Електровози
Днем
народження електричної тяги прийнято вважати 31 травня 1879, коли на
промисловій виставці в Берліні демонструвалася перша електрична залізниця
дорога довжиною 300 м, побудована Вернером Сіменсом. Електровози, що нагадував
сучасний електрокар, приводився в рух електродвигуном потужністю 9,6
кВт (13 л. с.). Електричний струм напругою 160 В передавався до двигуна за
окремому контактної рейки, зворотним проводом служили рейки, якими
рухався поїзд - три мініатюрних вагончика зі швидкістю 7 км/год, лавки
вміщували 18 пасажирів.
В
тому ж 1879 була пущена внутрішньозаводської лінія електричної залізної дороги протяжністю
приблизно 2 км на текстильній фабриці Дюшенна-Фур'є в м. Брейля у Франції. У 1880
р. в Росії Ф. А. Піроцкому вдалося електричним струмом привести в рух
великий важкий вагон, вміщав 40 пасажирів. 16 травня 1881 було відкрито
пасажирський рух на першій міської електричної залізниці Берлін
- Ліхтерфельд.
Рейки
цієї дороги були укладені на естакаді. Трохи пізніше електрична залізниця
дорога Ельберфельді - Бремен з'єднала ряд промислових пунктів Німеччини.
Спочатку
електрична тяга застосовувалася на міських трамвайних лініях і промислових
підприємствах, особливо на рудниках і у вугільних копальнях. Але дуже скоро
виявилося, що вона вигідна на перевальної та тунельних дільницях залізниць,
а також у 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/год).
Після
першої світової війни на шлях електрифікації залізниць вступають багато
країни. Електрична тяга починає вводитися на магістральних лініях з великою
щільністю руху. У Німеччині електріфіціруют лінії Гамбург - Альтон, Лейпциг
- Галле - Магдебург, гірську дорогу в Сілезії, альпійські дороги в Австрії.
Електріфіцірует 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. Вже почали електрифікацію лінії. С.-Петербург - Оранієнбаум, але війна
перешкодила її завершити. І тільки в 1926 р. було відкрито рух електропоїздів
між Баку і нафтопромислів Сабунчі. 16 серпня 1932 став до ладу перший
магістральний електрифіковану ділянку Хашурі - Зестафоні, що проходить через
Сурамський перевал на Кавказі. У цьому ж році в СРСР був побудований перший
вітчизняний електровоз серії Сс. Вже до 1935 р. в СРСР було електрифіковано
1907 км шляхів і знаходилося в експлуатації 84 електровоза.
В
Нині загальна довжина електричних залізниць в усьому світі
досягла 200 тис. км, що становить приблизно 20% загальної їх довжини. Це, як
правило, найбільш вантажонапружені лінії, гірські ділянки з крутими підйомами і
численними кривими ділянками шляху, приміські вузли великих міст з
інтенсивним рухом електропоїздів.
Техніка
електричних залізниць за час їх існування змінилася докорінно
чином, 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.
Зворотній ланцюгом служать рейки і земля.
Застосовуються
три різні системи електричної тяги - постійного струму, змінного струму
низької частоти і змінного струму стандартної промислової частоти 50 Гц. У
першій половині поточного століття до другої світової війни застосовувалися два
перший системи, третє отримала визнання в 50-60-х роках, коли почалося
інтенсивний розвиток перетворювальної техніки і систем управління приводами.
У 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.
Гідністю
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 належить порівняно
низьке значення напруги в контактній мережі, обмежене припустимим значенням
напруги двигунів. З цієї причини по контактних проводів передаються
значні струми, викликаючи втрати енергії та ускладнюючи процес токос'ема 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 підсилюючого
контактного проводу) і забезпечення ефективності токос'ема.
Всі
ж система постійного струму одержала широке 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 напруга в контактній мережі і виключити з системи електричного
харчування 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, що 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 загальнопромислові 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, як які
застосовувалися ненадійні в експлуатації, громіздкі та неекономічні ртутні
випрямлячі. Але простота конструкції електровозів постійного струму мала вирішальне
значення, що визначило її більш широке використання. Це й зумовило
поширення системи постійного струму на залізницях СРСР у 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 була відновлена інтенсивна
електрифікація залізниць. У 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.
В
50-ті роки було створено більш могутній восьмивісний електровоз постійного струму ВЛ8,
а потім - ВЛ10 і ВЛ11. В цей же час в СРСР і Франції були розпочаті роботи по
створення нової більш економічної 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.
Трифазної напруги змінного струму ліній електропередачі перетвориться
трансформаторами в однофазне напругу контактної мережі 25 000 В, а струм
випрямляється безпосередньо на електрорухомого складу. 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
колекторних двигунів, а потім восьмивісні з напівпровідниковими
випрямлячами ВЛ80 і ВЛ80с. Електровози ВЛ60 також були переобладнані на
напівпровідникові перетворювачі і отримали позначення серії ВЛ60к.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.lokomotivclub.ru/
