Классификация и назначение грузовых электровозов

Электровоз ВЛ 80 ^С предназначен для работы с грузовыми поездами на магистральных железных дорогах, электрифицированных на однофазном токе промышленной частоты (50 Гц) с номинальным напряжением 25 кВт.

Электровозы классифицируют по роду тока, типу передач, роду работы и осевым характеристикам.

Классификация по роду тока. В зависимости от рода тока, подводимого к электровоза, различают системы электрической тяги постоянного тока, однофазного тока пониженной частоты 16 2/3 и 25 Гц, однофазного тока промышленной частоты 50 Гц.

Имеется еще и многосистемный электроподвижной состав. Э. п. с. постоянного тока. Номинальное напряжение в контактной сети магистральных железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, обычно составляет 3000 В, на промышленном транспорте - 1500 В, метрополитена - 825 В. На электровозах устанавливают тяговые двигатели постоянного тока с контакторно-реостатным (рисунок 1) или импульсным тиристорным управлением.

Пуск и регулирование скорости движения в первом случае осуществляют с помощью пусковых резисторов, кроме того, контакторами переключают тяговые двигатели с одного соединения на другое.

Тяговые двигатели э. п. с. магистрального и промышленного транспорта с контакторно-реостатным управлением обычно имеют номинальное напряжение на зажимах 1500 В.

При этом напряжении габаритные размеры и масса тяговых двигателей относительно велики (минимальная масса двигателя 7,5 - 10 кг на 1 кВт).

Э. п. с. однофазного тока пониженной частоты. На электровозах этой системы коллекторные тяговые двигатели последовательного возбуждения подключают контакторами главного контроллера ГК непосредственно к вторичной обмотке тягового (силового) трансформатора 7 (рисунок 2, а).

Рисунок 1 Принципиальная силовая схема электровозов системы постоянного тока с контакторно-реостатным управлением: 1 - токоприемник; 2 - быстродействующий выключатель, 3, 11, 13, 14 - контакторы, 12 - отсасывающая линия; 15 - тяговая подстанция; 16 - контактная сеть, 17 - линия электропередачи энергосистемы

Рисунок 2 Принципиальные силовые схемы электровозов с коллекторными тяговыми двигателями для участков, электрифицированных на однофазном токе пониженной (а) и промышленной (б) частоты: КМ - контроллер машиниста; Г - тяговый трансформатор, ГК - главный контроллер, СР, СР1 и СР2 - сглаживающие реакторы, ПР1 и ПР2 - переходные реакторы, БРД - блок дифференциальных реле, VD1 - VD8 – диоды

Работают двигатели при сравнительно невысоком напряжении (400 - 600 В).

Э. п. с. однофазного тока промышленной частоты. Электроэнергия к такому э. п. с. подводится от простых трансформаторных подстанций, понижающих высокое напряжение переменного тока, получаемое от энергосистем общего пользования, до 25 кВ.

Электровозы для железных дорог однофазного тока промышленной частоты могут иметь тяговые двигатели:

- постоянного или пульсирующего тока, вентильные - э. п. с. переменного (однофазно-постоянного) тока;

- коллекторные;

- трехфазные асинхронные.

Электровозы с двигателями пульсирующего тока и полупроводниковыми преобразователями (рисунок 2, б).

Однофазный переменный ток диодами VD1 -VD8 преобразуется в пульсирующий (постоянный), которым питаются двигатели М1 - М4.

Скорость движения регулируют, ступенчато изменяя коэффициент трансформации трансформатора Т, с помощью контакторов главного контроллера ГК.

Как и на электровозе однофазного тока пониженной частоты, для управления ГК применен контроллер машиниста КМ.

Для того чтобы переход с одной ступени на другую происходил без разрыва силовой цепи (чтобы сила тяги электровоза не падала до нуля) и короткого замыкания секции обмотки трансформатора Т, использованы переходные реакторы ПР1 и ПР2.

Электровоз будет развивать наибольшую по условиям сцепления силу тяги, если все тяговые двигатели работают в одинаковых условиях (при равных напряжениях и с одинаковыми токами).

Это достигается с помощью блока дифференциальной защиты БРД, который является как бы уравнительным соединением между двумя контурами.

На электровозах с трехфазными асинхронными тяговыми двигателями первых выпусков применяли электромашинные преобразователи фаз и частоты.

На электровозе (или его секции) для всех трехфазных асинхронных двигателей АД1 - АД4 (рисунок 3, а) используют один общий трансформатор Г и один главный контроллер ГК, два выпрямителя ВП1 и ВП2 на диодах и тиристорах.

Напряжение, получаемое от каждого выпрямителя, сглаживается реакторами СР и подается на вход двух инверторов И1, И2 или ИЗ, И4.

На электровозе с вентильными тяговыми двигателями статорные обмотки двигателя получают питание от преобразователя частоты и числа фаз ПЧФ (рисунок 3, б), а его обмотка возбуждения - от выпрямителя ВВ.

Рисунок 3 Принципиальная схема электровоза е трехфазными асинхронными (а) и вентильными (б) тяговыми двигателями

Э. п. с, работающий при различных системах тяги. К этому э. п. с. относят многосистемный электроподвижной состав, контактно-аккумуляторные электропоезда, контактно-аккумуляторные и контактно-дизельные электровозы.

Многосистемные электровоз применяют для обеспечения движения без смены локомотивов по электрифицированным участкам с различными системами электрической тяги, например: постоянного тока при напряжениях 1500 и 3000 В, переменного тока с различными частотой и напряжением, постоянного тока и несколькими системами переменного тока.

Различают многосистемный э.п.с. и стыковые электровозы. К многосистемным относят электровозы, сохраняющие полную мощность при работе на участках с различными системами тяги.

Стыковыми называют электровозы одного рода тока, приспособленные для работы от контактной сети другого рода тока с использованием части мощности тяговых двигателей при движении по путям станции стыкования.

Классификация электровозов по типу передач. В зависимости от способа передачи вращающего момента от тягового двигателя на движущие колесные пары различают электровозы с индивидуальным и групповым приводом.

Индивидуальным приводом называют способ передачи, при котором вращающий момент передается на колесную пару от отдельного тягового двигателя - одиночного или сдвоенного.

Групповым приводом называют способ передачи, при котором вращающий момент от одного или двух тяговых двигателей передается группе колесных пар, соединенных зубчатой передачей.

Большинство электровозов выполнены с индивидуальным приводом, который более удобен в эксплуатации. Кроме того, в этом случае проще разместить электрическое оборудование.

Классификация по роду работы. Электровозы по роду работы подразделяются на пассажирские, грузовые и маневровые.

Грузовые электровозы, предназначенные для вождения поездов большого веса, должны обладать значительной силой тяги, а следовательно, иметь большое число колесных пар.

Классификация электровозов по осевым характеристикам ходовых частей. Электровозы характеризуются числом и расположением движущих колесных пар.

Колесные пары группируют по три или по две в отдельные тележки (рис., а и б). Такой локомотив называют тележечным. Тележечные электровозы могут иметь как общий кузов, так и кузов, состоящий из двух (рисунок 4, в и г), а реже из трех частей.

Рисунок 4 Схемы расположения движущих колесных пар в двухосных (а, в, г и е) и трехосных (б и д) тележках: 1 - рама тележки; 2 - колесная пара; 3, 5 - опоры кузова; 4 кузов; 6 - автосцепка; 7, 8 - межтележечное соединение