3.2.3Электровозы

Электровоз – неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, получающими энергию от энергосистемы через тяговые подстанции, контактную сеть либо от собственной аккумуляторной батареи [49].

В соответствии с принятыми системами электрической тяги электровозы классифицируются по:

• роду тока – постоянного, переменного тока, двойного питания и многосистемные;

• типу передачи тягового усилия к колесным парам – с групповым и индивидуальным приводом;

• типу торможения – с реостатным и рекуперативным торможением;

• числу секций – двухсекционные, трехсекционные.

На Российских железных дорогах эксплуатируются электровозы:

• магистральные постоянного тока с номинальным напряжением на токоприемнике 3 кВ, переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц и двойного питания;

• промышленные постоянного тока напряжением 1,5 и 3 кВ и переменного тока напряжением 10 кВ частотой 50 Гц;

• рудничные постоянного тока напряжением 250 и 550 В;

• автономные аккумуляторные.

КПД электрической тяги зависит от:

• КПД источника электрической энергии (теплоэлектростанции) – 30-32%;

• КПД устройств электроснабжения – 80-85%;

• КПД электровоза – 80-85%.

При использовании в качестве источника электрической энергии – теплоэлектростанции КПД электрической тяги – 22-24%. Но при сравнении с тепловозами следует помнить, что стоимость одного кВт*ч у электровоза на порядок ниже.

Конструкция каждого электровоза имеет токоприемник, экипажную (механическую) часть, электрическое и пневматическое оборудование.

Механическая часть, состоящая из кузова и тележек, воспринимает нагрузки: от установленного на электровозе оборудования, тяговые и тормозные усилия и динамические воздействия со стороны пути.

Кузов опирается через опоры на 2-х или 3-х осные тележки, которые через системы рессорного подвешивания и буксы передают нагрузку на колесные пары.

К электрическому оборудованию электровоза относятся тяговые электродвигатели, вспомогательные машины, статические преобразователи, устройства токосъема, аппараты защиты электрических цепей, приборы и аппараты управления.

К пневматическому оборудованию относятся компрессора, резервуары сжатого воздуха, воздушные и тормозные магистрали, краны машиниста и т.д.

Этапы развития электрической части электровозов постоянного тока (Рис.2.24(а)).

На первом этапе были применены тяговые электродвигатели постоянного тока (1-4) на номинальное напряжение 1,5 кВ (Рис.2.24.а). Каждая пара двигателей постоянно включена последовательно, образуя неразъемный электрический модуль, нормально работающий под напряжением контактной сети 3 кВ без каких-либо промежуточных устройств. Простота электрической части и высокий КПД электровоза при работе на естественной характеристике являются основным преимуществом электровозов постоянного тока. Однако для регулирования режимов работы двигателей (при пуске после остановки, для изменения скорости) приходится использовать различные дополнительные устройства. Применялся пусковой реостат (R), изменение группировок, т.е. последовательное соединение нескольких модулей, ослабление поля тяговых двигателей (включение ОВ). Недостаток этих способов связан в основном с наличием потерь энергии в пусковом реостате, а также с небольшим числом ходовых позиций, которые могут быть получены применением группировок в сочетании с ослаблением поля [91].

Эти недостатки обусловили переход ко второму этапу развития, когда пусковой реостат был заменен импульсным преобразователем ИП, обычно выполняемым на тиристорах. При этом цепь тяговых двигателей шунтируют обратным диодом ОД.

а – постоянный ток;

б – переменный ток;

Рисунок 2.24 – Развитие электрической части электровозов

В такой схеме регулирование напряжения на двигателях (от нуля до напряжения в сети) осуществляется плавно и практически без потерь, поэтому обычно нет необходимости применять переключение группировок тяговых двигателей. Ослабление поля в такой схеме также может быть реализовано низковольтным импульсным преобразователем (ИП-ОП), подключаемым параллельно обмоткам возбуждения ОВ. Импульсное регулирование позволяет реализовать эффективный режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть даже в случае если ЭДС тяговых электродвигателей, работающих в режиме генератора, меньше напряжения тяговой сети. Недостатком системы импульсного регулирования является наличие пульсаций тока в тяговых двигателях. Пульсации тока в тяговой сети сглаживаются фильтром Ф.

На первом и втором этапах используются классические тяговые электродвигатели коллекторного исполнения, что является основным недостатком такого исполнения электрической части.

На третьем этапе для решения проблемы регулирования режимов движения электровозов применены бесколлекторные электродвигатели – асинхронные и синхронные или вентильные, работающие на 3-фазном переменном токе, частота f которого и напряжение U пропорциональны частоте вращения электродвигателя, т.е. соответствуют изменению скорости движения электровоза (закон Костенко). Преобразование постоянного напряжения контактной сети в регулируемое 3-фазное обычно реализуется двухзвенным преобразователем, содержащим импульсный преобразователь ИП и автономный инвертор АИ. При использовании бесколлекторных электродвигателей появляется реальная возможность повысить напряжение в контактной сети.

При бесколлекторных электродвигателях довольно просто реализуется режим рекуперативного торможения: поток мощности меняет свое направление, АИ работает в режиме зависимого инвертора, ведомого сетью, а ИП работает в режиме передачи энергии в контактную сеть.

Этапы развития электрической части переменного тока (Рис.2.24.б). Электрическая тяга переменного тока промышленной частоты была освоена значительно позже, чем система постоянного тока. Массовая электрификация на переменном токе 25 кВ 50 Гц и соответственно применение электровозов переменного тока стали возможными только после освоения выпрямителей – сначала на базе ртутных вентилей (игнитроны), а потом на основе полупроводниковых кремниевых диодов. Это определило классическую схему электрической части первых электровозов переменного тока с трансформатором ТР (понижающим напряжение контактной сети до 1-1,6 кВ), диодным выпрямителем В, сглаживающим реактором СР и тяговыми электродвигателями постоянного тока (Рис.2.2.15.б). Однако эти двигатели работали в условиях значительных пульсаций выпрямленного тока (до 20%), специальные конструктивные меры были направлены на приспособление этих двигателей к работе в условиях наличия гармоники 100 Гц в выпрямленном токе (двигатели пульсирующего тока).

Существенным недостатком электровозов ВЛ60К, ВЛ80К, ВЛ80Т; ВЛ80С, ЧС4, ЧС4Т, ЧС8 является невозможность реализации режима рекуперативного торможения. Регулирование напряжения на тяговых электродвигателях при помощи переключения отпаек обмоток трансформатора ТР требовало значительного числа выводов вторичной (электровозы ВЛ) или первичной (электровозы ЧС) обмотки.

Переход с одной отпайки на другую без разрыва электрической цепи обусловливало применение специальных переходных реакторов.

Эти недостатки были устранены при использовании в выпрямительной установке тиристоров, т.е. управляемого выпрямителя, который позволил реализовать выпрямительный режим с плавным изменением угла отпирания тиристоров, а при рекуперации – режим зависимого инвертора с плавным регулированием тока рекуперации. Одновременно с этим постоянный ток на выходе тягового электродвигателя, работающего в генераторном режиме, преобразуется в однофазный переменный ток, что позволяет трансформировать его имеющимся на электровозе трансформатором ТР и передавать энергию рекуперации в контактную сеть. Преобразовательная установка получила название выпрямительно-инверторного преобразователя ВИП; и применяется на грузовых электровозах (ВЛ80Р, ВЛ85 и ВЛ65) и пассажирских (ЭП1) и последующих конструкций электровозов.

На третьем этапе развития произошел переход на бесколлекторные тяговые электродвигатели.

Двухсистемный электровоз ЭП10 может работать как от контактной сети постоянного тока 3 кВ, так и от сети переменного тока 25 кВ на частоте 50 Гц. Предусмотрены варианты питания только постоянным или только переменным током (Рис.2.25).

Мощность электровозов определяется числом их осей, а каждая ось имеет обычно предельную силу тяги, ограничиваемую условиями сцепления колес с рельсами. Предельная сила тяги оси равна осевой нагрузке (например, на российских электровозах обычно до 25 т на ось), умноженной на коэффициент сцепления, который для режима трогания электровоза может быть принят равным 0,3 (Рис.2.26). Таким образом, предельная сила тяги оси при трогании составляет 75 кН, что для 8-осного электровоза соответствует 600 кН, а для 12-осного – 900 кН. При повышении скорости сила тяги должна постепенно снижаться, так как при этом снижается коэффициент сцепления.

Рисунок 2.25 – Схема электрической части двухсистемного электровоза

с асинхронным двигателем

Для сохранения постоянства мощности тяговая характеристика электровоза должна соответствовать гиперболической характеристике. Особое значение имеет мощность в точке выхода на естественную характеристику, т.е. при пересечении кривой ограничения по сцеплению с естественной тяговой характеристикой примерно постоянной мощности: F_к*υ = const. У грузового электровоза с поездом критической массы эта мощность на руководящем подъеме соответствует расчетному длительному режиму (точка а). У пассажирского электровоза расчетная точка б номинального длительного режима обычно значительно смещена в сторону высоких скоростей.

Рисунок 2.26 – Тяговые характеристики электровозов

Электровозы двухсистемного питания используются для обслуживания движения на стыке железных дорог с различными электрическими системами. Такие электровозы имеют обычно для каждой из систем отдельные токоприемники, что вызвано спецификой конструктивного исполнения контактных подвесок постоянного и переменного тока (первые более тяжелые и требуют токоприемника с нажатием до 20-25 Н, вторые более легкие и для них достаточно нажатия токоприемника 12-15 H).

В грузовом движении широко применяют 8-осные двухсистемные электровозы. На этих электровозах установлены нерегулируемые трансформаторы, что существенно снижает их массу. Для регулирования тяговых двигателей постоянного тока последовательного возбуждения в обеих системах электропитания применяются реостаты. Наиболее совершенными двухсистемными электровозами являются электровозы ЭП20 с асинхронным и двигателями. При использовании асинхронных тяговых двигателей исполнение многосистемных электровозов значительно упрощается.

Концепция поэтапной разработки, создания и освоения производства новых электровозов, разработанная компанией ОАО «РЖД» показала свою перспективность.

Новые грузовые электровозы 2ЭС4К (Рис.2.27) производства ОАО «Новочеркасский электровозостроительный завод» и 2ЭС6 (Рис2.28 и 2.29) производства ОАО «Уральский завод железнодорожного машиностроения» позволили перейти от стандарта массы грузового поезда 4000 т на стандарт 6000 т и повысить пропускную способность существующих электрифицированных железнодорожных линий, что особенно актуально для транспортных коридоров «Дальний Восток – Западная граница» и «Центр – Черноморские порты».

Они предназначены для эксплуатации на участках, электрифицированных на постоянном токе напряжением 3 кВ, со скоростями движения до 120 км/ч. Эти локомотивы заменят грузовые электровозы серий ВЛ10 и ВЛ11 (всех индексов). Новые локомотивы способны работать в составе одной, двух, трех или четырех секций по системе многих единиц.

Электровоз 2ЭС4К ( «Дончак») эксплуатируется в основном на Кузбасе, а 2ЭС6 ( «Синара») – на Урале и ТраснСибе. Таким образом, электровозы обех серий обеспечивают тяжеловесное движение угольных составов на Запад.

а – внешний вид б – кабина машиниста

Рисунок 2.27 – Грузовой электровоз постоянного тока серии 2ЭС4К

Рисунок 2.28 – Грузовой электровоз постоянного тока серии 2ЭС6

Электровозы 2ЭС4К и 2ЭС6 считаются «электровозами переходного периода», т.к. планируется отказаться от привода постоянного тока и перейти на асинхронный привод – соответственно на электровозы 2ЭС5 и 2ЭС10.

Технические характеристики двухсекционных электровозов 2ЭС4К и 2ЭС6 приведены в Табл. 2.13.

Узлы механической части, кабина управления, пневматическое, тормозное и вспомогательное оборудование электровозов 2ЭС4К и 2ЭС5К унифицированы. Тележки электровозов ОАО «НЭВЗ» и ОАО «УЗЖМ» – двухосные, бесчелюстные. Рессорное подвешивание – двухступенчатое из спиральных цилиндрических пружин с суммарным статическим прогибом на 130 мм и демпфированием колебаний каждой ступени гидравлическими амортизаторами.

Рисунок 2.29 – Фрагмент электрической схемы 2ЭС6

Таблица 2.13 – Технические характеристики электровозов 2ЭС4К и 2ЭС6

Параметры		2ЭС4К	2ЭС6
Номинальное напряжение, В		3000
Формула ходовой части		2(20 – 20)
Нагрузка от оси на рельсы, кН (тс)		235 ± 4,9; (23,5 + 0,49)	245 ± 4,9; (24,5 ± 0,49)
Служебная масса с 0,67 запаса песка, т		192 ± 4	200 ± 2
Номинальный диаметр бандажа колесной пары по кругу катания, мм		1250
Минимальный радиус проходимых кривых при скорости движения до 10 км/ч, м		125
Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч		120
Тяговый привод	коллектор­ный после­довательного возбуждения		коллекторный независимого возбуждения
Подвешивание тяговых двигателей		осевое с подшипниками качения
Мощность часового режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее		6400	6440
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее		5920	6000
Сила тяги часового режима, кН, (тс)		434 (44,3)	464 (47,3)
Сила тяги продолжительного режима, кН, (тс)		391 (39,9)	418(42,6)
Скорость часового режима, км/ч, не менее		52	49,2
Скорость продолжительного режима, км/ч, не менее		53,4	51
КПД продолжительного режима		0,88	0,9
Мощность электрического тормоза на валах тя­говых двигателей, кВт, не менее: рекуперативного реостатного		4000 3000	6600 5500
Вспомогательный привод		трехфазный асинхронный от статического преобразователя СТП

Кузов и тележки связаны между собой в вертикальном и поперечном направлениях упругими и демпфирующими элементами. Во второй ступени рессорного подвешивания применены пружины типа «Флексикойл». Поперечное и продольное усилия от букс колесных пар передаются через упругие связи. Рама кузова воспринимает тяговое усилие от тележки через наклонную тягу. 2ЭС4К и 2ЭС6 созданы как альтернатива проведению МЛП (модернизации локомотивов с продлением сроков эксплуатации) электровозам ВЛ10 и ВЛ11.

Освоено производство магистральных пассажирских электровозов серий ЭП1 (ЭП1М, ЭП1П), оснащенных тяговыми электродвигателями с опорно-рамным подвешиванием (Рис.2.30).

Рисунок 2.30 – Пассажирский электровоз ЭП1М

Пассажирский шестиосный электровоз переменного тока ЭП1М (выпускается на НЭВЗ с 2007 г.) является модификацией локомотива ЭП1 (выпуск 1999 г.), который, в свою очередь, был сконструирован на базе ВЛ65.

Эти электровозы заменят в локомотивном парке ОАО «РЖД» выработавшие свой ресурс электровозы серий ЧС4 и ВЛ60ПК.

ЭП1М может водить составы из 24 пассажирских вагонов по участкам с подъемом 9‰ со скоростью 70 км/ч.

Основные технические характеристики ЭП1М:

• формула ходовой части – 2₀-2₀-2₀;

• сцепная масса электровоза с 0,67 запаса песка – не более 132 т;

• нагрузка от колесной пары на рельсы – не более 216,0 кН;

• мощность в часовом режиме на валах ТЭД – не менее 4700 кВт;

• мощность в продолжительном режиме на валах ТЭД – не менее 4400 кВт;

• сила тяги в часовом режиме – не менее 210 кН;

• скорость в часовом режиме – 70 км/ч;

• скорость в продолжительном режиме – не менее 72 км/ч;

• конструкционная скорость – не менее 140 км/ч.

Начиная с ЭП1М – 696 было изменено цветовое оформление электровозов. С учетом требований заказчика – ОАО «РЖД» был принят дизайн, соответствующий корпоративному стилю компании. Если прежде основным цветом, в который окрашивали электровозы на предприятии, был голубой, то отныне преобладающими стали серый и красный.

Магистральный пассажирский электровоз ЭП2К постоянного тока с конструкционной скоростью 160 км/ч призван заменить морально и физически устаревшие пассажирские электровозы ЧС2, ЧС2Т производства ЧССР.

ЭП2К имеет по сравнению с ЧС2 большую на 14% мощность и на 20% силу тяги. Новая машина обеспечивает пробег до среднего ремонта 600 тыс. км и до капитального ремонта – 2400 тыс. км. Осевая формула ЭП2К 3₀ – 3₀. В часовом режиме развивает мощность 4800 кВт и силу тяги 192,8 кН. Мощность электрического торможения 4000 кВт, нагрузка от оси на рельс 221 кН. Электровоз оборудован микропроцессорной системой управления и современными средствами безопасности. На электровозе применен модульный принцип компоновки устанавливаемого оборудования.

Для обеспечения безотцепочного следования электровозов по участкам, электрифицированным на постоянном и переменном токе, выпущена партия пассажирских электровозов двойного питания ЭП10 (3 кВ и 25 кВ 50 Гц).

Перспективные электровозы. На сегодняшний день современными тенденциями локомотивостроения является применение тяговых приводов с асинхронным тяговым двигателем и регулируемым вспомогательным приводом.

Политика, проводимая ОАО «РЖД» в последние годы, способствует совершенствованию технико-экономических показателей существующего и разрабатываемого парка электровозов.

Электровоз ЭП20 (Рис.2.31, Табл.2.14) – предназначен для вождения пассажирских поездов на электрифицированных железных дорогах колеи 1520 мм переменного тока 25 кВ, 50 Гц и постоянного тока 3 кВ. Электрическое оборудование рассчитано на продолжительную работу при изменениях напряжения на токоприемнике от 19 до 29 кВ на переменном токе и от 2,2 до 4 кВ на постоянном токе.

а – внешний вид

б – механическая часть ЭП20

б – кабина управления

Рисунок 2.31 – Электровоз ЭП20

Таблица 2.14 – Технические характеристики электровоза ЭП20

Наименование параметров	Нормированное значение
Номинальное напряжение, кВ переменный ток 50 Гц постоянный ток	25 3
Формула ходовой части	20 – 20 – 20
Конструкционная скорость, км/ч, не менее	160	200
Максимальная скорость, км/ч	160	200
Мощность часового режима на валах тяговых электродвигателей, кВт, не менее	7200
Скорость часового режима, км/ч	78	100
Мощность продолжительного режима на валах тяговых электродвигателей, кВт, не менее	6600
Скорость продолжительного режима, км/ч	78	100
Сила тяги в продолжительном режиме, кН (тс), не менее	300 (30,6)	230 (23,4)
Максимальная сила тяги при трогании, кН (тс), не менее	450 (45,8)	350 (35,6)
Сила тяги при максимальной расчетной скорости, кН (тс), не менее	147 (15)	115 (11)
КПД в часовом режиме, не менее: при работе на переменном токе при работе на постоянном токе	0,86 0,875
Коэффициент мощности (при работе на переменном токе) при нагрузках, начиная от 0,25 продолжительного режима и выше, не менее	0,95
Мощность электрического тормоза на валах тяговых двигателей, кВт, не менее: рекуперативного реостатного: при работе на постоянном токе при работе на переменном токе	6000 4500 3200

В 2010 г. завершена сборка на НЭВЗ первого номера электровоза ЭП20, являющегося на сегодняшний день самым мощным в мире односекционным пассажирским электровозом – мощность часового режима 7200 кВт. Механическая тяговая передача имеет два исполнения: на 160 км/ч и 200 км/ч. В 2012 году выпущен ЭП20-002.

Особенности конструкции ЭП20:

• в качестве тяговых используются асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АТД);

• питание АТД осуществляется от регулируемых статических преобразователей напряжения и частоты, входящих в состав тягового преобразователя поставки «Альстом»;

• вспомогательный привод реализован с возможностью регулирования производительности благодаря использованию статического преобразователя компании «Альстом»;

• оборудован рекуперативным, реостатным, пневматическим автоматическим, пневматическим прямодействующим и стояночным тормозами;

• конструкция предусматривает возможность его обслуживания в одно лицо;

• модульная кабина, модульный электрический и пневматический монтаж;

• цельнокатаные колеса с дисковыми тормозами;

• механический тяговый привод третьего класса.

Преимущества электровоза ЭП20:

• Высокие тяговые свойства. Электровоз обеспечивает вождение 24 пассажирских вагонов на прямом горизонтальном участке со скоростью до 160 км/ч и 17 вагонов со скоростью до 200 км/ч.

• Улучшение условий работы локомотивной бригады. При проектировании электровоза учтены современные требования в части эргономики и микроклимата на рабочем месте. Применена система обеспечения микроклимата в кабине машиниста, реализующая обогрев, вентиляцию и кондиционирование воздуха в кабине.

• Безопасность эксплуатации. Применена система блокирования высоковольтного оборудования при помощи специального комплекта ключей. Все электрические устройства имеют надежную аппаратную и программную защиту.

• Ремонтопригодность. Высокая ремонтопригодность достигается модульностью блоков и наличием двустороннего обслуживания оборудования, расположенного с обеих сторон центрального проходного коридора электровоза.

Еще одно преимущестов ЭП20 - Микропроцессорная система управления с широкими функциями диагностики. Бортовая система управления имеет двухуровневую структуру, в которой верхний уровень осуществляет управление движением в целом, а нижний уровень в виде локальных микропроцессорных контроллеров осуществляет управление тяговым и вспомогательным приводом, получая задания от верхнего уровня. Для системы управления характерен большой перечень оперативной и диагностической информации, выводимой на дисплей машиниста.

В бортовом компьютере предусмотрен режим «Советчик». В случае неисправности электрооборудования на дисплей выводится изображение фрагмента схемы с указанием предполагаемых причин неисправности.

МПСУ имеет открытую архитектуру, т.е. предусматривает возможность подключения по согласованному интерфейсу дополнительных систем (устройств), таких как: система обеспечения безопасности движения, система пожаротушения, различные системы контроля рабочих параметров и управления отдельным оборудованием. МПСУ имеет 100% резервирование в пределах каждого блока управления.

Подсистема диагностики непрерывно контролирует работу оборудования электровоза, регистрируя соответствующие данные и предупреждая о приближении или наступлении предельных режимов. Она выявляет неисправности и информирует машиниста о возможных действиях. Диагностическая система разработана с возможностью выдачи рекомендации ремонтному персоналу, оценивая объем предстоящих и качество выполненных работ.

В кабине машиниста установлены два блока индикации: рабочий (технологический) и блок индикации системы обеспечения безопасности движения. На последний выводятся сведения о любой нештатной ситуации, которая может возникнуть по ходу движения поезда. Аппаратура способна работать в диалоговом режиме, имеет обширный блок памяти, и, когда машинисту требуется помощь, устройство на любой технический сбой или отказ предоставляет конкретный регламент действий.

Грузовой электровоз переменного тока 2ЭС5 (Рис.2.32, Табл.2.15) должен придти на замену 2ЭС5К. Сегодня в России сохраняется дефицит подвижного состава в сегменте грузовых перевозок на участках, электрифицированных переменным током. Лишь в последние годы недостаток тяги частично удовлетворен за счет поставок так называемых «электровозов переходного периода» 2ЭС5К (Ермак) и ЗЭС5К.

Планируется постепенный переход от электровозов с выпрямительно-инверторным преобразователем (ВИП) и приводом постоянного тока (серии ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП1М, ЭП1П, 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К) к электровозам с асинхронным приводом со сложной и дорогой электронной системой управления приводом 2ЭС5. Особенность управления асинхронным приводом позволяет электровозы, рассчитанные на эксплуатацию на переменном токе, использовать и на постоянном токе (двухсистемные электровозы).

Основу конструкции 2ЭС5 составили технические решения, принятые в базовой платформе вновь разрабатываемых компанией «Трансмашхолдинг» электровозов (головным проектом которой стал электровоз ЭП20). В то же время концепция электровоза 2ЭС5 содержит значительные отличия, связанные с грузовым типажом локомотива.

Рисунок 2.32 – Грузовой электровоз 2ЭС5

Таблица 2.15 – Технические характеристики электровоза 2ЭС5

Наименование параметров	Нормированное значение
Номинальное напряжение частотой 50 Гц, кВ	25
Формула ходовой части	2*(2о – 2о)
Конструкционная скорость, км/ч, не менее	120
Максимальная скорость, км/ч	120
Мощность в продолжительном режиме на валах тяговых двигателей, кВт, не менее	8400
Максимальная сила тяги при трогании, кН (тс), не менее	833 (85,0)
Сила тяги при скорости 120 км/ч, кН (тс), не менее	247 (25,2)
КПД в продолжительном режиме, %, не менее	86
Коэффициент мощности (при работе на переменном токе) при нагрузках начиная от 0,25 продолжительного режима и выше, не менее	0,95
Мощность рекуперативного тормоза на валах тяговых двигателей, кВт, не менее	7600

Магистральный грузовой электровоз 2ЭС5 предназначен для обеспечения движения грузовых поездов на железных дорогах колеи 1520 мм, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ промышленной частоты 50 Гц. Электровоз 2ЭС5 значительно превосходит «Ермак» по тягово-энергетическим характеристикам, что позволит на ряде полигонов эксплуатации использовать электровоз 2ЭС5 (две секции) вместо трехсекционного электровоза ЗЭС5К.

Электровозы ЭП20 и 2ЭС5 разрабатываются и производятся на НЭВЗ (г.Новочерксасск) с участием фирмы Alstom (Франция) и совместной проектной фирмы TRTrans.

Особенности конструкции 2ЭС5:

• в качестве тяговых используются асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АТД);

• питание АТД осуществляется от регулируемых статических преобразователей напряжения и частоты, входящих в состав тягового преобразователя компании «Альстом»;

• вспомогательный привод реализован с возможностью регулирования производительности благодаря использованию вспомогательного преобразователя компании «Альстом»;

• электровоз оборудован системой автоведения, управления распределенной тягой, а также системой управления поездом повышенной массы и длины;

• применена тележка компании «Альстом» с низким расположением наклонной тяги, моторно-осевыми подшипниками качения, тормозными блоками с композиционными колодками, цельнокатаными колесами, системой смазки с подачей смазки на каждое колесо, тяговым приводом первого класса с односторонней передачей момента;

• модульный пневматический и электрический монтаж;

• модульная кабина.

Электровоз состоит из двух секций. Каждая секция электровоза имеет кабину управления и комплект оборудования, обеспечивающий работу одного электровоза, а также работу по системе многих единиц в составе двух электровозов или трех секций.

Ходовая часть электровоза отвечает современным требованиям. Тип подвески тяговых двигателей – опорно-осевой. Передача силы тяги и торможения от тележек к кузову осуществляется цельными наклонными тягами.

Тележка имеет общую конструкцию с тележкой электровоза «Прима 4200/6000», хорошо зарекомендовавшей себя во время продолжительного периода эксплуатации на железных дорогах Китая, стран Европы и Северной Африки.

Моторно-редукторный блок одной стороной опирается на колесную пару, а другой крепится к раме с помощью подвески, на концах которой имеются упругие втулки для относительного перемещения между колесной парой и рамой. Предохранительный выступ защищает моторно-редукторный блок от падения на путь в случае разрушения подвески.

Пневматический монтаж тележки выполнен из нержавеющей стали с противокоррозионной обработкой внутренней поверхности.

Грузовой электровоз постоянного тока 2ЭС10 «Гранит» (Рис.2.33, Табл.2.16) создан в результате сотрудничества компаний ЗАО «Группа Синара» и «Сименс», и создания новой локомотивостроительной компании ООО «Уральские локомотивы» на производственной базе Уральского завода железнодорожного машиностроения. Это первый Российский грузовой электровоз постоянного тока с асинхронным тяговым приводом. По своим основным тяговым характеристикам он почти в два раза превосходит существующие электровозы постоянного тока, в частности серии ВЛ11. Внешний вид и механическая часть во многом схожи с электровозом 2ЭС6.

При разработке применены не совсем обычные для отечественной традиции решений. На двухсекционном электровозе используются четыре токоприемника. Используются они попарно – 1-3 и 2-4, если вести счет от кабины, где включен выключатель цепей управления. Это позволяет снизить радиопомехи на антенне электровоза, снизить количество колебаний напряжения на входе преобразователей, продлить ресурс накладок полоза и уменьшить износ контактных проводов. Применение двух токоприемников позволяет устанавливать на электровоз токоприемники на номинальный ток 2100А вместо 3200А. У таких токоприемников значительно меньше масса подвижной части, что в итоге также улучшает качество токосъема.

В конструкции применяется цельнометаллическая кабина и построенная на современных светодиодах система освещения. Светодиодными являются не только прожектора и буферные фонари, но даже светильники в машинном отделении и кабинах. Для обеспечения нормальных условий труда локомотивной бригады электровоз оснащается системой микроклимата, микроволновой печью и холодильником.

а – внешний вид

б – Кабина машиниста 2ЭС10

Рисунок 2.33 – Электровоз 2ЭС10

Кузов локомотивной секции опирается на две двухосные бесшкворневые тележки. Связи тележек с кузовом обеспечиваются с помощью пружин типа «Флексикойл» через упоры- ограничители и наклонные тяги. Применены вертикальные буксовые гидродемпферы, а также вертикальные и горизонтальные кузовные гидродемпферы. Колесные пары с рамой тележки связаны через буксовые пружины и односторонние буксовые поводки.

в – Компоновка оборудования

Рисунок 2.33 – Электровоз 2ЭС10

Таблица 2.16 – Техническая характеристика электровоза 2ЭС10

Род службы	Грузовой
Род тока	Постоянный
Подвешивание тяговых двигателей	Опорно-осевое
Номинальное напряжение на токоприемнике, кВ	3,0
Осевая формула	2 (2о – 2о)
Конструкционная скорость, км/ч	120
Статическая нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	245 ± 4,9
Масса сцепная электровоза с 0,7 запаса песка, т	190...202
Максимальная мощность на валах тяговых двигателей, кВт	8800
Максимальная сила тяги при трогании, в течение 15 минут, кН, не менее	784
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт, не менее	8400
Сила тяги продолжительного режима при скорости 55 км/ч, кН, не менее	538
Сила тяги продолжительного режима при скорости 80 км/ч, кН, не менее	370
Максимальная сила тяги при скорости 120 км/ч, кН, не менее	236
Диаметр нового колеса по кругу катания, мм	1250
Мощность электрического рекуперативного тормоза на валах тяговых двигателей, кВт	8400
Мощность электрического реостатного тормоза, кВт	5600
Передаточное отношение зубчатой передачи	107:17 (6,29)

Созданный локомотив существенно мощнее, чем электровозы тех серий, которые он в перспективе должен заменить (BЛ10, ВЛ11). При часовой мощности тяговых электродвигателей в 8800 кВт (против 5200 у ВЛ10), он теоретически сможет водить поезда, масса которых на 40-50% превысит стандартный для современной железной дороги. Создание трехсекционного локомотива позволило провести состав массой в 9000 т. Фактически, ограничителем в этом случае становится не мощность электровоза, а необходимость усиления мощностей тяговых подстанций электрифицированных железных дорог.

Стоимость жизненного цикла электровоза 2ЭС10 на 21% ниже, чем у эксплуатируемого сейчас электровоза ВЛ11.

В российских электровозах пятого поколения, которые создаются силами крупнейших российских компаний транспортного машиностроения и их зарубежных партнеров, реализованы последние мировые технические достижения в части конструкции, дизайна, энергосбережения и информационных технологий на транспорте.

Новые электровозы способны удовлетворить растущие потребности ОАО «РЖД» в современном и надежном тяговом подвижном составе.