Электровоз

Электрово́з — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нём тяговыми электродвигателями, питаемыми от внешних источников электроэнергии через тяговые подстанции по контактной сети (в отдельных случаях — от бортовых аккумуляторов[1]).

О рабочем посёлке Электровоз см. Ступино.
Классический электровоз первой половины XX века ВЛ22м-2026 в Музее Московской железной дороги

Классификация

При классификации электровозов можно выделить следующие признаки[2]

Промышленный электровоз НП1 с токоприёмниками двух типов — верхними и боковыми
  • По роду службы — пассажирские (например, ЧС2, ЧС4, ЧС7, ЧС8, ЭП1, ЭП20), грузовые (например, ВЛ10, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85, 2ЭС6, Э5К, 2ЭС10), грузопассажирские (в Европе данный тип электровозов широко распространён, на постсоветском же пространстве это обычно модификации грузовых электровозов, имеющие электропневматический тормоз и оборудование для электроотопления поезда, или пассажирских с пониженным передаточным числом редуктора), маневровые (ВЛ41, ВЛ26) и промышленные (например, ЕЛ21, ЭК14). Из последней группы часто выделяют шахтные электровозы, то есть предназначенные для перевозки различных грузов по подземным рельсовым путям.
Различие между типами электровозов по роду службы характеризуется силой тяги и конструктивной скоростью движения. Пассажирские электровозы имеют меньшую силу тяги и высокую скорость движения, грузовые — большую силу тяги и пониженную скорость движения. В некоторых сериях электровозов это достигалось изменением передаточного отношения зубчатой передачи. Маневровые электровозы обычно имеют меньшую мощность и большинство из них снабжается дополнительным источником тока — аккумуляторной батареей или дизель-генератором — для движения по неэлектрифицированным путям[3].
  • По типу питания:
    Контактно-аккумуляторный электровоз Лондонского метрополитена
    • контактные — самый распространённый тип электровозов, получающих питание через токоприёмник от расположенной вдоль путей контактной сети (контактного провода или рельса). Эти электровозы, в свою очередь, различаются по виду токоприёмников и расположению контактной сети. Наиболее распространённым видом токосъёма на всех железных дорогах, кроме метрополитена, является верхний токосъём с токоприёмником пантографного типа. На ряде промышленных линий, где подвешивание контактного провода сверху невозможно (например, из-за необходимости насыпания грузов) применяется верхний боковой или боковой токосъём, в этом случае чаще всего токоприёмники имеют форму штанг или реек. В большинстве метрополитенов и на некоторых городских железных дорогах применяется нижний боковой или нижний межрельсовый токосъём, в этом случае в роли контактной сети используется контактный рельс, а на электровозе устанавливается рельсовый токоприёмник, как правило, имеющий форму полоза.
    • аккумуляторные — не имеют токосъёмных устройств и питаются только от собственной аккумуляторной батареи, подзаряжаемой на станциях или в депо. Такие электровозы применяются в основном на шахтах и промышленных железных дорогах, где токоведущие части не могут применяться или представляют опасность по условиям эксплуатации, а также иногда в качестве маневровых локомотивов (например, электровозы ЛАМ).
    • контактно-аккумуляторные — оборудованы токоприёмниками и аккумуляторными батареями и могут работать как от контактной сети, одновременно подзаряжая аккумуляторные батареи, так и от своих аккумуляторов при следовании на неэлектрифицированном участке. Используются в основном в шахтах и в качестве маневровых локомотивов, а также для служебных целей в некоторых метрополитенах.
    • бесконтактные — наименее распространённый тип электровозов, применяемых в основном в шахтах. Вдоль путей прокладывается индукционная шина, в которую подаётся ток высокой частоты, и за счёт электромагнитной индукции вокруг неё создаётся переменное магнитное поле, а на электровозе устанавливается катушка, в которой этим полем индуцируется ток тяговых электродвигателей.
Грузовые двухсекционные электровозы разных систем тока на станции стыкования:
слева электровоз постоянного тока ВЛ8М,
справа электровоз переменного тока ВЛ80Т
  • По роду тока питания — электровозы постоянного тока, в которых питающее напряжение подаётся на тяговое оборудование, и переменного тока, в которых оно понижается и выпрямляется перед подачей на тяговое оборудование. Электровозы каждого из родов тока делятся на множество классов в зависимости от величины напряжения, а в случае переменного тока — частоты. Например, в России на магистральных железных дорогах используются два типа: переменного тока — 25 кВ, 50 Гц (например, ВЛ80, ЧС4, ВЛ85, ЧС8, ВЛ41, Э5К, ЭП1, 2ЭС5) и постоянного тока — 3 кВ (например, ВЛ10, ЧС2, ЧС7, ВЛ15, ВЛ26, 2ЭС6, ЭП2К, 2ЭС4К)[1]. В других странах мира, в зависимости от принятых стандартов в системе питания электрифицированных железных дорог, применяются электровозы с другими системами питания, например, переменного тока напряжением 15 кВ, 16 2/3 Гц. Для эксплуатации на участках с разным типом электрификации существуют многосистемные (двух-, трёх- и четырёхсистемные) электровозы (например, в России используются двухсистемные электровозы ВЛ82, ЭП10, ЭП20). Для эксплуатации на промышленных предприятиях, в карьерах и рудниках выпускаются электровозы с другими типами электрификации, например в России используются электровозы постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного тока 10 кВ. Существуют также электровозы трёхфазного переменного тока, получающие питание от трёхфазной контактной сети и применяемые в основном на промышленных предприятиях (на железных дорогах общего пользования такие электровозы не нашли широкого применения ввиду сложности контактной сети). Различие в применяемом токе и напряжении в первую очередь определяет различие в конструкции тяговых преобразователей и схеме электрической цепи, а также влияет на тип применяемых тяговых двигателей, вспомогательных машин и аппаратов[4].
  • По системе управления тяговыми электродвигателями:
    Электровоз Е 630 на Ferrovie Nord Milano
    • Реостатно-контакторная система управления. Ток двигателей изменяется механическими переключениями в силовой цепи. На электровозах советского производства с такой системой переключения осуществляются групповым переключателем с пневматическим или электрическим приводом. На электровозах российского производства начала применяться усовершенствованная версия РКСУ, где переключения осуществляются независимыми контакторами с электронным управлением, также иногда выделяемая в отдельную, контакторно-транзисторную систему управления. Наиболее простая и дешёвая система регулирования, имеющая, однако, ряд серьёзных недостатков, такие как возможность питать только коллекторные тяговые электродвигатели, невозможность плавного изменения мощности двигателей (существенность этого недостатка может быть значительно уменьшена при использовании независимого возбуждения ТЭД от электронного преобразователя), высокие энергопотери в реостатах (уменьшены в современных электровозах с независимым возбуждением ТЭД, см. 2ЭС6).
    • Тиристорно-импульсная система управления. Ток двигателей регулируется импульсно при помощи тиристоров, что исключает пускотормозные реостаты и обеспечивает плавное регулирование мощности. На всех серийных советских и российских электровозах с ТИСУ (ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, Э5К) эта система выполнена в виде выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), регулирующих напряжение по зонно-фазовой схеме, путём подачи питания с различных отводов тягового трансформатора (зоны) и открытия тиристоров на определённый угол синусоиды входного напряжения (фазовое регулирование).
    • Частотно-регулируемый привод. Принцип работы во многом схож с ТИСУ, используется для питания электродвигателей переменного тока (чаще всего трёхфазных асинхронных). Использует в своём составе инверторы, модулирующие для ТЭД переменный ток и регулирующие мощность за счёт изменения частоты и длительности импульсов при формировании аппроксимации синусоиды. При работе электровоза на переменном токе инверторы получают питание от выпрямителя или ВИП, при работе на постоянном — от входного фильтра. При движении со включёнными электродвигателями, особенно при разгоне и торможении, электровозы издают характерный свист изменяющейся частоты. Все российские серийные электровозы такого типа (ЭП10, ЭП20, 2ЭС10, 2ЭС5) используют в составе привода тяговые преобразователи иностранного производства, исключение — промышленный электровоз НПМ2, однако существуют перспективы применения на магистральных электровозах полностью отечественного асинхронного привода.
  • По типу тяговых электродвигателей.
    Электровоз постоянного тока с асинхронными двигателями 3ЭС10 (слева) и переменного тока с коллекторными двигателями 4ЭС5К (справа). За счёт применения более мощных асинхронных двигателей трёхсекционный 3ЭС10 немного мощнее четырёхсекционного 4ЭС5К
    • С коллекторными двигателями. Сложны в обслуживании и в эксплуатации, так как имеют коллектор (фактически коллектор — постоянно работающий тяжелонагруженный механический переключатель со скользящими контактами), а при питании электровоза постоянным током требуют громоздких балластных реостатов, снижающих КПД. На электровозах переменного тока управление существенно проще и экономичнее за счёт коммутации секций главного трансформатора. Такой тип привода с освоением мощной силовой электроники стал постепенно выходить из эксплуатации, однако в России до сих пор массово выпускаются некоторые серии электровозов с коллекторным приводом, в основном, за счёт дешевизны и хорошей освоенности такого типа привода.
    • С асинхронными двигателями. Двигатель конструктивно очень прост, легко переносит механические перегрузки, но требует для питания трёхфазный переменный ток. Это, в свою очередь, требует либо подвода к электровозу трёхфазного питания непосредственно, как сделано на некоторых железных дорогах Италии, либо выработки его на локомотиве с помощью статических (на современных и перспективных машинах) или машинных преобразователей (устаревшее и нетехнологичное решение, практически нивелирующее преимущества асинхронных двигателей перед коллекторными).
    • С вентильными двигателями. Сочетают некоторые преимущества обоих предыдущих типов. Например, отсутствие коллектора положительно сказывается на долговечности и простоте в обслуживании, и, в то же время, в тяговом приводе могут быть использованы более дешёвые незапираемые тиристоры. Однако синхронные двигатели уступают асинхронным в простоте и стоимости производства, так как либо на них должны применяться мощные постоянные магниты, либо они всё же имеют скользящий контакт подвода постоянного тока к ротору, снижающий надёжность электромашины. Такой тип привода имел, в частности, российский электровоз ЭП200, не пошедший в серию.
  • По типу тягового привода (тяговой передачи). В России применяется следующая классификация электровозов[5][6]:
    • Тяговый привод 1-го класса: опорно-осевое («трамвайное», хотя именно на трамваях широко применялось до начала 30х годов XX века, а ныне используется исключительно редко) подвешивание тягового электродвигателя. Двигатель через моторно-осевые подшипники опирается на ось колёсной пары, за счёт жёсткой связи очень прост редуктор. На оси двигателя и колёсной пары насажены зубчатые колёса, централь между которыми поддерживается моторно-осевыми подшипниками.
      Для данной конструктивной схемы характерны большие разрушающие нагрузки на двигатель, однако для грузовых электровозов она до сих пор считается допустимой, в особенности для электровозов с более устойчивыми к динамическим нагрузкам асинхронными двигателями. Ныне в России такая конструктивная схема применяется на всех грузовых и некоторых грузопассажирских электровозах. Современные колёсно-моторные блоки с тяговым приводом первого класса обычно имеют моторно-осевой подшипник качения.
    • Тяговый привод 2-го класса: опорно-рамный двигатель и опорно-осевой редуктор. Типичен для пассажирских электровозов. Двигатель в данной конструктивной схеме обрессорен и соединён с редуктором посредством муфты. Это обеспечивает снижение воздействия на путь и на двигатель.
    • Тяговый привод 3-го класса: опорно-рамные двигатель и редуктор. Редуктор связан с колёсной парой посредством полого карданного вала и муфт(ы). Это полностью исключает из необрессоренной массы не только двигатель, но и редуктор. Из серийных электровозов, построенных в СССР и России, такое подвешивание имеют только пассажирские электровозы ЭП2К и ЭП20, выпускающиеся, соответственно, на Коломенском и Новочеркасском заводах.
  • По типу передачи вращающего момента с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым (например, ВЛ40, ВЛ83) и индивидуальным приводом. Под индивидуальным приводом понимается такая передача, при которой вращающий момент передаётся на каждую движущую колёсную пару от одиночного или сдвоенного тягового двигателя. Под групповым приводом понимается такая передача, при которой вращающий момент одного или двух тяговых двигателей передаётся группе движущих колёсных пар, соединённых между собой спарниками или зубчатой передачей. Современные электровозы, как правило, имеют индивидуальный привод, который удобнее как в эксплуатации, так и в ремонте[7].
  • По наличию и типу электрического торможения — с рекуперативным, реостатным торможением, их сочетанием или вовсе отсутствием электрического торможения.
  • По числу секций — одно-, двух-, трёх- и четырёхсекционные. Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по СМЕ.
  • По осевой формуле — электровозы разделяются в соответствии с числом и размещением движущих и поддерживающих (бегунковых) колёсных пар. Число и размещение колёсных пар каждого вида обычно обозначается цифровыми формулами. В этих формулах одноосная бегунковая тележка обозначается цифрой 1, двухосная — цифрой 2, затем следует знак «тире» (—) и цифровое обозначение числа движущих колёсных пар, расположенных в каждой движущей тележке. Если тележки имеют сочленение, то между цифрами, обозначающими число колёсных пар, в них ставится знак «плюс» (+). В конце формулы указывается число колёсных пар в задней бегунковой тележке. Если поддерживающих осей электровоз не имеет, то в начале и в конце формулы ставится цифра 0. В случае применения на электровозе индивидуального привода очень часто цифровое обозначение числа движущих колёсных пар дополняется индексом 0. На железных дорогах России нормальной колеи эксплуатировались электровозы с четырёхосными (две двухосные тележки с осевой формулой 0—20—20—0), шестиосными (две трёхосные тележки с осевой формулой 0—30+30—0 или 0—30−30—0 либо три двухосные тележки с осевой формулой 0—20—0—20—20−0) и восьмиосными секциями (две сочленённые четырёхосные тележки с осевой формулой 0—20+20—20+20—0). У многосекционных электровозов тележки между различными секциями, как правило, не имеют сочленения и чаще всего применяются независимые тележки, однако встречаются и двухсекционные электровозы с тележками, сочленёнными между секциями (осевая формула — 0—20+20+20+20—0), например ВЛ8[8]. На узкоколейных железных дорогах встречаются электровозы с одноосными тележками (осевая формула — 0—10−10—0) или жёсткой базой (осевая формула — 0—20—0).

Конструкция

Электровоз состоит из механической части, электрического и пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью, максимальной скоростью и другими условиями эксплуатации, для которых проектируется электровоз[1].

Механическая часть
См. также: Экипажная часть локомотива

Механическую часть электровоза составляют: кузов и его опоры, ударно-тяговые устройства, тележки, рессорное подвешивание и тормозное оборудование[1][9].

Кузов электровоза (секции электровоза) опирается через опоры на тележки. Под каждой секцией электровоза может быть две двух-, трёх- либо четырёхосных или три двухосных тележки (ВЛ85, ЭП1). Тележка электровоза включает в себя раму, колёсные пары, тяговые двигатели, буксы, тормозное оборудование и элементы тяговой передачи — редукторы. Рама тележки опирается на колёсные пары через систему рессорного подвешивания и буксы.

Тележки служат для размещения колёсных пар и тяговых двигателей, для восприятия и передачи нагрузок от веса кузова и для передачи тяговых и тормозных усилий. Для облегчения вписывания электровоза в кривые участки пути тележки обычно имеют не более чем три колёсные пары, а четырёхосные тележки, как правило, делаются сочленёнными. У первых электровозов тележки соединялись между собой при помощи специального сочленения, через которое происходит передача тяговых и тормозных усилий от одной тележки к другой и на ударно-тяговые устройства. У последующих типов электровозов тяговые и тормозные усилия от тележек передаются через кузов, на котором укрепляются ударно-тяговые устройства[10]. Тележки оборудуются тормозной рычажной передачей (если тормоза не дисковые) и тормозными цилиндрами[1].

Колёсные пары через буксовые подшипниковые узлы воспринимают на себя вес всех частей электровоза, что обеспечивает их сцепление с рельсами. Колёсные пары приводятся во вращение тяговыми электрическими двигателями, с которыми они постоянно соединены при помощи зубчатой передачи. При вращении колёсных пар благодаря их сцеплению с рельсами создаётся сила тяги, которая передаётся от колёсных пар на тележки электровоза и от них, либо непосредственно, либо через опоры и главную раму кузова, либо через опоры и несущий кузов — на ударно-тяговые устройства (автосцепку) и через неё на сцепленный с электровозом состав[9].

Тяговая передача — промежуточные механические устройства, обеспечивающие передачу крутящего момента от тяговых двигателей к колёсным парам. Колёсные пары приводятся во вращение тяговыми двигателями через тяговую передачу[1]. Редукторная тяговая передача состоит из: одной или двух спараллеленных шестерён, напрессованных на вал тягового двигателя, одного или двух (соответственно) зубчатых колёс, напрессованных на колёсную пару (на ось или же на специальный прилив в подступичной части колёсного центра). На некоторых сериях электровозов (например, ЧС2, ЧС4, ЭП1) в тяговую передачу также входит карданный привод. Имеются варианты исполнения тяговой передачи: с односторонним расположением прямозубой тяговой передачи и карданным валом (ЧС4), с односторонним расположением шевронной тяговой передачи и карданным валом (ЭП1), с двусторонним расположением косозубой тяговой передачи (ВЛ80). На всех эксплуатирующихся в России электровозах применяется индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колёсная пара вращается своим ТЭД. Характеристики опытного электровоза с групповым приводом — моноприводом, — построенного в СССР (ВЛ83), оказались хуже характеристик электровозов с индивидуальным приводом, что и обусловило отказ от схемы с моноприводом[11].

Кузов электровоза состоит из рамы, боковых и торцевых стен, кабин машиниста, элементов каркаса и крыши и предназначен для размещения внутри него устройств электрической и пневматической частей, а также постов управления локомотивной бригады. Магистральные электровозы, как правило, имеют кузов вагонного типа, у которого кабины машиниста располагаются по концам и образуют единое пространство с машинным отделением, в то время как маневровые и промышленные зачастую оснащаются кузовом капотного типа с расположенной посередине кабиной управления и двумя капотами по краям, внутри которых размещается оборудование. Односекционные магистральные электровозы, как правило, имеют две симметрично расположенные кабины управления по концам, маневровые и промышленные зачастую имеют иметь только одну кабину управления, смещённую от края к центру. У двухсекционных электровозов головные секции имеют кабину по концам только с одной стороны, а с противоположной располагается торцевая стенка с межсекционным переходом. У трёх- и четырёхсекционных электровозов между головными сцепляются промежуточные секции без кабин управления с межсекционными переходами по обеим концам.

В кузове электровоза размещаются: кабины машиниста, коммутационное оборудование, вспомогательные электрические машины, компрессор и пневматическое оборудование. Всё оборудование электровоза, находящееся под напряжением, опасным для жизни человека, размещается в высоковольтной камере (ВВК) или в закрытых шкафах. Для предотвращения доступа человека в ВВК или шкафы предусмотрена система электромагнитных или пневматических блокировок[12].

Электровоз с вагонами соединяется при помощи автосцепного устройства или винтовой упряжью, в зависимости от региона, где он эксплуатируется[13][14]. На электровозах с сочленёнными тележками (ВЛ8) автосцепка размещается на крайних поперечных балках тележек. На электровозах, имеющих несочленённые тележки, автосцепка устанавливается в раме кузова.

Электрическая часть

Электрическая часть электровоза включает в себя тяговые двигатели, преобразователи тока и напряжения, аппараты, осуществляющие подключение двигателей и вспомогательных машин под напряжение и регулирующие их работу, аппараты управления, вспомогательные машины, токоведущее оборудование, а также приборы освещения, отопления электровоза и электроизмерительные приборы[12].

Токоведущее оборудование
Пантограф и другое электрооборудование на крыше электровоза ЧС4т

Токоведущее оборудование, размещаемое на крыше или капотах электровоза, служит для присоединения электрических устройств электровоза к контактной сети, через которую электровоз получает энергию для своей работы, и подвода питания к электрическим аппаратам локомотива[12]. Для обеспечения токосъёма с контактной сети используются токоприёмники, устанавливаемые на крыше электровоза[1]. Для передачи энергии от токоприёмника к электрическим аппаратам используются токоведущие шины и проходные изоляторы. Также на крыше электровоза устанавливаются различные коммутационные аппараты, такие как главные воздушные выключатели (служат для отключения цепи на электровозах переменного тока), переключатели родов тока (на многосистемных электровозах) и разъединители для отключения от электрической цепи неисправных токоприёмников.

В системе электровоза ток проходит от контактной сети через токоприёмник, затем через токоведущие шины, аппараты защиты и главный ввод подаётся на включающие, преобразующие и регулирующие аппараты, затем поступает в тяговые двигатели или вспомогательные машины, после которых через специальные электрические соединения переходит на колёсные пары и проходит по рельсовой цепи[12].

Преобразователи электрической энергии

Преобразователи электрической энергии служат для преобразования рода тока и понижения входного напряжения контактной сети до требуемых величин перед подачей на тяговые электродвигатели, вспомогательные машины и прочие цепи электровоза. На электровозах переменного тока устанавливается тяговый трансформатор для понижения входного высокого напряжения, а также выпрямительная установка и сглаживающие реакторы для преобразования входного переменного тока в постоянный. Для питания вспомогательных машин могут устанавливаться статические преобразователи напряжения и тока. На электровозах с асинхронным приводом обоих родов тока устанавливаются тяговые инверторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток регулируемого напряжения и частоты, подаваемый на тяговые двигатели.

  • Трансформатор электровоза со снятым защитным кожухом
  • Диодная выпрямительная установка электровоза ВЛ80С
  • Преобразователь частоты и числа фаз для вспомогательных цепей электровоза ЭП1М

Коммутационное и регулирующее оборудование

Коммутационное оборудование электровоза состоит из индивидуальных и групповых контакторов, служащих для выполнения переключений в силовой цепи электровоза и цепях вспомогательных машин. Аппараты коммутации обеспечивают: включение тяговых двигателей и электромашинных агрегатов в работу и их выключение, устанавливают требуемое направление и скорость вращения тяговых двигателей[12]. Аппараты дистанционного управления, установленные в кабине, посредством управляющего воздействия машиниста — приводят в действие приводы управления аппаратов коммутации и тем регулирует работу двигателей и вспомогательных машин[9].

Пульт управления электровоза ЧС7

Регулирование мощности и скорости движения (и тягового усилия) электровоза производится путём изменения напряжения на якоре и коэффициента возбуждения на коллекторных ТЭД или изменением частоты и напряжения питающего тока на асинхронных ТЭД. Регулирование напряжения выполняется несколькими способами:

  • на электровозах постоянного тока — путём переключения групп тяговых двигателей с последовательного соединения (все ТЭД электровоза соединяются последовательно, напряжение на один ТЭД восьмиосного электровоза — 375 В при напряжении в контактной сети 3 кВ) на последовательно-параллельное (2 группы по 4 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 750 В), на параллельное (4 группы по 2 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 1500 В), при этом для получения промежуточных значений напряжения на ТЭД в цепь включаются группы реостатов, что позволяет получить ступени регулирования в 40—60 В, но в то же время приводит к потере части электроэнергии, преобразуемой на реостатах в тепло и выбрасываемой в атмосферу.
  • на электровозах переменного тока — путём переключения выводов вторичной обмотки трансформатора (электровозы ВЛ60, ВЛ80 (кроме ВЛ80р)), путём переключения выводов первичной обмотки трансформатора (электровозы ЧС4, ЧС4Т, ЧС8), путём плавного регулирования напряжения с помощью ВИП (выпрямительно-инверторного преобразователя) (электровозы ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, 2ЭС5К).
  • на электровозах с асинхронным тяговым приводом — путём преобразования постоянного тока в переменный ток регулируемой частоты и напряжения, модулируемого на тяговых инверторах. Данная схема может применяться на электровозах как постоянного, так и переменного тока; на последних она используется с выпрямительно-инверторными преобразователями, осуществляющими первичное преобразование входного переменного тока в постоянный.

Переключение ступеней регулирования осуществляется либо вручную, путём поворота ручки контроллера машиниста, либо автоматически в современных моделях с микропроцессорной системой управления (на основе заданных машинистом скорости движения и максимального тока ТЭД).

  • Групповой реостатный переключатель, отключатель двигателей и реверсор электровоза постоянного тока ВЛ23
  • Переключатель ступеней обмотки трансформатора электровоза переменного тока ЧС4т
  • Блок управляющей электроники электровоза 2ЭВ120 с асинхронным тяговым приводом

Тяговые электродвигатели

Двигатели, приводящие электровоз в движение, называют тяговыми электродвигателями (ТЭД). Тяговые двигатели могут работать также и в режиме генератора. Это свойство используется для электрического торможения. Если электроэнергия, вырабатываемая при вращении ТЭД, гасится на тормозных реостатах, это называется реостатным торможением. Если электроэнергия возвращается в контактную сеть, то такое торможение называется рекуперативным.

  • На первых электровозах тяговые двигатели были очень громоздкими, размещаясь внутри кузова, и приводили в движение несколько колёсных пар. На фото — тележка и тяговый двигатель электровоза EP242
  • На современных электровозах тяговые двигатели размещаются на тележках и приводят индивидуальную колёсную пару через редуктор. На фото — двигатель электровоза 181, снятый с колёсной пары

Вспомогательные машины

Вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, фазорасщепители) служат для получения сжатого воздуха, используемого при действии автоматических тормозов и для приведения в действие аппаратов электровоза, для подачи воздуха, охлаждающего тяговые двигатели во время их работы, для выработки электроэнергии низкого напряжения, используемой при управлении электровозом[12].

  • Мотор-компрессор и блок охлаждения трансформатора в электровозе ЧС4. Справа виден мотор-вентилятор
  • Мотор-компрессор и мотор-генератор в электровозе ВЛ10

Пневматическое оборудование

Пневматическая часть электровоза состоит из компрессорной установки, резервуаров, трубопроводов, пневматических приводов аппаратов, автотормозных устройств и некоторых специальных аппаратов[15].

История электровоза
Электровоз Сименса
Экспериментальный электровоз на железной дороге Pennsylvania Railroad

Попытки использовать электрическую энергию для механической работы предпринимались с начала XIX века. Опыты Б. С. Якоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для создания автономных видов электрической тяги. Одновременно в США, Германии, Франции проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 году Р. Дэвидсон совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 тонн на участке железной дороги Глазго — Эдинбург. В 1845 году профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон — Бладенсбург. При первых поездках опытный электровоз достиг скорости 30 км/ч.

В 1875 году на железной дороге под Сестрорецком Фёдор Аполлонович Пироцкий впервые запустил железнодорожные вагоны на электрической тяге. Спустя пять лет, 22 августа (3 сентября) 1880 года, в городе был пущен вагон с электродвигателем и с питанием через рельсы, однако он не выдержал давления со стороны владельцев конки.

В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л. с., созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 160 В[16].

В декабре 1879 года Вильям Хаммер начал работать помощником в лаборатории Томаса Эдисона и участвовал в экспериментах по созданию электровоза.

В 1881 году первый электрический трамвай, построенный компанией Siemens & Halske, прошёл по железной дороге между Берлином и Лихтерфельдом, при этом первоначально была использована схема питания через два рельса, впоследствии был применён верхний провод.

Локомотив «Ампер», 1883

Важный вклад в создание электровоза внёс американский изобретатель Лео Дафт (англ. Leo Daft)[17]. В 1883 году он построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampère). Эта машина имела массу в две тонны и могла тянуть десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч), а мощность составляла 25 л. с. — значительный прогресс по сравнению с самым первым электровозом Сименса. После «Ампера» Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti). Позднее Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города и очень капризной в эксплуатации.

Тем не менее электрическая тяга оказалась очень эффективной, и уже к 1900 году во многих странах появляются электрические локомотивы, пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототип электропоездов) и трамваи.

В октябре 1903 года поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/ч на участке между Мариенфельде и Цоссеном в районе Берлина.

Узкоколейный электровоз ведёт поезд в горной местности. Германия, 1931 год

Первым в мире был электрифицирован 6-километровый участок на железной дороге Балтимор — Огайо в 1895 году. На нём электроэнергия подводилась к электровозу по третьему рельсу. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было 650 В. Первая железнодорожная линия, электрифицированная на всём своём протяжении (106 км) появилась в Италии в 1902 г.

Во Франции и Англии в 20-х годах XX столетия электрифицировали дороги на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В, в настоящее время только 1500 вольт во Франции и 750 вольт с питанием через контактный рельс на юге Англии. В Бельгии был принят постоянный ток напряжением 3000 В.

История электровоза в России
Электровоз Cc

16 июня 1913 года у станции Стрельна состоялась торжественная закладка первой в России электрической железной дороги. Линия должна была начинаться у Нарвских ворот в Санкт-Петербурге, а заканчиваться в селе Красная горка за Ораниенбаумом. Было создано акционерное общество с капиталом 8 миллионов рублей[18].

Нехватка в СССР паровозного парка в 1920-е годы, электрификация страны по плану ГОЭЛРО и наличие в стране трудных по профилю участков заставили всерьёз заняться проектированием и строительством электровозов. Первым участком, электрифицированным в СССР, был Баку — Сабунчи, но там электрификация строилась под пригородное движение[19][20].

26 августа 1929 года прошла первая электричка по электрифицированному участку пути от Москвы до Мытищ[20].

Следующим участком стал Сурамский перевал (Хашури — Зестафони). Этот участок Поти-Тифлисской железной дороги был построен в 1872 году, имел первоначально подъёмы до 46 ‰ (то есть на километр пути приходилось 46 метров подъёма), в 1890 году были проведены работы по смягчению профиля участка до 29 ‰.

Работы по электрификации Сурамского перевального участка были начаты в 1928 году, тогда же НКПС начал искать возможность размещения заказа на электровозы для этого участка. Были получены предложения от 6 иностранных фирм. НКПС свой выбор остановил на предложениях Дженерал Электрик (США) и Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri (Италия). С этими фирмами и был заключён контракт на поставку электровозов. Дженерал Электрик должна была поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными ТЭД, а на 6 других ТЭД производства московского завода «Динамо» должны были установить уже в СССР. Итальянской фирме было заказано 7 электровозов.

В 1932 году построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури, где получили обозначение серии С10. 2 августа 1932 года прошла первая обкатка магистрального электровоза на участке Хашури — Лихи. 16 августа 1932 года состоялось торжественное открытие электрифицированного участка — пассажирский поезд провёл электровоз С10-03. После этого была начата штатная эксплуатация электровозов с поездами.

В 1929 году на заводе «Динамо» и Коломенском заводе началась подготовка производства электрического оборудования и механической части электровозов. К 1 мая 1932 года завод «Динамо» выпустил два первых тяговых электродвигателя ДПЭ3-340 (Динамо, Постоянного тока, Электровозный, 340 — мощность часового режима в кВт). В августе 1932 года с Коломенского завода поступила механическая часть электровоза. Собранный электровоз получил серию Сс (Сурамский Советский) и был обкатан в ноябре 1932 года на Северных железных дорогах.

Электровоз ПБ21 — один из первых пассажирских электровозов

С 15 марта 1932 года начато рабочее проектирование электровоза постоянного тока, впоследствии получившего серию ВЛ19. 6 ноября 1932 года первый отечественный электровоз был выпущен и также поступил для испытаний на Сурамский участок. Электровоз серии ВЛ22 начали проектировать в первой половине 1938 года, а уже в сентябре 1938 года первый электровоз этой модели был выпущен. Великая Отечественная война прервала выпуск электровозов, но уже в июне 1944 года завод «Динамо» начал сборку последнего своего электровоза ВЛ22-184. После этого электровозы начал строить Новочеркасский электровозостроительный завод, созданный на месте разрушенного в годы войны паровозостроительного завода. Первый новочеркасский электровоз — ВЛ22-185 — был выпущен в июне 1946 года.

Начинается электрификации железных дорог на некоторых железнодорожных узлах СССР.

В марте 1953 года был выпущен первый спроектированный НЭВЗом электровоз — Н8 (Новочеркасский восьмиосный). С января 1963 года данная серия получает обозначение ВЛ8 (буквы ВЛ в названии всех серий электровозов — от инициалов Ленина). Всего было выпущено 1715 ед. электровозов этой модели. Эта модель стала первой по-настоящему массовой.

Первый в СССР электровоз переменного тока ОР22

В 1954 году НЭВЗ изготавливает по своему проекту два опытных электровоза переменного тока, первоначально получивших обозначение НО (Новочеркасский Однофазный), — с января 1963 года название этой модели было заменено на ВЛ61. Электровозы, которых было построено в 1954—1958 годах 12 ед., поступают для эксплуатации на участок Ожерелье — Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги, работы по электрификации которого на переменном токе были проведены в 1955—1956 годах.

На XX съезде КПСС было принято решение о начале массового внедрения на советских железных дорогах тепловозной и электровозной видов тяги, а также о прекращении строительства паровозов. В том же году крупнейшие в СССР паровозостроительные заводы, Коломенский и Ворошиловградский, выпустили свои последние паровозы — пассажирский П36-251 и грузовой ЛВ-522 соответственно. Вместо них указанные заводы перешли на выпуск тепловозов ТЭ3[21].


Однако дефицит электровозов продолжал ощущаться. В связи с этим на 1956 год, наряду с приобретением тепловозов в Австрии, было запланировано приобретение в Чехословакии двух магистральных электровозов (фактически они были поставлены в 1957 году)[22].

Постановлением Совета министров СССР № 1106 от 3 октября 1958 года на сети железных дорог СССР было начата электрификация на переменном токе. За 1959—1960 год новая система была введена на линиях протяжённостью 1220 км[23].

В начале 1959 года прошёл внеочередной XXI съезд КПСС. Решениями съезда было намечено проведение коренной технической реконструкции железнодорожного транспорта путём замены паровозов экономичными локомотивами — электровозами и тепловозами[1]. В этой связи в СССР были интенсифицированы разработки новых моделей электровозов, увеличивались производственные мощности для их серийного выпуска.

В 1961 году Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ) выпустил первый электровоз Т8 по своему проекту. По доработанному в результате испытаний проекту в 1961 году завод изготовил второй электровоз этой модели. В 1963 году электровозы получают новое обозначение — ВЛ10. Электровозы ВЛ10 строились в Новочеркасске (1969—1976) и Тбилиси (1961—1977), — всего выпущено 1799 электровозов. Механическую часть для первых 20 ВЛ10, собиравшихся в Тбилиси, изготовил Луганский завод, а для всех других ВЛ10 изготавливал НЭВЗ.

Электровозы железных дорог бывшего СССР

Основные грузовые электровозы
СССР и России
ВЛ19
ВЛ22м
ВЛ23
ВЛ8м
ВЛ10
ВЛ11
ВЛ15с
ВЛ41
ВЛ61
ВЛ60п
к
ВЛ65
ВЛ80К
ВЛ80С
ВЛ82м
ВЛ85
Ф
2ЭС4К
3ЭС5К
Э5К
2ЭС5
2ЭС6
2ЭС7
2ЭС10
2ЭВ120

В СССР массово выпускались грузовые электровозы:

Основные пассажирские электровозы
СССР и России
ЧС1
ЧС2
ЧС2к - модернизация ЧС2
ЧС2т
ЧС3
ЧС4
ЧС4 после КВР и ВЛ40У
ЧС4т
ЧС6
ЧС7
ЧС8
ЭП1
ЭП1М
ЭП2К
ЭП200
ЭП10
ЭП20

Кроме того, в СССР импортировались пассажирские электровозы из Чехословакии:

  • постоянного тока: ЧС1 (102 штуки, годы выпуска 1957—1960), ЧС2 (944 шт., 1963—1973), ЧС2м (2 шт., 1965), ЧС2т (119 шт., 1972—1976), ЧС3 (87 шт., 1961), ЧС200 (12 шт., 1974—1979), ЧС6 (30 шт., 1979—1981), ЧС7 (291 шт., 1981—2000)
  • переменного тока: ЧС4 (230 штук, годы выпуска 1965—1972), ЧС4т (510 шт., 1971—1986), ЧС8 (82 шт., 1983—1989);

Из Франции:

  • переменного тока: Ф (50 шт., годы выпуска 1959—1960);

И из Германии:

  • переменного тока: К (20 шт., годы выпуска 1959—1961, эксплуатировались в депо Батайск Северо-Кавказской ЖД до 1976 г.)

В настоящее время в России серийно выпускаются грузовые и пассажирские электровозы как постоянного (пассажирские ЭП2К; грузовые 2ЭС4К, 2ЭС6, 2ЭС10), так и переменного тока (пассажирские ЭП1М, ЭП1П; грузовые 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К). Выпущена партия двухсистемных пассажирских электровозов ЭП10 (12 единиц), продолжается выпуск пассажирских двухсистемных электровозов ЭП20. Официальные результаты опытной эксплуатации ЭП10 не опубликованы, однако существует ряд негативных мнений в СМИ[24][25][26]. Кроме большого ряда недоработок, свойственного для опытных электровозов, причиной частой отставки от эксплуатации послужили выходы из строя тяговых электродвигателей.

Ведётся производство магистрального грузовых электровозов переменного тока 2ЭС5 и 2ЭС7 в рамках программы создания электровозов нового поколения. С 2018 года вместо 2ЭС5 планируется производить электровоз 2ЭС5С, являющийся аналогом 2ЭС5К по механической и 2ЭС5 по электрической части, но с применением отечественного электрооборудования. Второй проект — двухсистемный пассажирский ЭП20 — уже закончен и пошёл в серию.

Список всех серийных электровозов:

ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23, ВЛ60, ВЛ80, ВЛ82, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП2К, ЭП10, ЭП20, Э5К, 2ЭС4К, 2ЭС5, 2ЭС5К, 2ЭС6, 2ЭС7, 2ЭС10, 2ЭС20, 3ЭС5К, ЧС1, ЧС2, ЧС3, ЧС4, ЧС6, ЧС7, ЧС8, ЧС200.

Список опытных и малосерийных электровозов:

ВЛ12, ВЛ40, ВЛ61, ВЛ62, ВЛ81, ВЛ83, ВЛ84, ВЛ86ф, ЧС5, KZ4A, ЭП200, 2ЭС5С, 3ЭC5C,

Электровозы узкой колеи

Основные узкоколейные электровозы
СССР и России
II-КП2А
К10
К10 (модернизация)
КН10 колеи 600 мм
К14М
14КР
ЧС11
ПЭУ1
ПЭУ2

В СССР также выпускались и эксплуатировались электровозы, предназначенные для эксплуатации на железных дорогах узкой колеи.

Для работы на электрифицированных УЖД были разработаны и выпускались электровозы узкой колеи. Основным производителем таких электровозов был Днепропетровский электровозостроительный завод, для торфяной промышленности электровозы и электротепловозы выпускал Демиховский завод в г. Орехово-Зуево, некоторое количество электровозов для УЖД было приобретено за рубежом, в частности в Чехословакии.

Хронологически производство и эксплуатацию электровозов для узкой колеи в СССР можно разделить на два периода: довоенный и послевоенный. Довоенный период был связан в основном с импортом узкоколейных электровозов (заводов Baldwin, AEG, Маффей-Шварцкопф) и созданием опытных образцов в СССР (завод «Динамо»). Послевоенный связан с началом массового серийного производства таких локомотивов (К-10, К-14, П-КО-1, ЭТу-4, ЭКоу-4, ЭД-16, ЭД-18, ЭЛ-1, ЭЛ-2I0-КП, II-КП-2А/2Б, II-КП-3А, ТЭУ-1, ПЭУ1, ПЭУ2, ЧС11).

Украина

В 1995 году по заказу Государственной администрации железнодорожного транспорта Украины на базе Днепропетровского электровозостроительного завода (ныне НПК «Электровозостроение») выпущен первый украинский электровоз постоянного тока серии ДЭ1. Локомотив предназначен для вождения грузовых поездов. Электровоз ДЭ1 — двухсекционный. Мощность электровоза — 6250 кВт, конструкционная скорость — 110 км/ч. Всего до 2008 года выпущено 40 электровозов данного типа, которые эксплуатируются на Приднепровской железной дороге (депо Нижнеднепровск-Узел) и Донецкой железной дороге (депо Красный Лиман)[27], постепенно вытесняя электровозы серии ВЛ8. Производство локомотивов продолжается. В 2001 году электровоз ДЭ1-008 проходил испытания на горных магистралях Львовской железной дороги. Однако ввиду сложностей его эксплуатации в горных условиях локомотив был передан на Донецкую дорогу. На данный момент два опытных образца электровоза — ДЭ1-001 и ДЭ1-002 — списаны. Одна секция электровоза ДЭ1-002 сохранена для экспозиции музея железнодорожной техники.

В 2002 году НПК «Электровозостроение» выпустил первый электровоз переменного тока с асинхронным приводом серии ДС3, предназначенный для вождения пассажирских поездов, конструкционная скорость локомотива — 160 км/ч[28]. Разработка локомотива осуществлялась совместно с немецкой фирмой Siemens. Электровозы серии ДС3 призваны заменить локомотивы чешского производства ЧС4, ЧС8, отработавшие в большей части свой ресурс.

Луганским тепловозостроительным заводом выпускался грузовой электровоз 2ЭЛ5. Данный электровоз способен развивать скорость до 120 км/ч и отличается экономичным расходом электроэнергии[29]. Фактически этот электровоз — импортированный 2ЭС5К, на который установлен иной блок кабины. В связи с закрытием Луганского завода в настоящее время не производится.

Казахстан

В 2010—2011 году планируется создание сборочного производства электровозов на площадях Атбасарского электровозоремонтного завода. Сейчас[когда?] на этом заводе модернизируют электровоз ВЛ80 путём полной замены старой контакторной группы на электронно-импульсную, люлечного подвешивания кузова на пружины «ФЛЕКСИКОЙЛ», поршневого компрессора КТ6 на винтовой «КНОР-БРЕМЗЕ», устанавливают новые: современный главный выключатель и токосъёмные полупантографы, устанавливают схему поосного регулирования тяги, переводят ТЭДы НБ418 с F-изоляции на H-изоляцию, улучшают дизайн кабины внешне и внутри, оснащают её климатической установкой и так далее. Кроме того, на базе 1 грузового электровоза ВЛ80 собирают 2 отдельных универсальных электровоза ВЛ40У. 4 декабря 2012 года в Астане АО «Национальная компания „Қазақстан темір жолы“» совместно с компанией ЗАО «Трансмашхолдинг» и компанией Alstom Transport запустило электровозостроительный завод. Завод выпускает электровозы KZ8A, разработанный компанией Alstom Transport[30].

Электровозы других стран мира

Северная Америка
Электровоз AEM-7

США были пионерами в электровозостроении и электрификации железных дорог, и в 20—30-х гг. XX века являлись страной с самым развитым производством электровозов. Основной компанией-производителем американских электровозов была Дженерал электрик. Но дальнейшее развитие и совершенствование дизелестроения и особенности эксплуатации железных дорог США приостановили дальнейшее развитие электровозов и электрификации в США. В результате производство электровозов сошло на нет, так как импорт электровозов из-за рубежа был более рентабельным (по причине ограниченной потребности в них), нежели налаживание собственного производства.

В результате с 1970-х гг. практически все вновь поступающие в эксплуатацию электровозы — импортные, и только небольшая часть МВПС (моторовагонного подвижного состава), производилась в самих США и зачастую по иностранным лицензиям. Основным поставщиком новых электровозов в США за это время стала шведская компания ASEA (ныне являющаяся подразделением канадской компании Bombardier). По её же лицензии производилась большая часть электроподвижного состава в США.

В Канаде производителем электровозов является компания Bombardier.

Европа
Двухсекционный электровоз ET40 (производство Škoda Works) на PKP

Производителями электровозов в Европе являются корпорации Alstom, ADtranz, Bombardier, Škoda, Siemens AG (например, BR 185, E44, E64. Производство электровозов осуществляется в Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Испании, Великобритании, Турции, Чехии, Польше. На Европу приходится большая часть всех электрифицированных железных дорог в мире, соответственно в Европе же электровозостроение получило наибольшее развитие. Производство электровозов в Европе покрывает не только внутриевропейские потребности в данных типах локомотивов, но и составляют большую часть всего общемирового экспорта электровозов.

На электрифицированных железных дорогах Европы вследствие присутствия разных видов электрификации используются электровозы различных систем питания и напряжения: Нидерланды — 1500 В, Бельгия, Италия, Польша, Россия, Испания — 3000 В, Великобритания — 750 В.

Азия

Электровозы в странах Азии производятся в Японии, Южной Корее, Индии, Китае и КНДР. (На железных дорогах прочих азиатских странах электротяга широкого распространения не получила.) Кроме указанных стран, электрическая тяга получила развитие в Казахстане, Узбекистане, Иране, но собственного производства ЭПС в этих странах нет. Например, Казахстан значительную часть электровозов импортирует из Франции.

Япония

Электрифицированные железные дороги получили широкое распространение в Японии. Хотя используются такие дороги в основном для пассажирских перевозок с помощью высокоскоростных поездов Синкансэн, имеет место и грузовое движение на электрической тяге. В Японии электровозы производят концерны: Hitachi, Kawasaki, Mitsubishi и Toshiba Electric.

Китай
Современный двухсекционный грузовой электровоз HXD3G с асинхронными двигателями мощностью 1600 кВт каждый (суммарная мощность — 12 800 кВт) — один из самых мощных в мире по удельной мощности секций

На 1995 год в Китае лишь 88,5 % от объёма перевозок было выполнено тепловозами и электровозами, 11,5 % всё ещё составляют перевозки, выполненные паровозами[31]. Производством электровозов в Китае занимается корпорация LORIC (завод расположен в Чжучжоу).

На 1999 год выпускались: SS3 с фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях, SS4 — двухсекционные восьмиосные для вождения тяжёлых составов (также с фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях), SS6B с двухсегментным бесступенчатым фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях и SS7 с таким же регулированием напряжения и тремя двухосными тележками для работы на линиях с большим числом кривых малого радиуса.

Пассажирские электровозы SS6 и SS8, разработанные в 1990-х годах, имеют опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей и тяговую передачу с полым валом.

Все выпускаемые в Китае электровозы в соответствии с принятой на китайских электрифицированных железных дорогах системой тягового электроснабжения рассчитаны на питание от сети переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50/60 Гц.

В 2004 году Китай начал поставку партии из 12 электровозов в Узбекистан. В Казахстан были отправлены 3 экспериментальных универсальных электровозов KZ4A. В 2008 году Китаем отправлено в Казахстан ещё 2 электровоза серии KZ4A.

Другие страны

Австралия
Электровозы 3102 и 3255 железных дорог Квиснленда с грузовым поездом

Начиная с 1919 года начата электрификация на пригородных участках. Первым был электрифицирован на постоянном токе 1500 В участок железной дороги вблизи Мельбурна. По той же системе был электрифицирован участок вблизи Сиднея в 1926 году. Значительно позднее, в 1979 году на переменном токе 25 кВ были электрифицированы пригородные участки Брисбена и Перта.

В 1980-е годы была электрифицирована на переменном токе также часть линий, задействованных для грузовых перевозок (главным образом для перевозки угля). Для перевозок использовались четырёхосные электровозы Victorian Railways E class и Victorian Railways L class.

Из общей протяжённости железных дорог континента 41 300 км электрифицированы на 2000 год всего 2540 км или всего 6,1 %[32].

Новая Зеландия

По лицензии английской компании English Electric было освоено производство электровозов в Новой Зеландии, позднее электровозостроение в Новой Зеландии развивалось на основе кооперации с иностранными компаниями, в основном с британскими, австралийскими и японскими.

Африка
Электровоз 9E переменного тока напряжения 50 кВ — наибольшего из применяемых на железных дорогах. Ввиду сравнительно небольших габаритов локомотива колеи 1067 мм при большом значении напряжения крышевое оборудование размещено на заниженной части

Электрификация получила слабое развитие на железных дорогах африканского континента. Единственная африканская страна с большой протяжённостью электрифицированных железных дорог — Южно-Африканская Республика.

Кроме ЮАР, электрифицированные железные дороги имеются в Намибии, Зимбабве, Замбии, Заире, Марокко, Тунисе, Алжире, Египте. Но, не считая Марокко, на электрифицированных железных дорогах вышеуказанных стран объём перевозок незначителен по сравнению с тепловозной тягой.

Промышленное производство электровозов имеется в ЮАР, мелкосерийное производство электровозов по иностранным лицензиям налажено и в Зимбабве.

Преимущества и недостатки электровозов

Как и другим типам локомотивов, электровозам присущи как преимущества, так и недостатки.

Преимущества:

  • Электровоз — экологически чистый локомотив. Сам по себе электровоз не создаёт выбросов в атмосферу, как это делают тепловоз и особенно паровоз. По причине «чистоты» массовое применение электровозов началось именно на тоннельно-перевальных участках, где паровозный дым существенно затруднял работу. И даже с учётом загрязнений от ТЭС, которые вырабатывают электроэнергию для тяговых подстанций, электровоз значительно чище тепловозов.
  • Электровоз при тех же габаритах, массе и технологическом уровне имеет значительно большую мощность, чем тепловоз, а тем более, паровоз. Например, двухсекционный двенадцатиосный электровоз ВЛ85 имет мощность 10000 кВт, а равный ему по массе и числу осей тепловоз 2ТЭ116 — всего 4500 кВт.
  • Высокий КПД. Даже с учётом КПД электростанций и энергосетей полнота использования теплоты сгораемого топлива в системе «ТЭЦ — энергосистема — электровоз» выше, чем для тепловоза, а тем более для паровоза. При питании электровозов от ГЭС, АЭС, ГеоТЭС, гелиоэлектростанций КПД ещё выше.
  • Конструкция электровоза, особенно современного, с электронным управлением тяговыми двигателями, проще конструкции тепловоза.
  • Электровоз не несет на себе устройств, аккумулирующих значительное количество энергии, по этой причине он значительно менее пожаро- и взрывоопасен, по сравнению с тепловозом (имеющим топливные баки большой емкости) и, особенно, паровозом, имеющем взрывоопасный котёл.
  • Среди всех локомотивов электровозы характеризуются наиболее простым управлением (кроме старых электровозов постоянного тока с РКСУ первого поколения, где необходимо выдерживать ходовые позиции) и лучше всего поддаются автоматизации. По этой причине системы автоведения поездов впервые стали применять именно на электровозах.
  • Достижимы высокие скорости движения, рекорд скорости (на сентябрь 2006 года) — 357 км/ч[33].
  • Экипированный электровоз готов к поездке сразу же после поднятия токоприемника в любое время года. Тепловоз нуждается в длительной процедуре запуска и прогрева дизельного двигателя, особенно зимой, а подготовка холодного паровоза к первому рейсу занимает около 8 часов.

Недостатки:

  • Для эксплуатации электровозов требуется сложная инфраструктура: контактная сеть, тяговые подстанции — по этой причине электровозы экономически выгодно использовать только в качестве магистральных локомотивов на железных дорогах с большим трафиком. (Маневровые электровозы рентабельно использовать только на крупных электрифицированных станциях.)
  • Повышенная электрическая опасность как самого электровоза, так и электрифицированных железнодорожных путей. Особенно при использовании электрификации на переменном токе высокого напряжения.
  • Повышенная, как и у тепловозов с электротрансмиссией, металлоёмкость электрооборудования. Особенно это относится к электровозам переменного тока, имеющим тяговый трансформатор и старым электровозам с РКСУ. У современных электровозов металлоемкость существенно снижена.
  • Электровозы, особенно мощные, являются сильными источниками электромагнитных помех и создают сильно неравномерную нагрузку на питающую сеть.
  • Мощность одного электровоза типа ВЛ80 сопоставима с мощностью, потребляемой примерно 1500 квартирам. Поэтому применение электровозной тяги существенно ухудшает качество энергоснабжения населённых пунктов, питаемых от одной ЛЭП с железной дорогой: возникает дефицит мощности, возникают значительные колебания напряжения сети.
  • Ограниченность ресурса мощности тяговых подстанций и контактной сети не позволяет увеличивать размер движения по участку на электрической тяге, даже если это позволяет путевая инфраструктура и СЦБ. Поэтому на электрифицированных линиях с большими размерами движения часть поездов приходится водить тепловозами, например, на восточной части Транссиба, где тяговые подстанции расположены достаточно редко.
  • Сложность постановки в депо — требуется маневровый локомотив. В зданиях депо, по соображениям безопасности, часто отсутствует контактный провод — это ещё одна причина, по которой электровоз целесообразно использовать только в качестве магистрального локомотива.

Производители электровозов
Электровоз 2ЭС5К в цеху Новочеркасского завода при сборке. Сбоку от него видны трансформаторы

Заводы, ремонтирующие электровозы
Электровозы ЭП2К и ВЛ80С на территории Ярославского электровозоремонтного завода

См. также

Примечания
  1. Сидоров Н.И., Прудыус А.С. Как устроен и работает электровоз. — М.: Трансжелдориздат, 1959.
  2. Раков В.А., Пономаренко П.К. Общее описание электровоза // Электровоз. — 1955. — С. 5—6.
  3. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 8.
  4. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 7.
  5. Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Конарев Н.С.. — М., 1994. — С. 472—474. — 559 с.
  6. Измеров О.В. Классификации тяговых приводов по динамическим свойствам для задач проектирования рельсовых экипажей. История тягового привода. Дата обращения: 14 июля 2018.
  7. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 7, 8.
  8. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 8, 9.
  9. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 5.
  10. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 5, 6.
  11. Раков В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976—1985. — М.: Транспорт, 1990. — С. 18—20.
  12. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 6.
  13. Автосцепные устройства нового поколения для пассажирского подвижного состава : журнал. — 2002. — №  6.
  14. Большая Советская энциклопедия. / Введенский Б.А.. — 2-е изд.. — 1951. — Т. 8. Вибрафон — Волово. — С. 137—138. — 648 с.
  15. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока, 1959, с. 6, 7.
  16. Сотников Е. А. Железные дороги мира из XIX в XXI век. — М., 1993. — С. 40—41. —  200 с.
  17. The Daft Electric Railway (англ.). Manufacturer and Builder (декабрь 1883). Дата обращения: 14 июля 2018.
  18. Закладка I-ой электрической дороги // Вестник Забайкальской железной дороги : журнал. — 1913. — 17 августа (№ 33). — С. 4.
  19. История железнодорожного транспорта. Электровозы. История железных дорог. Дата обращения: 14 июля 2018. Архивировано 30 апреля 2008 года.
  20. Как устроен и работает электровоз, 1988, с. 17.
  21. Раков В.А. Введение. Последние паровозы // Локомотивы отечественных железных дорог 1845—1955. — М.: Транспорт, 1999. — С. 9—10. — ISBN 5-277-02012-8.
  22. Из отчёта Главного управления материально-технического обеспечения МПС СССР в МПС о реализации плана импортных поставок подвижного состава железнодорожному транспорту СССР за 1957 г. // Железнодорожный транспорт СССР 1956—1970 гг. (сборник документов). — М.: Эрга. — 550 с.
  23. Докладная записка Министерства путей сообщения СССР и Министерства транспортного строительства СССР в Совет министров СССР об организации защиты линий связи в связи с широким внедрением на железных дорогах электрической тяги по системе переменного тока // Железнодорожный транспорт СССР 1956—1970 гг. (сборник документов). — М.: Эрга. — 550 с.
  24. Чернов. Д. ЭП10 — выкидыш завода НЭВЗ // «Локотранс» : журнал. Архивировано 26 марта 2010 года.
  25. Шугаев А. Локомотивы вернули изготовителям. ИД «Гудок» (20 февраля 2007). Дата обращения: 14 июля 2018. Архивировано 1 июня 2011 года.
  26. Несоблюдение государственных стандартов — уголовное преступление. ИД «Гудок» (2 марта 2007). Дата обращения: 5 января 2018. Архивировано 1 июня 2011 года.
  27. ДЭ1 — Электровозы, Магистральные . Trainclub.ru. Дата обращения: 14 июля 2018.
  28. Электровоз ДС3. Pharaon@ua. Дата обращения: 14 июля 2018.
  29. В Луганске презентован грузовой электровоз «2ЭЛ5». CityNews (27 января 2006). Дата обращения: 14 июля 2018.
  30. В Казахстане запустили электровозостроительный завод. Meta.kz (4 декабря 2012). Дата обращения: 14 июля 2018.
  31. Подвижной состав железных дорог Китая // Железные дороги мира. — 1999. — №  6.
  32. Железная дорога на Австралийском континенте. ЖД Тернополь. Дата обращения: 14 июля 2018.
  33. Demonstrator 1216 050: becoming the world record holder (англ.). RailColor. Дата обращения: 14 июля 2018.

Литература
  • Сидоров Н. И., Сидорова Н. Н. Как устроен и работает электровоз. — М.: Транспорт, 1988. — 223 с. — 70 000 экз. — ISBN 5-277-00191-3.
  • Витевский И. В., Чернявский С. Н. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока. — М.: Трансжелдориздат, 1959. — 495 с.
  • Калинин В. К., Михайлов Н. М., Хлебников В. Н. Электроподвижной состав железных дорог. — М.: Транспорт, 1972. — 536 с.
  • Костюковский М. А. Управление электропоездом и его обслуживание. — М.: Транспорт, 1980. — 208 с.
  • Баранов Б. К., Калинин В. К., Карцер М. А. Магистральные электровозы. Электрические аппараты и схемы. — М.: Машиностроение, 1969. — 367 с.
  • Бочаров В. И., Попов В. И., Тушканов В. И. Магистральные электровозы переменного тока. — М.: Транспорт, 1976. — 480 с.
  • Осипов С. И. Основы электрической и тепловозной тяги. — М.: Транспорт, 1985. — 408 с.
  • Розенфельд В. Е., Исаев И. П., Сидоров Н. Н. Теория электрической тяги. — М.: Транспорт, 1983. — 328 с.


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.