э. В. Сименс создал электрический вагон, который в 1880 году демонстрировался на Берлинской промышленной выставке. В те же годы в США прототип электровоза построил Т. А. Эдисон.
Первый пассажирский электровоз серии ПБ (Политбюро) был выпущен в 1934 Коломенским заводом также совместно с заводом «Динамо». В то время это был самый мощный в Европе электровоз (2040 кВт), который развивал скорость 85 км/ч.
В обозначении отечественных электровозов, кроме букв есть цифры, соответствующие определённой системе тока, в которой работает данный локомотив, числу осей, а также различные индексы, обозначающие модификацию типа, конструктивные элементы, способ торможения и другие особенности. Каждому электровозу присваивается индивидуальный порядковый номер. На железных дорогах страны эксплуатируются в основном электровозы грузовые серии ВЛ отечественного производства и пассажирские серии ЧС чехословацкого производства (см. таблицу).
В соответствии с принятыми системами электрической тяги электровозы классифицируются по роду тока: постоянного, переменного тока, двойного питания и многосистемные. По типу передачи тягового усилия к колёсным парам различают электровозы с групповым и индивидуальным приводом, по типу торможения — с реостатным, рекуперативным и реверсивным торможением; по числу секций — двух-, трёхсекционные.
На железных дорогах России в эксплуатации находятся следующие электровозы:
магистральные постоянного тока с номинальным напряжением на токоприёмнике 3 кВ, переменного однофазного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц, двойного питания; промышленные постоянного тока напряжением 1,5 и 3 кВ, переменного тока напряжением 10 кВ частотой 50 Гц; рудничные постоянного тока напряжением 250 и 550 В; автономные аккумуляторные.
За рубежом на магистральных железных дорогах, кроме того, работают электровозы постоянного тока напряжением 1,5 кВ, переменного тока напряжением 11—16 кВ частотой 16⅔ или 25 Гц; для безотцепочной работы с экспрессами применяют 4-системные электровозы (постоянного тока напряжением 3 и 1,5 кВ, переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц и 15 кВ частотой 16⅔ Гц).
Электровоз состоит из механической части, электрического и пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью и наибольшей скоростью движения. Конструкция каждого Э. (рис. 1) должна обеспечивать безопасность движения по рельсовым путям при максимально допустимых скоростях и ведение составов установленной массы.
На механическую часть электровоза, которую составляют кузов и тележки, оказывает влияние путь, действуют нагрузки от установленного на электровозе электрического и другого оборудования, передаются тяговые и тормозные усилия, влияют нагрузки, возникающие при движении поезда. В кузове электровоза, как правило цельно-металлическом, расположено электрооборудование.
Кузов опирается через опоры на 2- или 3-осные тележки (см. Локомотивная тележка), а они в свою очередь через систему рессорного подвешивания и буксы — на колёсные пары. Тележки выполняются в основном из цельнолитых или сварных рам, на которых расположены тяговые электродвигатели. Тележки оборудованы рычажно-тормозной передачей и пневматическими приборами, необходимыми для приведения её в действие, а также устройством для подвески двигателей и передачи их вращающих моментов на колёсные пары.
В торцах кузова располагаются кабины машиниста, откуда осуществляется управление электровозом. Под кузовом находятся тяговая передача (см. Тяговый электропривод), устройства связи тележек с кузовом. На кузове расположено крышевое оборудование.
К электрическому оборудованию относятся тяговые электродвигатели, вспомогательные машины, трансформаторы и статические преобразователи — выпрямительные и выпрямительно-инверторные (на электровозах переменного тока), аппараты защиты электрических цепей, приборы и аппараты управления, устройства токосъёма и др.
На ряде зарубежных электровозов постоянного тока в тяговой цепи используются импульсные прерыватели постоянного тока и другое электрооборудование.
К пневматическому оборудованию относятся главный и вспомогательный компрессоры, резервуары сжатого воздуха, воздушные магистрали, краны машиниста, реле давления, концевые и разобщительные краны и другие аппараты.
Электрические аппараты, применяемые в тяговом исполнении, или общепромышленного назначения должны надёжно работать в условиях вибраций, ударов и ускорений при движении, изменении температуры в широком диапазоне от −50 до 60 °C.
Регулирование скорости электровоза производят несколькими способами. На электровозах постоянного тока это осуществляют изменением напряжения на зажимах тяговых электродвигателей с помощью пусковых резисторов, включённых последовательно с двигателями, переключением двигателей на различные соединения (последовательное параллельное, последовательно-параллельное), а также регулированием тока возбуждения. Скорость электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями регулируют изменением числа витков первичной или вторичной обмоток трансформатора, а также напряжения с помощью управляемого тиристорного преобразователя либо силы тока возбуждения. На электровозах с бесколлекторными тяговыми электродвигателями с этой целью изменяют частоту тока и питающее напряжение с помощью тиристорных преобразователей с инвертором на выходе.
В электрическом оборудовании электровозов используются аппараты и приборы на полупроводниковых элементах, микропроцессорная электронная техника, автоматические системы.
Исполнение большинства электровозов предусматривает их эксплуатацию по системе многих единиц.
«Энциклопедия железнодорожного транспорта», научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1995 год