Совершенствование техники электрических железных дорог

За время существования электрических железных дорог при сохранении принципа действия электровоза коренным образом изменялись техника электрических железных дорог, механическое и электрическое оборудование.

Применяются три системы электрической тяги:

1) постоянного тока,

2) переменного тока пониженной частоты,

3) переменного тока стандартной промышленной частоты 50 Гц.

До второй мировой войны применялись две первые системы, третья получила распространение в 1950-х – 60-х гг., когда началось интенсивное развитие преобразовательной техники и систем управления приводами.

В системе постоянного тока к токоприемникам подвижного состава подводится ток напряжением 3000 В (в некоторых странах 1500 В). Такой ток обеспечивают тяговые подстанции, на которых переменный ток высокого напряжения общепромышленных систем понижается до нужного значения и выпрямляется мощными полупроводниками выпрямителями. Система постоянного тока получила широкое распространение во многих странах мира.

Достоинством системы постоянного тока в то время была возможность применения коллекторных двигателей постоянного тока, обладающих превосходными тяговыми и эксплуатационными свойствами.

К числу ее недостатков относится сравнительно низкое значение напряжения в контактной сети, ограниченное допустимым значением напряжения двигателей, По этой причине по контактным проводам передаются значительные токи, вызывая потери энергии и затрудняя процесс токосъема в контакте между проводом и токоприемником.

Простота конструкции электровозов постоянного тока имела решающее значение для широкого использования системы постоянного тока во многих странах, в т.ч. на железных дорогах СССР. Построенные в 1930-е гг. электровозы серий ВЛ19, ПБ21-01, СС и др. – это электровозы постоянного тока.

В послевоенные годы были созданы электровозы постоянного тока серии ВЛ22. В 1950-е и начале 60-х гг. выпускался более мощный 8-осный 2-секционный электровоз постоянного тока ВЛ8, затем – серии ВЛ10.

Применение и развитиесистемы переменного тока было вызвано стремлением поднять напряжение в контактной сети и исключить из системы электрического питания процесс выпрямления тока. В странах Европы (ФРГ, Швейцария, Норвегия, Швеция и др.) использовалась система переменного тока напряжением 15000 В, имеющая пониженную частоту 16,6 Гц.

С 1960-х гг. в СССР и Франции создавалась новая более экономичная система электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети 25000 В. Для новых линий были созданы 6-осные электровозы ВЛ60, с ртутными выпрямителями, затем 8-осные электровозы ВЛ80, ВЛ80с с полупроводниковыми преобразователям. Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты.

Научно-техническая революция отразилась на конструкции электровозов и электропоездов. Новый электроподвижной состав изменился конструктивно и внешне. Увеличилось число осей у локомотивов.

Наиболее существенные изменения произошли в механическом и электрическом оборудовании. Созданы 8-осные ВЛ80Р и 12-осные ВЛ85 – электровозы переменного тока, отличающиеся высокими тяговыми и тормозными характеристиками.

В 1980-е гг. были разработаны конструкции мощных 2-х секционных 12-осных электровозов переменного тока ВЛ75 и постоянного тока ВЛ15, предназначенные для вождения тяжеловесных поездов на особо грузонапряженных участках; скоростной электропоезд ЭР200.

В начале 2000-х гг. были разработаны локомотивы новых серий, это:

· скоростной мультисистемный пассажирский электровоз ЭП20;

· грузовой электровоз с асинхронным тяговым приводом 2ЭС10 «Гранит» (мощность 8800 кВт, максимальная скорость 120 км/ч).

Электровоз «Гранит» построен на заводе «Уральские локомотивы» – совместном предприятии ЗАО «Группа Синара» и концерна «Сименс АГ»,

Собственный КПД электровозов достигает 88-90 % при общем КПД электрической тяги (с учетом КПД ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи и контактной сети) 22-24 %.