Для чего электровозу две системы работы? Для чего необходима смена напряжения? Как уменьшить время оборота локомотива? Об этом и не только в нашей первой статье 2025! Поехали!
Немного истории 👇
Как мы уже говорили ранее, в России принято использовать два вида напряжения – постоянный ток (~3.3кВ) и переменный ток (~25кВ). Неудобство использования сразу двух типов тока сказывается на скорости передвижения по дорогам. Необходимо время, чтобы сменить локомотив с переменного тока на постоянный и наоборот.
Рост пассажирских и грузовых перевозок с каждым годом поставил вопрос о сокращении времени в пути достаточно остро. Так перед конструкторами и инженерами встала задача: построить универсальный подвижной состав, который мог бы функционировать сразу на двух системах потребления электричества. Шло время, и задача была решена.
1996 году на дороги выходит первый грузовой электровоз двойного питания ВЛ82!
Справка:
ВЛ82 («Владимир Ленин», тип 82) — советский двухсекционный грузовой электровоз двойного питания. Предназначен для безостановочного вождения поездов на участках, электрифицированных как переменным током 25 кВ 50 Гц, так и постоянным 3 кВ. Создан на базе восьмиосных электровозов ВЛ10 и ВЛ80.
ВЛ82
Первые опытные двухсистемные восьмиосные двухсекционные электровозы ВЛ82-001 и ВЛ82-002 были построены Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) в июле 1966 года. Фактически они представляли собой электровозы постоянного тока с трансформаторно-выпрямительными устройствами для работы под переменным током.
Большинство элементов механической части новых локомотивов были унифицированы с электровозами серии ВЛ80К. На каждой секции электровоза установлен трансформатор производства Таллинского электротехнического завода. Масса трансформатора с маслом — 5800 кг.
Шестиполюсные тяговые электродвигатели (ТЭД) НБ-420А были спроектированы специально для данного локомотива. Масса электродвигателя — 4500 кг. Для их охлаждения на каждой секции установлено два мотор-вентилятора. Также каждая из секций оборудована аккумуляторной батареей. В процессе эксплуатации ВЛ82 ТЭД были заменены на двигатели, устанавливаемые впоследствии на электровозы серии ВЛ82М.
Секции электровоза имеют одинаковые электрические схемы и работают по системе многих единиц. При работе с переменным током напряжение к ТЭД подводится через понижающий трансформатор и выпрямительную установку. При питании постоянным током напряжение подводится непосредственно к цепи ТЭД. В обоих случаях напряжение на зажимах двигателей регулируется реостатами. Схема локомотива позволяет использовать реостатное торможение, при котором ТЭД соединяются перекрёстно.
Определение рода тока
Задача устройства определения рода тока — надёжно автоматически определять род тока (переменный или постоянный) на токоприёмнике электровоза и выдавать сигналы на соответствующие переключения в высоковольтных цепях — в частности, на разворот переключателя рода тока ПРТ. На электровозах ВЛ82 и ВЛ82М эту задачу выполняет устройство УРТ-3, работающее в паре с сухим однофазным трансформатором ТОС-41, первичная обмотка которого одним выводом подключена к крышевой шине токоприёмников, а вторым выводом к УРТ-3. Вторичная обмотка, при первичном напряжении 25 кВ выдающая напряжение 160 В, также подключена к УРТ.
При появлении на крышевой шине постоянного тока напряжением 2,2-4 кВ ток проходит через первичную обмотку ТОС, добавочные резисторы и катушку реле РВ4, вызывая срабатывание реле. Реле своими контактами подаёт питание на вентиль постоянного тока ПРТ, низковольтную катушку вентиля защиты ВЗ, подающего сжатый воздух в блокировки высоковольтной камеры, и создаёт цепь удержания БВ.
При переменном токе на токоприёмнике напряжение понижается ТОС, выпрямляется мостом, собранным из двух высоковольтных диодных сборок Д1 и Д2, и вызывает включение реле РВ2. Это, в свою очередь, вызывает разворот ПРТ в положение переменного тока, создание цепей удержания БВ и ГВ и подачу питания на низковольтную катушку ВЗ. Реле РВ4 при этом не срабатывает, так как в дополнение к активному сопротивлению в цепи появляется значительное индуктивное (реактивное — сопротивление переменному току) сопротивление первичной обмотки ТОС, имеющей 1350 витков. Поэтому, несмотря на значительное повышение напряжения, почти всё оно падает на первичной обмотке ТОС и для включения РВ4 оказывается недостаточным.
На высоковольтную катушку ВЗ напряжение подаётся через диодную сборку Д3. При отсутствии этой сборки ток из цепи РВ2 перетекал бы в цепь РВ4 (или наоборот), что вызывало бы неизбежное срабатывание обоих реле. Таким образом, Д3 служит для развязки.
На упрощённой принципиальной схеме УРТ не показаны некоторые элементы — реле РВ1 и РВ3, включённые параллельно соответственно реле РВ2 и РВ4 для дублирования (повышения надёжности работы) и развязывающая диодная сборка Д4 в цепи питания ВЗ от цепи реле РВ3, РВ4. УРТ-3 смонтировано на текстолитовой панели, ТОС-41 установлен отдельно.
Новое время
Шло время и необходимость в двухсистемных машинах росла всё больше. И в 1998 году на железные дороги новой страны выходит первый серийный российский двухсистемный электровоз ЭП10.
ЭП10
Производство двухсистемных электровозов ЭП10 началось в 1998 году, далее, в 2005-2006. Модели эксплуатируются до нынешнего момента. Частично, электровозы этой модели направлены на модернизацию на заводе-изготовителе.
Электровозы ЭП10 представляют собой проблемную серию. В 2007 году, почти сразу после запуска в эксплуатацию, была информация о том, что завод отзывает партию. Недостатки электровоза выявлены в ходе эксплуатации. Самым слабым местом ЭП10, стали ТЭД.
Всего построено 12 единиц техники и все они приписаны к Московскому депо. Электровоз развивает среднюю скорость в момент начала работы в 160 км/ч, достигая при длительном режиме – 80 км/ч. Мощность ТЭД разделена на 6 секций электровоза и составляет 1200 кВт на каждую.
Микропроцессорная система управления, установленная на электровозе, позволяет выявлять и устранять неисправности в оперативном режиме. Система кабины позволяет управлять локомотивом одному машинисту, но это весьма затруднительно из-за расположения оборудования. Часть устройств базируется на пульте помощника машиниста и это вызывает неудобства управления.
Установленные GTO тиристоры позволяют преобразовывать переменный ток в постоянный. Требования заказчиков не позволили увеличить вес ТЭД, в связи с чем не были улучшены температурные и другие показатели.
Электровоз используется в пассажирском направлении на центральной ветке РЖД. Энергетические показатели в целом улучшены, как выяснилось, благодаря ручному управлению. Разгон и высокая мощность придают этому электровозу большую значимость среди аналогов на железной дороге.
Мелкий ремонт представителей этой модели, осуществляется на РЭРЗ. Модификаций не выпущено.
Электровоз является достаточно практичным в силу мощной тяги и скорости, пока не требует капитального ремонта и подвергается только мелкому и среднему.
В целом, показатели электровоза те же. Колоссальных изменений не произошло. Несмотря на возможность управления в одно лицо, электровоз продолжают управлять локомотивной бригадой.
Пассажирские электровозы по техническим данным мало отличаются от грузовых. Система управления схожа кроме регламентированных моментов переключений работы деталей. При получении электровоза перед поездкой, локомотивной бригаде необходимо осмотреть локомотив на исправность деталей. Активировав систему, получить данные по состоянию механики и электрике, и только после этого отправляться в поездку. К пассажирским поездам применяются более жесткие требования управления составами. Поломки, возникающие в дороге необходимо устранять сразу, на ходу, сообщив о проблеме в депо. По возвращении из поездки, машинист сдает отчетность о поездке и поломки, если таковая была, в специальный отдел депо.
Электровозы серии ЭП10 предназначены для вождения пассажирских поездов длиной до 24 стандартных вагонов на железных дорогах колеи 1520 мм, электрифицированных как постоянным током напряжением 3 кВ, так и переменным напряжением 25 кВ частоты 50 Гц.
Предусмотрена возможность обслуживания электровоза в одно лицо, но вместе с этим, по отзывам локомотивных бригад, обслуживающих данный электровоз, управление в одно лицо затруднительно ввиду того, что часть органов управления (освещение кабины, освещение ходовой части, включение/выключение буферных фонарей, включение/выключение электроотопления поезда и т. д.) расположено на пульте помощника машиниста.
Электрооборудование поставляется компанией Bombardier Transportation. Электровозы этой серии отличаются высокой мощностью, хорошей динамикой разгона, а также улучшенными энергетическими показателями (по свидетельству машинистов, это справедливо для «ручного» режима, в отличие от режима автоматического поддержания скорости).
Наше время
ЭП20 «Олимп» — российский скоростной шестиосный пассажирский электровоз двойного питания, спроектированный Трансмашхолдингом с использованием ряда технических решений французской компании Alstom в рамках совместного предприятия «Технологии рельсового транспорта». ЭП20 задуман как головной проект масштабной программы разработки широкого ряда российских электровозов нового поколения с асинхронным тяговым приводом. Электровоз серийно выпускается на Новочеркасском электровозостроительном заводе. По состоянию на декабрь 2021 года выпущено 80 электровозов, все они поступили в собственность ОАО «РЖД» и работают с пассажирскими поездами.
Из-за низкой надёжности электровозов ЭП10 руководство ОАО «РЖД» признало необходимым создание в России нового двухсистемного электровоза, получившего проектное обозначение серии ЭП20. По завершении предпроектных исследований было утверждено техническое задание на ЭП20, который, как и ЭП10, должен был оснащаться асинхронным тяговым приводом и системой рекуперативного торможения для снижения эксплуатационных затрат и иметь схожие технические характеристики, но в то же время соответствовать повышенным требованиям по безопасности и надёжности в соответствии с нормами, принятыми для электровозов, выпускаемых в странах Европы, и обеспечивать комфортные условия работы локомотивной бригады. Также предполагалось, что электровоз будет водить транзитные поезда, следующие в дневное время по скоростной линии Москва — Санкт-Петербург, поэтому среди предъявленных требований к будущему электровозу была возможность создания его варианта для эксплуатации со скоростями до 200 км/ч.
Для нового электровоза были сконструированы принципиально новые детали, которые вскоре начали изготавливаться и тестироваться: кузов, кабина машиниста с крэш-системой, тележки, тяговые электродвигатели, система управления и контроля, тормозное и механическое оборудование. Компания Alstom доработала тяговый инвертор в соответствии с требованиями российских стандартов и условиями эксплуатации. Окончательный проект электровоза был готов в 2010 году, и в мае РЖД подписало контракт на поставку 200 электровозов серии на сумму около 1 миллиарда евро. Производство электровозов было организовано на главном электровозостроительном предприятии России — Новочеркасском заводе.
#Команда091