1. Общие сведения об электрифицированных железных дорогах

Первое знакомство с электровозом

Электровозом называют локомотив, приводимый в движение электрическими двигателями, которые получают электрическую энергию через токоприемник от контактной сети, подключенной к тяговой подстанции. В зависимости от рода используемого тока различают электровозы постоянного тока и электровозы переменного тока. В редких случаях электровоз питается от аккумуляторов (так называемые контактно - аккумуляторные электровозы), установленных на нем же. Электровозы имеют сложное механическое, электрическое и пневматическое оборудование.

К механической части электровоза относятся кузов, рамы тележек, колесные пары, тяговый привод, рессорное подвешивание, тормозное оборудование. Кузов электровоза специальными опорами (рис. 1), а иногда и рессорами опирается на рамы тележек. Отечественные электровозы имеют две или четыре тележки. При двух тележках в каждой из них устанавливают три колесные пары (шестиосные электровозы), при четырех тележках - две колесные пары (восьмиосные электровозы). Рессорами и буксами с подшипниками рамы тележек связаны с колесными парами. Благодаря рессорам уменьшается воздействие электровозов на путь, меньше изнашивается оборудование электровоза, так как снижается сила ударов, воспринимаемых им при прохождении стыков и неровностей пути.

Рис. 1. Схематическое устройство электровоза

Колесные пары электровозов, эксплуатируемых на отечественных дорогах, приводятся во вращение двигателями, называемыми тяговыми. Валы двигателей соединяют с осями колесных пар зубчатыми передачами (редукторами). Колесные пары, приводимые во вращение тяговыми двигателями, называют движущими.

Широкое применение получил индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колесная пара приводится во вращение своим тяговым двигателем. Такой привод осуществлен на всех электровозах, эксплуатируемых в СССР. Однако один тяговый двигатель c помощью специального редуктора может приводить во вращение, например, две колесные пары - это так называемый монопривод. В Советском Союзе построен опытный электровоз с моноприводом.

Электрическая часть электровозов, кроме тяговых двигателей, содержит множество различных аппаратов, предназначенных для пуска тяговых двигателей, изменения скорости и направления движения локомотива, электрического торможения, защиты оборудования от перегрузок, перенапряжений и токов короткого замыкания. Конструкция этих аппаратов зависит от рода используемого тока, но, как и тяговые двигатели, они находятся под высоким напряжением^*. Поэтому управляют ими обычно дистанционно (на расстоянии) - из кабины машиниста.

^* (В соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей, разработанными Министерством энергетики и электрификации СССР, по условиям электробезопасности различают электроустановки напряжением до 1000 В включительно и электроустановки напряжением свыше 1000 В. Однако с учетом характера книги и для краткости изложения будем пользоваться терминами "высокое напряжение" (в силовых цепях и цепях вспомогательных машин) и "низкое напряжение" (в цепях управления, сигнализации, освещения и т. д.).)

Это система косвенного управления. Она применена на всех отечественных магистральных электровозах. В качестве источника тока низкого напряжения при такой системе управления используют генераторы управления или полупроводниковые преобразователи, а для получения сжатого воздуха - компрессоры. От генераторов управления, кроме низковольтных аппаратов, получают энергию приборы освещения и заряжается аккумуляторная батарея. Воздух, сжимаемый компрессорами, используется также для приведения в действие пневматических (воздушных) тормозов локомотива и состава.

Тяговые двигатели, часть электрических машин и аппаратов, выделяющих при работе значительное количество тепла, охлаждают потоками воздуха, создаваемыми вентиляторами. Мощные трансформаторы на электровозах переменного тока охлаждают маслом, циркуляция которого обеспечивается центробежными насосами.

Вентиляторы, компрессоры и насосы (вспомогательные механизмы) на электровозах приводятся в действие отдельными электрическими двигателями (моторами). Агрегат, состоящий из вспомогательного механизма и мотора, представляет собой вспомогательную машину и называется соответственно мотор-вентилятором, мотор-компрессором, мотор-насосом. К вспомогательным машинам относятся и генераторы тока управления, которые обычно отдельных двигателей не имеют и их устанавливают на одном валу с каким-либо вспомогательным двигателем (например, с расщепителем фаз).

Известно, что электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать в качестве как двигателей, так и генераторов. На многих электровозах при движении по спуску, а в некоторых случаях и перед остановками тяговые двигатели переключают для работы в качестве генераторов. При этом кинетическая и потенциальная энергия, запасенная в поезде, преобразуется в электрическую и передается в контактную сеть. Этот процесс называется рекуперацией электрической энергии. Вследствие рекуперации осуществляется электрическое торможение поезда. На части электровозов электрическая энергия, вырабатываемая в генераторном режиме работы, поглощается в резисторах^*, превращаясь в тепловую. Такой способ электрического торможения называют реостатным. Чтобы осуществить рекуперацию, на электровозах постоянного тока устанавливают специальные мотор-генераторы для возбуждения тяговых двигателей, без которых они не могут устойчиво работать как генераторы.

^* (В соответствии с действующей терминологией ранее широко использовавшийся термин "сопротивление" заменен, термином "резистор". Резистор - это изделие, а сопротивление - физическая величина, так же как и конденсатор - изделие, а емкость - физическая величина.)

Электрическое оборудование электровозов, работающее под высоким напряжением, объединено в две электрические высоковольтные цепи - силовую, включающую в себя тяговые двигатели, пусковую и регулирующую аппаратуру, и вспомогательных машин со своей аппаратурой. Низковольтные электрические аппараты, с помощью которых управляют аппаратами силовой и вспомогательных цепей, объединены в отдельную цепь - цепь управления.

Основным аппаратом цепи управления является контроллер машиниста. Контроллер машиниста и некоторые другие низковольтные электрические аппараты размещены в кабине машиниста.

Пневматическое оборудование электровоза состоит из компрессоров, резервуаров для хранения сжатого воздуха, трубопроводов, пневматических приводов электрических аппаратов.

Все локомотивы, в том числе и электровозы, обязательно имеют автоматические тормоза, приводимые в действие сжатым воздухом, и ручные.