електровози

Днем народження електричної тяги прийнято вважати 31 травня 1879 року, коли на промисловій виставці в Берліні демонструвалася перша електрична залізниця довжиною 300 м, побудована Вернером Сіменсом. Електровоз, що нагадував сучасний електрокар, приводився в рух електродвигуном потужністю 9,6 кВт (13 л. С.). Електричний струм напругою 160 В передавався до двигуна за окремим контактної рейки, зворотним проводом служили рейки, по яких рухався поїзд - три мініатюрних вагончика зі швидкістю 7 км / ч, лавки вміщували 18 пасажирів.

У тому ж 1879 р була пущена внутризаводская лінія електричної залізниці протяжністю приблизно 2 км на текстильній фабриці Дюшен-Фур'є в м Брейль у Франції. У 1880 р в Росії Ф. А. Піроцький вдалося електричним струмом привести в рух великий важкий вагон, вміщав 40 пасажирів. 16 травня 1881 року було відкрито пасажирський рух на першій міській електричної залізниці Берлін - Ліхтерфельдом.

Рейки цієї дороги були укладені на естакаді. Трохи пізніше електрична залізниця Ельберфельд - Бремен з'єднала ряд промислових пунктів Німеччини.

Спочатку електрична тяга застосовувалася на міських трамвайних лініях і промислових підприємствах, особливо на рудниках і в вугільних копальнях. Але дуже скоро виявилося, що вона вигідна на перевальних і тунельних ділянках залізниць, а також в приміському русі. У 1895 р в США були електрифіковані тунель в Балтіморі і тунельні підходи до Нью-Йорку. Для цих ліній побудовані електровози потужністю 185 кВТ (50 км / ч).

Після першої світової війни на шлях електрифікації залізниць вступають багато країн. Електрична тяга починає вводитися на магістральних лініях з великою щільністю руху. У Німеччині електрифікують лінії Гамбург - Альтон, Лейпциг - Дрезден - Магдебург, гірську дорогу в Сілезії, альпійські дороги в Австрії. Електрифікує північні дороги Італія. Приступають до електрифікації Франція, Швейцарія. В Африці з'являється електрифікована залізниця в Конго. У Росії проекти електрифікації залізниць були ще до першої світової війни. Уже почали електрифікацію лінії. С.-Петербург - Оранієнбаум, але війна перешкодила її завершити. І тільки в 1926 році було відкрито рух електропоїздів між Баку і нафтопромисли Сабунчи. 16 серпня 1932 року набрав до ладу перший магістральний електрифіковану ділянку Хашурі - Зестафоні, що проходить через Сурамський перевал на Кавказі. В цьому ж році в СРСР був побудований перший вітчизняний електровоз серії Сс. Вже до 1935 роки в СРСР було електрифіковано 1907 км шляхів і знаходилося в експлуатації 84 електровоза.

В даний час загальна протяжність електричних залізниць у всьому світі досягла 200 тис. Км, що становить приблизно 20% загальної їх довжини. Це, як правило, найбільш вантажонапружені лінії, гірські ділянки з крутими підйомами та численними кривими ділянками шляху, приміські вузли великих міст з інтенсивним рухом електропоїздів.

Техніка електричних залізниць за час їх існування змінилася докорінно, зберігся тільки принцип дії. Застосовується привід осей локомотива від електричних тягових двигунів, які використовують енергію електростанцій. Ця енергія підводиться від електростанцій до залізниці по високовольтних лініях електропередачі, а до електрорухомого складу - по контактної мережі. Зворотною ланцюгом служать рейки і земля.

Застосовуються три різні системи електричної тяги - постійного струму, змінного струму зниженої частоти і змінного струму стандартної промислової частоти 50 Гц. У першій половині поточного століття до другої світової війни застосовувалися дві перші системи, третя отримала визнання в 50-60-х роках, коли почався інтенсивний розвиток перетворювальної техніки і систем управління приводами. В системі постійного струму до струмоприймачів електрорухомого складу підводиться струм напругою 3000 В (в деяких країнах 1500 В і нижче). Такий струм забезпечують тягові підстанції, на яких змінний струм високої напруги загальнопромислових енергосистем знижується до потрібного значення і випрямляється потужними напівпровідниковими випрямлячами.

Перевагою системи постійного струму в той час була можливість застосування колекторних двигунів постійного струму, що володіють чудовими тяговими і експлуатаційними властивостями. А до числа її недоліків відноситься порівняно низьке значення напруги в контактній мережі, обмежене допустимим значенням напруги двигунів. З цієї причини за контактних проводів передаються значні струми, викликаючи втрати енергії і ускладнюючи процес струмознімання в контакті між проводом і струмоприймачем. Інтенсифікація залізничних перевезень, збільшення маси поїздів привели на деяких ділянках постійного струму до труднощів харчування електровозів через необхідність збільшення площі поперечного перерізу проводів контактної мережі (підвішування другого підсилює контактного проводу) і забезпечення ефективності струмознімання.

Все ж система постійного струму набула широкого поширення в багатьох країнах, більше половини всіх електричних ліній працюють за такою системою.

Завдання системи тягового електропостачання - забезпечити ефективну роботу електрорухомого складу з мінімальними втратами енергії і при можливо менших витратах на спорудження та обслуговування тягових підстанцій, контактної мережі, ліній електропередачі і т. Д.

Прагненням підняти напругу в контактній мережі і виключити з системи електричного живлення процес випрямлення струму пояснюється застосування і розвиток у ряді країн Європи (ФРН, Швейцарія, Норвегія, Швеція, Австрія) системи змінного струму напругою 15000 В, що має знижену частоту 16,6 Гц. У цій системі на електровозах використовують однофазні колекторні двигуни, які мають найгірші показники, ніж двигуни постійного струму. Ці двигуни не можуть працювати на загально частоті 50 Гц, тому доводиться застосовувати знижену частоту. Для вироблення електричного струму такої частоти треба було побудувати спеціальні "залізничні" електростанції, не пов'язані з загальнопромисловими енергосистемами. Лінії електропередачі в цій системі однофазні, на підстанціях здійснюється тільки зниження напруги трансформаторами. На відміну від підстанцій постійного струму в цьому випадку не потрібні перетворювачі змінного струму в постійний, в якості яких застосовувалися ненадійні в експлуатації, громіздкі і неекономічні ртутні випрямлячі. Але простота конструкції електровозів постійного струму мала вирішальне значення, що визначило її більш широке використання. Це і зумовило поширення системи постійного струму на залізницях СРСР в перші роки електрифікації. Для роботи на таких лініях промисловістю поставлялися шестіосние електровози серії Сс (для залізниць з гірським профілем) і ВЛ19 (для рівнинних доріг). У приміському русі використовувалися моторвагонні поїзда серії Се, що складалися з одного моторного та двох причіпних вагонів.

B перші повоєнні роки в багатьох країнах було відновлено інтенсивна електрифікація залізниць. В СРСР відновилося виробництво електровозів постійного струму серії ВЛ22. Для приміського руху були розроблені нові моторвагонні поїзда Ср, здатні працювати при напрузі 1500 і 3000 В.

У 50-і роки був створений більш потужний восьмивісний електровоз постійного струму ВЛ8, а потім - ВЛ10 і ВЛ11. В цей же час в СРСР і Франції були розпочаті роботи зі створення нової більш економічною системи електричної тяги змінного струму промислової частоти 50 Гц з напругою в тягової мережі 25 000 В. У цій системі тягові підстанції, як і в системі постійного струму, живляться від загальнопромислових високовольтних трифазних мереж. Але на них немає випрямлячів. Трифазну напругу змінного струму ліній електропередачі перетвориться трансформаторами в однофазну напругу контактної мережі 25 000 В, а струм випрямляється безпосередньо на електрорухомому складі. Легкі, компактні і безпечні для персоналу напівпровідникові випрямлячі, які прийшли на зміну ртутним, забезпечили пріоритет цієї системи. У всьому світі електрифікація залізниць розвивається за системою змінного струму промислової частоти.

Для нових ліній, електрифікованих на змінному струмі частотою 50 Гц, напругою 25 кВ, були створені шестіосние електровози ВЛ60 з ртутними випрямлячами і колекторними двигунами, а потім восьмивісні з напівпровідниковими випрямлячами ВЛ80 і ВЛ80с. Електровози ВЛ60 також були переобладнані на напівпровідникові перетворювачі і отримали позначення серії ВЛ60к.