4. Электровоз

Электрово́з — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, питаемыми электроэнергией из внешней электросети через тяговые подстанции через контактную сеть (реже также от бортовых аккумуляторов).

4.1. Классификация

При классификации электровозов можно выделить следующие признаки

Экспериментальный электровоз на железной дороге Pennsylvania Railroad

По роду службы — пассажирские (например, ЧС2, ЧС4, ЧС7, ЧС8), грузовые (например, ВЛ10, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85), 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.

По роду тока питания. В России на магистральных железных дорогах используются 2 типа: переменного тока — 25 кВ, 50 Гц (например,ВЛ80, ЧС4, ВЛ85, ЧС8, ВЛ41) и постоянного тока — 3 кВ (например, ВЛ10, ЧС2, ЧС7, ВЛ15, ВЛ26)^[3]. Кроме того, для эксплуатации на участках как постоянного, так и переменного тока выпускаются двухсистемные электровозы (например, ВЛ82, ЭП10, ЭП20), для эксплуатации в карьерах и рудниках выпускаются электровозы постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного тока 10 кВ, а также с питанием от аккумуляторов. 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. Если электровоз питается от собственной аккумуляторной батареи, то он называется аккумуляторным.

Существуют также бесконтактные электровозы (наименее распространены). Вдоль путей прокладывается токоведущая шина, в которую подаётся ток высокой частоты, а на электровозе устанавливается катушка, в которой он индуцируется.

По типу тягового привода. Тяговый привод 1-го класса: опорно-осевое 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, и в настоящее время считается устаревшей. 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 плавность хода и долговечность двигателя.

• Тяговый привод 3-го класса: опорно-рамные двигатель и редуктор. Редуктор связан с колёсной парой муфтой. Из серийных электровозов, построенных в СССР и России, такое подвешивание имеют только пассажирские локомотивы Коломенского завода — электровозы ЭП2К и ЭП200.

Электровоз Е 630 на Ferrovie Nord Milano

По типу передачи вращающего момента с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым (например, ВЛ40, ВЛ83) и индивидуальным приводом.

Также важнейшим признаком является тип тяговых электродвигателей:

• Коллекторные электродвигатели. Сложны в изготовлении и обслуживании, так как имеют коллектор (фактически такой двигатель — постоянно работающий переключатель со скользящими контактами), но просты в управлении.

• Асинхронные двигатели. Двигатель конструктивно очень прост, легко переносит механические перегрузки, но требует для своего питания трёхфазного переменного тока. Это, в свою очередь, требует либо подвода к электровозу трёхфазного тока, как сделано на некоторых железных дорогах Италии, либо выработки его на локомотиве с помощью машинных преобразователей (устаревшее и нетехнологичное решение, практически нивелирующее преимущества асинхронных двигателей перед коллекторными) или статических преобразователей. Последнее решение как наиболее технологичное применяется на многих современных локомотивах.

По наличию и типу электрического торможения — с рекуперативным, реостатным торможением, их сочетанием или вовсе отсутствием электрического тормоза.

По числу секций — одно-, двух-, трёх- и четырёхсекционные. Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по СМЕ.

Электровоз ВЛ60^п_к

Пассажирский электровоз Škoda ЧС2

В СССР массово выпускались грузовые электровозы:

• постоянного тока (3 кВ): ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22^м, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15;

• переменного тока (25 кВ): ВЛ60, ВЛ80^к, ВЛ80^т, ВЛ80^р, ВЛ80^с, ВЛ85;

• двойного питания (3/25 кВ): ВЛ82, ВЛ82^м.

Кроме того, в СССР импортировались пассажирские электровозы из Чехословакии:

• постоянного тока: ЧС1 (102 штуки, годы выпуска 1957—1960), ЧС2 (944 шт., 1963—1973), ЧС2^м (2 шт., 1965), ЧС2^т (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), ЧС4^т (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), так и переменного тока: пассажирские ЭП1М, ЭП1П; грузовые 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К. Выпущена партия двухсистемных пассажирских электровозов ЭП10 (12 единиц). Официальные результаты опытной эксплуатации ЭП10 не опубликованы, однако существует ряд негативных мнений в СМИ^[16][17][18]. Кроме большого ряда недоработок, свойственного для опытных электровозов, причиной частой отставки от эксплуатации послужили выходы из строя тяговых электродвигателей.

Ведутся работы над двумя проектами локомотивов в рамках программы создания электровозов нового поколения (двухсистемный пассажирскийЭП20 и магистральный грузовой переменного тока 2ЭС5).

Список всех серийных электровозов:

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

Список опытных и малосерийных электровозов:

ВЛ12, ВЛ40, ВЛ61, ВЛ62, ВЛ84, ЧС5, KZ4A, ЭП200.