История электротехники - Коллектив авторов

Экспериментальные работы по применению этой системы проводились в СССР в 1964–1975 гг. на электровозах серии ВЛ8 (в 1966 г. это был первый в мире электровоз постоянного тока со статическими преобразователями на напряжение 6 кВ) и ВЛ22. Однако дальше изготовления опытных образцов электровозов из-за низкой надежности работы преобразовательного оборудования эти исследования не продвинулись.

Дальнейшее развитие электровозов постоянного тока с ТЭД постоянного тока шло по пути увеличения мощностей локомотивов за счет увеличения количества тяговых осей. В 1984 г. Тбилисским электровозостроительным заводом был построен двухсекционный двенадцатиосный грузовой электровоз серии ВЛ15 с ТЭД типа ТЛЗ. Схема силовой цепи электровоза предусматривает наличие трех группировок ТЭД с четырьмя ступенями уменьшения магнитного потока на каждой. Для маневровой работы, а также для отключения неисправного двигателя предусмотрена возможность соединения последовательно всех 12 ТЭД. С целью ограничения провалов силы тяги при переходе от одной группировки к другой применен вентильный переход. В остальном электрическая схема аналогична схеме электровозов серий ВЛ10 и ВЛ11. Для питания обмоток возбуждения ТЭД в режиме рекуперации использовались как машинные, так и статические преобразователи.

При очень высокой грузонапряженности железных дорог СССР актуальным являлось уменьшение количества пассажирских поездов при одновременном увеличении количества вагонов в них, что требует локомотивов с увеличенной силой тяги. Поэтому на первом этапе работы было решено у электровозов серии ЧС200 изменить передаточное число редукторов без изменения электрической схемы. Такие электровозы, поставка которых в СССР началась в 1981 г., получили обозначение серии ЧС6.

Использовав многие аппараты и узлы электровозов серий ЧС2т, ЧС200 и ЧС6, заводы «Шкода» в 1983 г. изготовили 20 двухсекционных восьмиосных пассажирских электровозов серии ЧС7. Имеется три группировки ТЭД, причем при восьми последовательно соединенных двигателях реализована общая схема силовой цепи для двух секций. На каждой группировке предусмотрено по пять ступеней уменьшения магнитного потока двигателей.

Электровозы этой серии были последними электровозами, поставленными из ЧССР в СССР. С распадом СССР поставки электровозов в Россию из ЧССР и Грузии были прекращены.

В настоящее время в соответствии с федеральной программой развития железнодорожного транспорта НЭВЗ в кооперации с другими заводами России готовит к выпуску опытный образец восьмиосного электровоза постоянного тока серии ЭП100 с трехфазными синхронными (вентильными) ТЭД. В качестве входного звена на электровозе используется импульсный преобразователь постоянного напряжения, в качестве выходного — трехфазный автономный инвертор тока.

В 1961 г. НЭВЗ выпустил первый восьмиосный электровоз однофазно-постоянного тока серии ВЛ80 со ртутными выпрямителями и высоковольтным регулированием напряжения. При эксплуатационных испытаниях этих электровозов были выявлены неполадки в системе высоковольтного переключателя ступеней, что обусловило переход к регулированию напряжения на вторичной обмотке трансформатора. В дальнейшем на электровозах ртутные выпрямители были заменены полупроводниковыми — диодными (электровозы серии ВЛ80к), применено резисторное торможение при независимом возбуждении ТЭД (электровозы серии ВЛ80т). Установка на электровозах тиристорных выпрямителей вместо диодных позволила реализовать плавное зонно-фазовое регулирование напряжения на ТЭД и рекуперативное торможение при независимом возбуждении двигателей (электровозы серии ВЛ80р).

Последним серийным электровозом однофазно-постоянного тока, выпущенным в СССР, был электровоз серии ВЛ80с, имеющий в основном электрическую схему и характеристики электровоза ВЛ80р, но предназначенный для работы по системе многих единиц [8.1–8.13].

Для пополнения парка электровозов однофазно-постоянного тока, выработавших свой ресурс, НЭВЗ продолжает выпускать электровозы новых серий. К ним относятся грузовой шестиосный электровоз серии ВЛ65 и пассажирский шестиосный электровоз серии ЭП1.

В соответствии с федеральной программой развития железнодорожного транспорта основным направлением при создании электроподвижного состава в России является использование на нем бесколлекторных (в первую очередь, асинхронных) ТЭД.

Еще в 1967 г. НЭВЗ изготовил макетную секцию, а в 1970 г. опытный восьмиосный электровоз с синхронными (вентильными) ТЭД (в создании электровоза активное участие принимали работники Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) под руководством Б.Н. Тихменева и Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-технологического института электровозостроения (ВЭлНИИ) под руководством Б.К. Баранова). В 1970–1975 гг. было построено три таких электровоза (ВЛ80в).

Параллельно с этим НЭВЗ велись работы по созданию электроподвижного состава переменного тока с асинхронными ТЭД, и в 1967 г. была изготовлена опытная секция, а в 1971 г. опытный восьмиосный электровоз с асинхронными ТЭД (ВЛ80а).

Среди электровозов нового поколения, появление которых ожидается в ближайшие годы, следует отметить восьмиосный электровоз переменного тока серии ЭП200 с асинхронными ТЭД, шестиосный пассажирский электровоз серии ЭП2 с асинхронными ТЭД шестиосный пассажирский электровоз двойного питания серии ЭП10 с асинхронными ТЭД и восьмиосный электровоз постоянно-переменного тока (контактная сеть постоянного тока, ТЭД переменного тока) серии ЭП100 с синхронными ТЭД.

Для обеспечения пригородных и межобластных перевозок в СССР, а затем и в России использовались электропоезда, которые в отличие от пассажирских поездов не имели локомотива и прицепных вагонов, а состояли из секций, каждая из которых включала в себя моторный (т.е. оборудованный тяговыми двигателями с системой управления) и прицепной вагоны. В специальной литературе моторные и прицепные вагоны объединяются общим понятием «мотор-вагонный электроподвижной состав».

Пригородные поезда мотор-вагонной тяги формируют, как правило, из нескольких секций. ТЭД и электрооборудование вагонов с целью экономии места в салоне располагают под вагоном.

В дореволюционной России мотор-вагонный подвижной состав использовался на узкоколейных (шириной 1000 мм) подъездных путях г. Лодзь. Для этих линий Русско-Балтийский вагоностроительный завод («Руссо-Балт», г. Рига) в 1900 г. изготовил 16 моторных и 20 прицепных вагонов. На моторных вагонах были установлены тяговые двигатели постоянного тока типа GE-58, изготовленные фирмой «Дженерал электрик» (США). Питание контактной сети осуществлялось от двух электростанций, на каждой из которых был установлен генератор постоянного тока мощностью 110 кВт (выходное напряжение 550 В, ток 200 А).

Первые в СССР пригородные электропоезда были введены в эксплуатацию в 1926 г. на линии Баку — Сабунчи. Моторные вагоны для этой дороги были изготовлены Мытищинским вагоностроительным заводом, тяговые двигатели и пусковые резисторы — заводом «Динамо», электрические аппараты — фирмой «Элин» (Австрия) и тормозное оборудование — фирмой «Кнорр» (Германия). На каждом моторном вагоне было установлено по четыре ТЭД типа ДБ-2 номинальным напряжением 600 В (напряжение в контактной сети 1200 В). Тяговые двигатели имели две группировки.

При создании систем мотор-вагонной тяги в 20–30-х годах этого столетия в СССР рассматривалось несколько вариантов уровней напряжения в контактной сети постоянного тока: 600–800; 1200–1500 и 3000 В. На том этапе было принято напряжение 1500 В, что обусловливалось меньшими затратами меди для контактной сети по сравнению с напряжением 600–800 В и возможностью создания надежного электрооборудования моторного вагона, что нельзя было выполнить в то время для напряжения 3000 В.

Каждая трехвагонная секция серии Св состояла из одного моторного и двух прицепных вагонов. На каждом моторном вагоне были установлены четыре ТЭД типа ДП-150, изготовленные заводом «Динамо». Электрическая аппаратура была изготовлена английской фирмой «Метрополитен Виккерс». Двигатели имели две группировки, причем на параллельном соединении (по два последовательно) было возможно движение с уменьшенным магнитным потоком.

От коротких замыканий и перегрузок двигатели защищались при помощи реле максимального тока, отключающего линейные контакторы, и главного предохранителя. Реверсирование электропоезда осуществлялось посредством изменения направления тока в обмотках возбуждения ТЭД, а при повреждении одного из двигателей предусматривалась возможность отключения группы из двух последовательно соединенных двигателей. Цепи управления и освещения секций питались постоянным током напряжением 50 В от мотор-генератора или аккумуляторной батареи, установленных под кузовом моторного вагона.