Чем отличаются электровозы на переменном и постоянном токе
Почему РЖД мечтает отказаться от 3000V постоянного тока в пользу 27000V переменного?
Опубликовано 15.08.2019 · Обновлено 04.02.2021
Эра постоянного тока на железной дороге началась с самого появления подвижного составов на электрической тяге. На тот момент тяговые электродвигатели (собственно рабочие лошади электротяги) использовали для своей работы только постоянный ток. Человечеству уже были известны двигатели переменного тока, как асинхронные так и синхронные, вот только из-за сложной системы управления их использование для нужд любого вида транспорта было вопросом наглухо закрытым. А двигатели постоянного тока легко управлялись как в диапазоне скоростей так и в диапазоне мощностей.
Максимальное напряжение, пригодное для использования в узлах двигателей постоянного тока, а именно в щеточном аппарате коллектора, составляло около 3000 Вольт, что и было принято за максимальное напряжение для контактной сети. Дальнейшее повышение напряжение приводило бы к совсем скорому износу электродвигателей.
Почему я собственно заговорил вдруг о повышении напряжения, как известно и сейчас электровозы тягают тысячетонные составы именно на этом напряжении, и ничего? А дело все в том, что электрическая мощность является величиной, находящейся в прямой зависимости от напряжения или силы тока в контактной сети (P=U*I). C ростом грузоперевозок и числа пассажирских поездов, возрастала и потребность в мощности контактной сети, а ввиду того, что напряжение более 3000 Вольт повышать, как мы уже выяснили, невозможно, остается эту мощность увеличивать за счет повышения силы тока. С ростом последней ложится огромная нагрузка на инфраструктуру контактной сети — это и провода с постоянно увеличивающимся сечением, это и увеличение числа трансформаторных подстанций, и, соответственно, сокращение расстояния между ними, это и огромные потери электроэнергии на этапе её передачи до электродвигателя. Закладывать в такую инфраструктуру дальнейший рост грузо- и пассажиропотока просто некуда, он достиг своего предела. Мощность электровозов постоянного тока на сегодняшний день находится на своем максимуме, и при развитии мощностей будет однозначно проигрывать электровозам переменного тока.
Электровоз переменного тока ЭП1
Пока электрификация постоянным током, испытывая описанные трудности, все же разрасталась, технический прогресс изобрел средства выпрямления переменного тока, пригодные для использования на электровозах. Напряжение в контактной сети можно было значительно увеличить, так еще и снизить силу тока при сохранении мощности. На каждый такой электровоз переменного тока устанавливается трансформатор, который может с высоким КПД дать на выходе напряжение любого значения, пригодное для дальнейшего выпрямления и питания тяговых электродвигателей.
В итоге тяговые двигатели остались работать на постоянном токе (или пульсирующем токе), сохраняя широкий диапазон и простоту регулирования, а контактная сеть могла перейти на переменный ток повышенного напряжения. Но к сожалению разрастание постоянного тока к тому моменту уже достигло существенных масштабов и было принято решение действующие сети оставить как есть, а все последующие строить исключительно на токе переменном. Так и получилось, что у нас запад России электрифицирован на постоянном токе, а Сибирь и Дальний восток на переменном.
Зацеперы совершенно не боятся постоянного тока
Напряжение переменного тока в контактной сети РЖД составляет на сегодняшний день 25 тысяч Вольт непосредственно на контактном проводе и 27,5 кВольт на шинах трансформатора на подстанции. Сами подстанции расположены далеко друг от друга, на расстоянии до 50 километров, и при этом остается ещё большой запас мощности сетей.
Поддержка постоянного тока все равно сохраняется, но модернизация и растущие потребности в мощности, серьезно наступают такой поддержке на «пятки», а в части мощностных потребностей для высокоскоростных поездов, уже не то, что на «пятки», а на самое «горло». Многие электрические сети дорог, после очередной модернизации, были переведены на переменный ток, а все вновь электрифицированные участки, как говорилось ранее, поддерживают только переменный ток. Переменный ток в РЖД принят теперь за основу в электрической тяге.
Постоянный ток морально и физически устарел для нужд ЖД, причем очень давно, и продолжает поддерживаться исключительно из-за высоких затрат на одномоментное перепрофилирование инфраструктуры и самое главное тяговых единиц подвижного состава. Были конечно изобретены электровозы, способные работать на обоих родах тока, и на перспективное будущее активно составляются сметы и планы по переходу на переменный ток, но парадокс остается на виду — поддержка инфраструктуры постоянного тока уже потребовала в десятки раз больше средств, чем требовалось для одномоментного изменения профиля тока на всей ЖД. А теперь, с ростом нагрузок и скоростей, мы имеем дело уже не с перспективностью использования переменного тока, а его неизбежностью.
Электровоз представляет собой локомотив с электрическими тяговыми двигателями, получающий питание (электрическую энергию) через токосъемник от контактной сети. В контактную сеть электроэнергия поступает от тяговой подстанции. В зависимости от рода используемого тока различают электровозы постоянного тока и электровозы переменного тока. Есть также электровозы двойного питания — постоянным и переменным током.
На железных дорогах нашей страны большинство всех грузовых перевозок и значительная часть пассажирских осуществляются электровозами. Это объясняется тем, что электрическая тяга обеспечивает наиболее высокую пропускную и провозную способность железнодорожных участков и, более того, является единственно возможной на самых тяжелых участках железных дорог.
Основными сериями грузовых электровозов постоянного тока являются ВЛ11. ВЛ10, ВЛ10у и переменного тока BJI80K, ВЛ80Т, ВЛ85 (см. рис. 19.1, 19.2). Электровоз ВЛ82М является локомотивом двойного питания. В пассажирском движении эксплуатируются электровозы постоянного тока серий ЧС2, ЧС6, ЧС7, ЧС200 и переменного тока ЧС4, ЧС4, ЧС8.
Электровозы серий ЧС производились в Чехословакии и в настоящее время на железные дороги России не поступают.
Электровозам BЛ80T после капитального ремонта на Новочеркасском электровозостроительном заводе (обновление, модернизация) присваивается серия Н80.
Принципиальное устройство электровоза
Электровозы имеют сложное механическое, электрическое и пневматическое оборудование.
К механической части электровоза относятся кузов и тележки. Тележка включает в себя раму, колесные пары с буксами, подвески тяговых двигателей, тяговые передачи, рессорное подвешивание, рычажно-тормозные передачи. Кузов электровоза (см. рис. 19.3) опирается на тележки. Отечественные электровозы имеют две, четыре или шесть тележек. При двух тележках в каждой из них устанавливают три колесные пары (шестиосные электровозы), при четырех и шести тележках — две колесные пары (соответственно восьмиосные я двенадцати-осные 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.
На оси колесной пары имеются зубчатые колеса (см. рис. 19.4), которыми она соединена с валом тягового двигателя.
Колесные пары воспринимают массу электровоза, на них передается вращательный момент тяговых двигателей, поэтому качеству изготовления колесных пар и уходу за ними уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами и двух зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые монтируются буксы с роликовыми подшипниками.
К электрическому оборудованию электровозов постоянного тока относятся токоприемники (см. рис, 19.5), тяговые электродвигатели, вспомогательные машины и аппараты управления, предназначенные для пуска тяговых двигателей, изменения скорости и направления движения электровоза.
Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контактным проводом. Верхняя часть токоприемника называется полозом, на который крепят медные или угольные накладки, скользящие по контактному проводу (см. рис. 19.5).
Обычно на электровозах имеются два электрически соединенных токоприемника. Как правило, в процессе работы поднят задний из них по направлению движения локомотива.
В качестве тягового электродвигателя на электровозе постоянного тока в основном применяют двигатели с последовательным возбуждением. Скорость движения электровоза зависит от схемы соединения тяговых двигателей.
К вспомогательным машинам относятся: мотор-вентилятор — служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей; мотор-компрессор — питает тормозную систему поезда сжатым воздухом; мотор-генератор — применяется на электровозах с рекуперативным торможением; генератор тока управления — предназначен для питания цепей управления, освещения.
Основным аппаратом, с помощью которого управляют электровозом, является контроллер-11 машиниста, установленный в каждой кабине управления (см. рис. 19.6).
Электрическое оборудование электровоза переменного тока отличается от оборудования электровоза постоянного тока наличием тягового трансформатора и выпрямительной установки.
На электровозе переменного тока установлен тяговый трансформатор, который понижает напряжение на тяговых двигателях до номинального значения. Поскольку на электровозах переменного тока есть тяговые двигатели постоянного тока, пониженный в трансформаторе переменный ток выпрямляется кремниевыми выпрямителями. В последнее время для этого применяют тиристоры.
На электровозах переменного тока также имеются мотор-насосы, обеспечивающие циркуляцию масла, охлаждающего трансформатор, и мотор-вентилятор, охлаждающий трансформатор и выпрямители.
Электровозы двойного питания
Опубликовано 11.09.2019 · Обновлено 03.11.2021
Применение для электрификации железных дорог нашей страны двух систем тока – переменного 25000 вольт и постоянного 3000 вольт не могло не привести к строительству пунктов стыкования данных систем. Для организации движения поездов через эти пункты станции стыкования оборудуются переключателями, подающими на отдельные секции контактной сети тот или другой род электричества.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2-300×200.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2-1024×683.jpg» width=»1024″ height=»683″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2-1024×683.jpg» alt=»Электровоз ВЛ80к электровозы двойного питания | Электровоз ВЛ80к | Движение24″class=»wp-image-2593″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2-300×200.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2-768×512.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/1528403298994_stanciya-solyanka-2.jpg 1200w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Электровоз ВЛ80к электровозы двойного питания | Движение24″ /> Электровоз ВЛ80к
Такой способ удорожает стоимость электрификации и требует обязательной смены электровозов, что существенно снижает пропускную способность железной дороги и конечно это экономически невыгодно. Во многих случаях по экономическим соображениям и эксплуатационным условиям применяют электровозы для двух систем тока или так называемые электровозы двойного питания. Данные локомотивы могут работать как на переменном, так и на постоянном напряжении.
Во времена Советского Союза и в современной России такие электровозы строились и строятся в настоящее время.
Электровоз ВЛ82
В 1964 году был спроектирован электровоз двойного питания – ВЛ82. Это двухсекционный восьмиосный грузовой электровоз. Конструкция кузова и ходовой части ничем не отличается от электровозов ВЛ80. В 1967 и 1968 году Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ) построил два электровоза ВЛ82, оба локомотива были направлены для эксплуатации в локомотивное депо Буй, Северной дороги. На этом работы по данным электровозам не прекращались и в 1972 году НЭВЗ построил электровоз ВЛ82м, модернизированный вариант ВЛ82. В последствии в периоды с 1973 по 1975 и с 1977 по 1979 годы завод продолжал выпуск электровозов ВЛ82м небольшими партиями, конструкционная скорость электровозов составляла 110 км/час. Все локомотивы поступили для работы на участке Купянск – Основа.
Что-же представляют из себя эти электровозы?
Электровозы двойного питания представляют собой обычный электровоз постоянного тока, на котором дополнительно установлено оборудование для питания силовых цепей тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянным напряжением, при работе на участках, электрифицированных на переменном токе. Это – тяговый трансформатор, выпрямительные установки, сглаживающие реакторы, главный выключатель (ГВ) и вентиляторы для охлаждения выпрямительных установок, сглаживающих реакторов и ТЭД, также внесены изменения в цепи управления.
От тяговой обмотки трансформатора через выпрямительные установки питаются тяговые электродвигатели. На обоих системах регулирование напряжения на тяговых электродвигателях осуществляется реостатами. Переключение цепей ТЭД производится электропневматическими контакторами. Тяговые электродвигатели при работе электровоза как на переменном, так и на постоянном токе могут быть соединены последовательно и последовательно-параллельно. При работе на постоянном напряжении подключение и защита силовых цепей осуществляется через быстродействующий выключатель (БВ), на переменно подключение и защита производится через главный выключатель (ГВ), установленный на крыше.
Эти электровозы управляются контроллером машиниста КМЭ-72, который имеет три рукоятки: реверсивную, главную (39 позиций, две ходовые – 25 и 38) и режимную (торможение, полное возбуждение и четыре ступени ослабления поля). Электровозы оборудованы реостатным тормозом. Следует отметить, что при эксплуатации на участках электровозов двойного питания, пункты стыкования двух систем тока обычно строятся около станций, а сами станции не оборудуются переключателями.
Недостатками электровозов двойного питания являются их большие вес и стоимость, а также более дорогое содержание по сравнению с электровозами одного рода тока.
В.А. Раков, Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985.
Но развитие электровозостроения не стоит на месте и уже в современной России, начиная с 1998 года и по настоящее время проектируются и строятся современные пассажирские электровозы двойного питания – ЭП10 и ЭП20. Основа этих локомотивов – современные электромеханические, силовые полупроводниковые и электронные устройства. На электровозах ЭП10 и ЭП20 установлены тяговые преобразователи, вспомогательные преобразователи и асинхронные тяговые электродвигатели. Тяговый преобразователь преобразует постоянный или переменный ток, частотой 50 Гц, в трехфазный для питания асинхронных тяговых электродвигателей, а также преобразует трехфазный в постоянный или переменный ток в режиме рекуперативного торможения.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114-300×186.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114-1024×635.jpg» width=»1024″ height=»635″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114-1024×635.jpg» alt=»Электровоз ЭП10 | Электровоз ЭП10 | Движение24″class=»wp-image-2597″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114-300×186.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114-768×476.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/225114.jpg 1370w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Электровоз ЭП10 | Движение24″ /> Электровоз ЭП10
Электровозы ЭП10 – шестиосные (три двухосные тележки), пассажирские электровозы двойного питания, конструктивная скорость – 160 км/час. Спроектированы Всероссийским электровозостроительным научно-исследовательским институтом (ВэлНИИ), совместно с Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) и Германской компанией «Bombardier». Первый электровоз ЭП10 был построен на НЭВЗЕ в 1998 году, остальные 11 машин в 2006 году, там-же. Всего было построено 12 машин, но после эксплуатационных испытаний больше эти электровозы не строились. В работе осталось два электровоза, остальные стоят на базах запаса.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw-300×200.jpeg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw-1024×683.jpeg» width=»1024″ height=»683″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw-1024×683.jpeg» alt=»Электровоз ЭП20 | Электровоз ЭП20 | Движение24″class=»wp-image-2598″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw-300×200.jpeg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw-768×512.jpeg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2019/09/f_cze2lnjhzglrywwucnuvate5mc8xnzaylze3lziyn2nmnjqwzgy4yi5qcgc_x19pzd04otk0mw.jpeg 1200w» data-sizes=»(max-width: 1024px) 100vw, 1024px» /title=»Электровоз ЭП20 | Движение24″ /> Электровоз ЭП20
Электровозы ЭП20 – шестиосные (три двухосные тележки), пассажирские электровозы двойного питания с конструктивной скоростью 200 км/час. Электровоз спроектирован в 2010 году ВэлНИИ, НЭВЗом совместно с французской компаний «Альстом». Электровоз получил название «Олимп». С 2011 года на НЭВЗе началось серийное производство этих локомотивов, которое продолжается и в настоящее время. На 2018 год было выпущено 66 электровозов. Эти машины эксплуатируются на Московской и ряде других дорог.
Как-то еще в недалекие времена я ездил поездом из Москвы в Ростов, по Рязани стояли 30 минут – смена электровоза, постоянник отцеплялся от нашего поезда и прицеплялся переменник, потом понятно, полная проба тормозов и т.д., быо время подышать свежим воздухом. Недавно я повторил поездку по этому маршруту и был приятно удивлен стоянкой в Рязани – 4 минуты. Не успел оценить вокзал из окна купе и уже поехали – в голове нашего поезда электровоз ЭП20. Поменяли систему тока за четыре минуты. Конечно это очень выгодно и экономически и эксплуатационно. Надеюсь, что электровозы этой системы в дальнейшем получат большое распространение на дорогах нашей страны.
Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав
 e-mail: | office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru |
 icq: | 613603564 |
 skype: | matrixplus2012 |
 телефон | +79173107414 +79173107418 |
г. С аратов
Переменный или постоянный ток?
Электрические станции вырабатывают электрическую энергию трехфазного переменного тока, который передается на большие расстояния по трем проводам. Частота переменного тока, питающего промышленные установки, в разных странах различна. Она колеблется от 25 до 60 периодов в секунду (герц). В Советском Союзе, как и в большинстве стран, промышленная частота принята равной 50 Гц.
Вполне естественно, что для питания электровозов в первую очередь стремились применить трехфазный ток. В этом случае можно было бы установить на электровозах надежные и простые по устройству трехфазные асинхронные двигатели. Такие двигатели, созданные русским ученым М. О. Доливо-Добровольским, быстро завоевали всеобщее признание и получили широкое распространение в промышленности.
Но применить трехфазные двигатели на электрическом подвижном составе оказалось делом трудным. В этом случае необходимо подвешивать три контактных провода или два, используя в качестве третьего ходовые рельсы. Контактная сеть будет иметь очень сложное устройство, особенно на станциях при пересечении путей. Кроме того, питать двухпроводную контактную сеть напряжением выше 10 кВ практически невозможно, так как провода в этом случае необходимо располагать на большом расстоянии друг от друга. Трехфазная система была применена на некоторых дорогах в Италии, но широкого распространения она не получила.
Создать надежный однофазный двигатель переменного тока, получающий питание от одного контактного провода с использованием рельса в качестве второго провода, не удавалось. Правда, за рубежом в первый период введения электрической тяги все же устанавливали на электровозах однофазные двигатели, но питали их переменным током пониженной частоты (162/з и 25 Гц). В условиях капиталистических стран, когда некоторые железнодорожные компании имели собственные электрические станции, или в тех странах, где стандартной является частота 25 Гц, такой путь электрификации был приемлемым.
Локомотивы, к которым контактный провод подводит электрическую энергию постоянного тока, называют электровозами постоянного тока, а железнодорожные линии, на которых они работают,- электрифицированными железными дорогами постоянного тока, или, точнее, железными дорогами, электрифицированными по системе постоянного тока. Свыше 50% всех электрифицированных дорог на земном шаре электрифицировано по этой системе. Из 50 тыс. км электрифицированных железных дорог нашей страны более 27 тыс. км работает на постоянном токе.
С повышением мощности электровозов растет потребляемый ими ток, а следовательно, падение напряжения и потери электрической энергии в контактной сети, если неизменны площадь сечения ее проводов и напряжение в контактном проводе. Чтобы уменьшить потери энергии, увеличивают площадь сечения проводов, но это вызывает большой расход дефицитного цветного металла. Лучше было бы, конечно, повысить напряжение, но при той же мощности локомотива тяговые двигатели и тяговая аппаратура будут гораздо сложнее и дороже, а надежность их работы снизится.
Поэтому вновь начали изучать возможности использования переменного тока для электрической тяги. Известно, что переменный ток обладает замечательным свойством: его можно трансформировать, т. е. повышать или понижать напряжение в очень широких пределах. Подводя высокое напряжение к контактному проводу, нетрудно понизить его с помощью трансформатора, установленного на электровозе, до оптимального по условиям работы тяговых двигателей и аппаратов.
А что если на самом локомотиве преобразовывать переменный ток, передаваемый по контактной сети, в постоянный? Тогда к контактным проводам можно будет подводить высокое напряжение, на электровозе понижать его и, преобразуя переменный ток в постоянный, питать им тяговые двигатели. Осуществить это оказалось возможным после освоения нашей промышленностью производства надежно действующих ртутных выпрямительных установок.
Электровозы с ртутными выпрямителями работали довольно долго, но они обладали многими недостатками, в частности низкой надежностью и плохими массогабаритными показателями, создавали ряд эксплуатационных неудобств.
Освоение массового производства кремниевых выпрямителей, значительное снижение их стоимости привели к тому, что на современных электровозах применяются исключительно полупроводниковые преобразовательные, установки. Кремниевые вентили при значительной мощности имеют небольшую массу, малые размеры, высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.), устойчиво работают в широком диапазоне температур.
Для питания электровозов переменного тока применяют однофазный ток промышленной частоты при напряжении в контактном проводе 25 кВ. Железные дороги, где эксплуатируются такие электровозы, называют электрифицированными железными дорогами переменного тока, или, точнее, железными дорогами, электрифицированными по системе переменного тока промышленной частоты. Применение системы переменного тока промышленной частоты позволило создать мощные электрические локомотивы. Протяженность дорог переменного тока в нашей стране превышает 22 тыс. км.
форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах
Дезинфицирующие средства
Моющие средства