WikiSort.ru - Не сортированное

Электрово́з — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нем тяговыми электродвигателями, питаемыми электроэнергией из внешней электросети через контактную сеть, питаемую тяговыми подстанциями (реже также от бортовых аккумуляторов^[1]).

Классификация

При классификации электровозов можно выделить следующие признаки^[2]

• По роду службы — пассажирские (например, ЧС2, ЧС4, ЧС7, ЧС8, ЭП1, ЭП20), грузовые (например, ВЛ10, ВЛ15, ВЛ80, ВЛ85, 2ЭС6, Э5К, 2ЭС10), грузопассажирские (в Европе данный тип электровозов широко распространён, на постсоветском же пространстве это обычно модификации грузовых электровозов, имеющие электропневматический тормоз и оборудование для электроотопления поезда, или пассажирских с пониженным передаточным числом редуктора), 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.

Различие между типами электровозов по роду службы характеризуется силой тяги и конструктивной скоростью движения. Пассажирские электровозы имеют меньшую силу тяги и высокую скорость движения, грузовые — большую силу тяги и пониженную скорость движения. В некоторых сериях электровозов это достигалось изменением передаточного отношения зубчатой передачи. Маневровые электровозы обычно имеют меньшую мощность и большинство из них снабжается дополнительным источником тока — аккумуляторной батареей или дизель-генератором — для движения по неэлектрифицированным путям^[3].

• По типу питания:

  

  • контактные — самый распространённый тип электровозов, получающих питание через токоприёмник от расположенной вдоль путей контактной сети (контактного провода или рельса). Эти электровозы в свою очередь различаются по виду токоприёмников и расположению контактной сети. Наиболее распространённым видом токосъёма на всех железных дорогах кроме метрополитена является верхний токосъём с токоприёмником пантографного типа. На ряде промышленных линий, где подвешивание контактного провода сверху невозможно (например из-за необходимости насыпания грузов) применяется верхний боковой или боковой токосъём, в этом случае чаще всего токоприёмники имеют форму штанг или реек. В большинстве метрополитенов и на некоторых городских железных дорогах применяется нижний боковой или нижний межрельсовый токосъём, в этом случае в роли контактной сети используется контактный рельс, а на электровозе устанавливается рельсовый токоприёмник, как правило имеющий форму полоза.
  • аккумуляторные — не имеют токосъёмных устройств и питаются только от собственной аккумуляторной батареи, подзаряжаемой на станциях или в депо. Такие электровозы применяются в основном на шахтах и промышленных железных дорогах, где токоведущие части не могут применяться или представляют опасность по условиям эксплуатации, а также иногда в качестве маневровых локомотивов (например электровозы ЛАМ).
  • контактно-аккумуляторные — оборудованы токоприёмниками и аккумуляторными батареями и могут работать как от контактной сети, одновременно подзаряжая аккумуляторные батареи, так и от своих аккумуляторов при следовании на неэлектрифицированном участке. Используются в основном в шахтах и в качестве маневровых локомотивов, а также для служебных целей в некоторых метрополитенах.
  • бесконтактные — наименее распространённый тип электровозов, применяемых в основном в шахтах. Вдоль путей прокладывается индукционная шина, в которую подаётся ток высокой частоты, и за счёт электромагнитной индукции вокруг неё создаётся переменное магнитное поле, а на электровозе устанавливается катушка, в которой этим полем индуцируется ток тяговых электродвигателей.

• По роду тока питания — электровозы постоянного тока, в которых питающее напряжение подаётся на тяговое оборудование, и переменного тока, в которых оно понижается и выпрямляется перед подачей на тяговое оборудование. Электровозы каждого из родов тока делятся на множество классов в зависимости от величины напряжения, а в случае переменного тока — частоты. Например, в России на магистральных железных дорогах используются два типа: переменного тока — 25 кВ, 50 Гц (например, ВЛ80, ЧС4, ВЛ85, ЧС8, ВЛ41, Э5К, ЭП1, 2ЭС5) и постоянного тока — 3 кВ (например, ВЛ10, ЧС2, ЧС7, ВЛ15, ВЛ26, 2ЭС6, ЭП2К, 2ЭС4К)^[1]. 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. Для эксплуатации на участках с разным типом электрификации существуют многосистемные (двух-, трёх- и четырёхсистемные) электровозы (например, в России используются двухсистемные электровозы ВЛ82, ЭП10, ЭП20). Для эксплуатации на промышленных предприятиях, в карьерах и рудниках выпускаются электровозы с другими типами электрификации, например в России используются электровозы постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного тока 10 кВ. Существуют также электровозы трёхфазного переменного тока, получающие питание от трёхфазной контактной сети и применяемые в основном на промышленных предприятиях (на железных дорогах общего пользования такие электровозы не нашли широкого применения ввиду сложности контактной сети). Различие в применяемом токе и напряжении в первую очередь определяет различие в конструкции тяговых преобразователей и схеме электрической цепи, а также влияет на тип применяемых тяговых двигателей, вспомогательных машин и аппаратов^[4].
• По системе управления тяговыми электродвигателями:

  

  • Реостатно-контакторная система управления. Ток двигателей изменяется механическими переключениями в силовой цепи. На электровозах советского производства с такой системой переключения осуществляются групповым переключателем с пневматическим или электрическим приводом. На электровозах российского производства начала применяться усовершенствованная версия РКСУ, где переключения осуществляются независимыми контакторами с электронным управлением, также иногда выделяемая в отдельную, контакторно-транзисторную систему управления. Наиболее простая и дешёвая система регулирования, имеющая, однако, ряд серьёзных недостатков, такие как возможность питать только коллекторные тяговые электродвигатели, невозможность плавного изменения мощности двигателей (существенность этого недостатка может быть значительно уменьшена при использовании независимого возбуждения ТЭД от электронного преобразователя), высокие энергопотери в реостатах (уменьшены в современных электровозах с независимым возбуждением ТЭД, см. 2ЭС6).
  • Тиристорно-импульсная система управления. Ток двигателей регулируется импульсно при помощи тиристоров, что исключает пускотормозные реостаты и обеспечивает плавное регулирование мощности. На всех серийных советских и российских электровозах с ТИСУ (ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, Э5К) эта система выполнена в виде выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), регулирующих напряжение по зонно-фазовой схеме, путём подачи питания с различных отпаек тягового трансформатора (зоны) и открытия тиристоров на определённый угол синусоиды входного напряжения (фазовое регулирование).

  • Частотно-регулируемый привод. Принцип работы во многом схож с ТИСУ, используется для питания электродвигателей переменного тока (чаще всего трёхфазных асинхронных). Использует в своём составе инверторы, модулирующие для ТЭД переменный ток и регулирующие мощность за счёт изменения частоты и длительности импульсов при формировании аппроксимации синусоиды. При работе электровоза на переменном токе инверторы получают питание от выпрямителя или ВИП, при работе на постоянном — от входного фильтра. При движении с включенными электродвигателями, особенно при разгоне и торможении, электровозы издают характерный свист изменяющейся частоты. Все российские серийные электровозы такого типа (ЭП10, ЭП20, 2ЭС10, 2ЭС5) используют в составе привода тяговые преобразователи иностранного производства, исключение — промышленный электровоз НПМ2, однако существуют перспективы применения на магистральных электровозах полностью отечественного асинхронного привода.
• По типу тяговых электродвигателей.

  

  • С коллекторными двигателями. Сложны в обслуживании и в эксплуатации, так как имеют коллектор (фактически коллектор — постоянно работающий тяжелонагруженный механический переключатель со скользящими контактами), а при питании электровоза постоянным током требуют громоздких балластных реостатов, снижающих КПД. На электровозах переменного тока управление существенно проще и экономичнее за счёт коммутации секций главного трансформатора. Такой тип привода с освоением мощной силовой электроники стал постепенно выходить из эксплуатации, однако в России до сих пор массово выпускаются некоторые серии электровозов с коллекторным приводом, в основном, за счёт дешевизны и хорошей освоенности такого типа привода.
  • С асинхронными двигателями. Двигатель конструктивно очень прост, легко переносит механические перегрузки, но требует для питания трёхфазный переменный ток. Это, в свою очередь, требует либо подвода к электровозу трёхфазного питания непосредственно, как сделано на некоторых железных дорогах Италии, либо выработки его на локомотиве с помощью статических (на современных и перспективных машинах) или машинных преобразователей (устаревшее и нетехнологичное решение, практически нивелирующее преимущества асинхронных двигателей перед коллекторными).
  • С вентильными двигателями. Сочетают некоторые преимущества обоих предыдущих типов. Например, отсутствие коллектора положительно сказывается на долговечности и простоте в обслуживании, и, в то же время, в тяговом приводе могут быть использованы более дешёвые незапираемые тиристоры. Однако синхронные двигатели уступают асинхронным в простоте и стоимости производства, так как либо на них должны применяться мощные постоянные магниты, либо они всё же имеют скользящий контакт подвода постоянного тока к ротору, снижающий надёжность электромашины. Такой тип привода имел, в частности, российский электровоз ЭП200, не пошедший в серию.
• По типу тягового привода (тяговой передачи). В России применяется следующая классификация электровозов^[5][6]:
  • Тяговый привод 1-го класса: опорно-осевое («трамвайное», хотя именно на трамваях широко применялось до начала 30х годов XX века, а ныне используется исключительно редко) 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, однако для грузовых электровозов она до сих пор считается допустимой, в особенности для электровозов с более устойчивыми к динамическим нагрузкам асинхронными двигателями. Ныне в России такая конструктивная схема применяется на всех грузовых и некоторых грузопассажирских электровозах. Современные колёсно-моторные блоки с тяговым приводом первого класса обычно имеют моторно-осевой подшипник качения.
  • 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 пониженные нагрузки на путь и на двигатель.
  • Тяговый привод 3-го класса: опорно-рамные двигатель и редуктор. Редуктор связан с колёсной парой посредством полого карданного вала и муфт(ы). Это полностью исключает из необрессоренной массы не только двигатель, но и редуктор. Из серийных электровозов, построенных в СССР и России, такое подвешивание имеют только пассажирские электровозы ЭП2К и ЭП20, выпускающиеся, соответственно, на Коломенском и Новочеркасском заводах.
• По типу передачи вращающего момента с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым (например, ВЛ40, ВЛ83) и индивидуальным приводом. Под индивидуальным приводом понимается такая передача, при которой вращающий момент передаётся на каждую движущую колёсную пару от одиночного или сдвоенного тягового двигателя. Под групповым приводом понимается такая передача, при которой вращающий момент одного или двух тяговых двигателей передаётся группе движущих колёсных пар, соединённых между собой спарниками или зубчатой передачей. Современные электровозы как правило имеют индивидуальный привод, который удобнее как в эксплуатации, так и в ремонте^[7].
• По наличию и типу электрического торможения — с рекуперативным, реостатным торможением, их сочетанием или вовсе отсутствием электрического торможения.

• По числу секций — одно-, двух-, трёх- и четырёхсекционные. Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по СМЕ.
• По осевой формуле — электровозы разделяются в соответствии с числом и размещением движущих и поддерживающих (бегунковых) колёсных пар. Число и размещение колёсных пар каждого вида обычно обозначается цифровыми формулами. В этих формулах одноосная бегунковая тележка обозначается цифрой 1, двухосная — цифрой 2, затем следует знак «тире» (—) и цифровое обозначение числа движущих колёсных пар, расположенных в каждой движущей тележке. Если тележки имеют сочленение, то между цифрами, обозначающими число колёсных пар, в них ставится знак «плюс» (+). В конце формулы указывается число колёсных пар в задней бегунковой тележке. Если поддерживающих осей электровоз не имеет, то в начале и в конце формулы ставится цифра 0. В случае применения на электровозе индивидуального привода очень часто цифровое обозначение числа движущих колёсных пар дополняется индексом ₀. На железных дорогах России нормальной колеи эксплуатировались электровозы с четырёхосными (две двухосные тележки с осевой формулой 0—2₀—2₀—0), шестиосными (две трёхосные тележки с осевой формулой 0—3₀+3₀—0 или 0—3₀−3₀—0 либо три двухосные тележки с осевой формулой 0—2₀—0—2₀—2₀−0) и восьмиосными секциями (две сочленённые четырёхосные тележки с осевой формулой 0—2₀+2₀—2₀+2₀—0). У многосекционных электровозов тележки между различными секциями как правило не имеют сочленения и чаще всего применяются независимые тележки, однако встречаются и двухсекционные электровозы с тележками, сочленёнными между секциями (осевая формула — 0—2₀+2₀+2₀+2₀—0), например ВЛ8^[8]. На узкоколейных железных дорогах встречаются электровозы с одноосными тележками (осевая формула — 0—1₀−1₀—0) или жёсткой базой (осевая формула — 0—2₀—0).

Конструкция

Электровоз состоит из механической части, электрического и пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью, максимальной скоростью и другими условиями эксплуатации, для которых проектируется электровоз^[1].

Электрическая часть

Электрическая часть электровоза включает в себя тяговые двигатели, преобразователи тока и напряжения, аппараты, осуществляющие подключение двигателей и вспомогательных машин под напряжение и регулирующие их работу, аппараты управления, вспомогательные машины, токоведущее оборудование, а также приборы освещения, отопления электровоза и электроизмерительные приборы^[12].

Токоведущее оборудование

Токоведущее оборудование, размещаемое на крыше или капотах электровоза, служит для присоединения электрических устройств электровоза к контактной сети, через которую электровоз получает энергию для своей работы, и подвода питания к электрическим аппаратам локомотива^[12]. Для обеспечения токосъёма с контактной сети используются токоприёмники, устанавливаемые на крыше электровоза^[1]. Для передачи энергии от токоприёмника к электрическим аппаратам используются токоведущие шины и проходные изоляторы. Также на крыше электровоза устанавливаются различные коммутационные аппараты, такие как главные воздушные выключатели (служат для отключения цепи на электровозах переменного тока), переключатели родов тока (на многосистемных электровозах) и разъединители для отключения от электрической цепи неисправных токоприёмников.

В системе электровоза, ток проходит от контактной сети через токоприёмник, затем через токоведущие шины, аппараты защиты и главный ввод подаётся на включающие, преобразующие и регулирующие аппараты, затем поступает в тяговые двигатели или вспомогательные машины, после которых через специальные электрические соединения переходит на колёсные пары и проходит по рельсовой цепи^[12].

Преобразователи электрической энергии

Преобразователи электрической энергии служат для преобразования рода тока и понижения входного напряжения контактной сети до требуемых величин перед подачей на тяговые электродвигатели, вспомогательные машины и прочие цепи электровоза. На электровозах переменного тока устанавливается тяговый трансформатор для понижения входного высокого напряжения, а также выпрямительная установка и сглаживающие реакторы для преобразования входного переменного тока в постоянный. Для питания вспомогательных машин могут устанавливаться статические преобразователи напряжения и тока. На электровозах с асинхронным приводом обоих родов тока устанавливаются тяговые инверторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток регулируемого напряжения и частоты, подаваемый на тяговые двигатели.

• 
  Трансформатор электровоза со снятым защитным кожухом
• 
  Диодная выпрямительная установка электровоза ВЛ80С
• 
  Преобразователь частоты и числа фаз для вспомогательных цепей электровоза ЭП1М

Коммутационное и регулирующее оборудование

Коммутационное оборудование электровоза состоит из индивидуальных и групповых контакторов, служащих для выполнения переключений в силовой цепи электровоза и цепях вспомогательных машин. Аппараты коммутации обеспечивают: включение тяговых двигателей и электромашинных агрегатов в работу и их выключение, устанавливают требуемое направление и скорость вращения тяговых двигателей^[12]. Аппараты дистанционного управления, установленные в кабине, посредством управляющего воздействия машиниста — приводят в действие приводы управления аппаратов коммутации и тем регулирует работу двигателей и вспомогательных машин^[9].

Регулирование мощности и скорости движения (и тягового усилия) электровоза производится путём изменения напряжения на якоре и коэффициента возбуждения на коллекторных ТЭД или изменением частоты и напряжения питающего тока на асинхронных ТЭД. Регулирование напряжения выполняется несколькими способами:

• на электровозах постоянного тока — путём переключения групп тяговых двигателей с последовательного соединения (все ТЭД электровоза соединяются последовательно, напряжение на один ТЭД восьмиосного электровоза — 375 В при напряжении в контактной сети 3 кВ) на последовательно-параллельное (2 группы по 4 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 750 В), на параллельное (4 группы по 2 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 1500 В), при этом для получения промежуточных значений напряжения на ТЭД в цепь включаются группы реостатов, что позволяет получить ступени регулирования в 40—60 В, но в то же время приводит к потере части электроэнергии, преобразуемой на реостатах в тепло и выбрасываемой в атмосферу.
• на электровозах переменного тока — путём переключения выводов вторичной обмотки трансформатора (электровозы ВЛ60, ВЛ80 (кроме ВЛ80^р)), путём переключения выводов первичной обмотки трансформатора (электровозы ЧС4, ЧС4Т, ЧС8), путём плавного регулирования напряжения с помощью ВИП (выпрямительно-инверторного преобразователя) (электровозы ВЛ80^р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, 2ЭС5К).
• на электровозах с асинхронным тяговым приводом — путём преобразования постоянного тока в переменный ток регулируемой частоты и напряжения, модулируемого на тяговых инверторах. Данная схема может применяться на электровозах как постоянного, так и переменного тока; на последних она используется с выпрямительно-инверторными преобразователями, осуществляющими первичное преобразование входного переменного тока в постоянный.

Переключение ступеней регулирования осуществляется либо вручную, путём поворота ручки контроллера машиниста, либо автоматически в современных моделях с микропроцессорной системой управления (на основе заданных машинистом скорости движения и максимального тока ТЭД).

• 
  Групповой реостатный переключатель, отключатель двигателей и реверсор электровоза постоянного тока ВЛ23
• 
  Переключатель ступеней обмотки трансформатора электровоза переменного тока ЧС4т
• 
  Блок управляющей электроники электровоза 2ЭВ120 с асинхронным тяговым приводом

Тяговые электродвигатели

Двигатели, приводящие электровоз в движение, называют тяговыми электродвигателями (ТЭД). Тяговые двигатели могут работать также и в режиме генератора. Это свойство используется для электрического торможения. Если электроэнергия, вырабатываемая при вращении ТЭД, гасится на тормозных реостатах, это называется реостатным торможением. Если электроэнергия возвращается в контактную сеть, то такое торможение называется рекуперативным.

• 
  На первых электровозах тяговые двигатели были очень громоздкими, размещаясь внутри кузова, и приводили в движение несколько колёсных пар. На фото — тележка и тяговый двигатель электровоза EP242
• 
  На современных электровозах тяговые двигатели размещаются на тележках и приводят индивидуальную колёсную пару через редуктор. На фото — двигатель электровоза 181, снятый с колёсной пары

Вспомогательные машины

Вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, фазорасщепители) служат для получения сжатого воздуха, используемого при действии автоматических тормозов и для приведения в действие аппаратов электровоза, для подачи воздуха, охлаждающего тяговые двигатели во время их работы, для выработки электроэнергии низкого напряжения, используемой при управлении электровозом^[12].

• 
  Мотор-компрессор и блок охлаждения трансформатора в электровозе ЧС4. Справа виден мотор-вентилятор
• 
  Мотор-компрессор и мотор-генератор в электровозе ВЛ10

История электровоза

Попытки использовать электрическую энергию для механической работы предпринимались с начала XIX века. Опыты Б. С. Якоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для создания автономных видов электрической тяги. Одновременно в США, Германии, Франции проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 году Р. Дэвидсон совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 тонн на участке железной дороги Глазго — Эдинбург. В 1845 году профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон — Бладенсбург. При первых поездках опытный электровоз достиг скорости 30 км/ч.

В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л. с., созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 160 В^[16].

В декабре 1879 года Вильям Хаммер начал работать помощником в лаборатории Томаса Эдисона и участвовал в экспериментах по созданию электровоза.

Начиная с 22 августа (3 сентября) 1880 года Фёдор Аполлонович Пироцкий в течение примерно месяца проводил испытания экспериментального электрического трамвая, представлявшего собой вагон конки с электрической тягой, питавшийся через два рельса.

В 1881 году первый электрический трамвай, построенный компанией Siemens & Halske, прошёл по железной дороге между Берлином и Лихтерфельдом, при этом первоначально была использована схема питания через два рельса, впоследствии был применен верхний провод.

Важный вклад в создание электровоза внёс американский изобретатель Лео Дафт (англ. Leo Daft)^[17]. В 1883 году он построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampère). Эта машина имела массу в две тонны и могла тянуть десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч), а мощность составляла 25 л. с. — значительный прогресс по сравнению с самым первым электровозом Сименса. После «Ампера» Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti). Позднее Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города и очень капризной в эксплуатации.

Тем не менее электрическая тяга оказалась очень эффективной, и уже к 1900 году во многих странах появляются электрические локомотивы, пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототип электропоездов) и трамваи.

В октябре 1903 года поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/ч на участке между Мариенфельде и Цоссеном в районе Берлина.

Первым в мире был электрифицирован 6-километровый участок на железной дороге Балтимор — Огайо в 1895 году. На нём электроэнергия подводилась к электровозу по третьему рельсу. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было 650 В. Первая железнодорожная линия, электрифицированная на всём своём протяжении (106 км) появилась в Италии в 1902 г.

Во Франции и Англии в 20-х годах XX столетия электрифицировали дороги на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В, в настоящее время только 1500 вольт во Франции и 750 вольт с питанием через контактный рельс на юге Англии. В Бельгии был принят постоянный ток напряжением 3000 В.

История электровоза в России

16 июня 1913 года у станции Стрельна состоялась торжественная закладка первой в России электрической железной дороги. Линия должна была начинаться у Нарвских ворот в Санкт-Петербурге, а заканчиваться в селе Красная горка за Ораниенбаумом. Было создано акционерное общество с капиталом 8 миллионов рублей^[18].

Нехватка в СССР паровозного парка в 1920-е годы, электрификация страны по плану ГОЭЛРО и наличие в стране трудных по профилю участков заставили всерьёз заняться проектированием и строительством электровозов. Первым участком, электрифицированным в СССР, был Баку — Сабунчи, но там электрификация строилась под пригородное движение^[19][20].

26 августа 1929 года прошла первая электричка по электрифицированному участку пути от Москвы до Мытищ^[20].

Следующим участком стал Сурамский перевал (Хашури — Зестафони). Этот участок Поти-Тифлисской железной дороги был построен в 1872 году, имел первоначально подъёмы до 46 ‰ (то есть на километр пути приходилось 46 метров подъёма), в 1890 году были проведены работы по смягчению профиля участка до 29 ‰.

Работы по электрификации Сурамского перевального участка были начаты в 1928 году, тогда же НКПС начал искать возможность размещения заказа на электровозы для этого участка. Были получены предложения от 6 иностранных фирм. НКПС свой выбор остановил на предложениях Дженерал Электрик (США) и Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri (Италия). С этими фирмами и был заключён контракт на поставку электровозов. Дженерал Электрик должна была поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными ТЭД, а на 6 других ТЭД производства московского завода «Динамо» должны были установить уже в СССР. Итальянской фирме было заказано 7 электровозов.

В 1932 году построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури, где получили обозначение серии С10. 2 августа 1932 года прошла первая обкатка магистрального электровоза на участке Хашури — Лихи. 16 августа 1932 года состоялось торжественное открытие электрифицированного участка — пассажирский поезд провёл электровоз С10-03. После этого была начата штатная эксплуатация электровозов с поездами.

В 1929 году на заводе «Динамо» и Коломенском заводе началась подготовка производства электрического оборудования и механической части электровозов. К 1 мая 1932 года завод «Динамо» выпустил два первых тяговых электродвигателя ДПЭ3-340 (Динамо, Постоянного тока, Электровозный, 340 — мощность часового режима в кВт). В августе 1932 года с Коломенского завода поступила механическая часть электровоза. Собранный электровоз получил серию Сс (Сурамский Советский) и был обкатан в ноябре 1932 года на Северных железных дорогах.

С 15 марта 1932 года начато рабочее проектирование электровоза постоянного тока, впоследствии получившего серию ВЛ19. 6 ноября 1932 года первый отечественный электровоз был выпущен и также поступил для испытаний на Сурамский участок. Электровоз серии ВЛ22 начали проектировать в первой половине 1938 года, а уже в сентябре 1938 года первый электровоз этой модели был выпущен. Великая Отечественная война прервала выпуск электровозов, но уже в июне 1944 года завод «Динамо» начал сборку последнего своего электровоза ВЛ22-184. После этого электровозы начал строить Новочеркасский электровозостроительный завод, созданный на месте разрушенного в годы войны паровозостроительного завода. Первый новочеркасский электровоз — ВЛ22-185 — был выпущен в июне 1946 года.

В марте 1953 года был выпущен первый спроектированный НЭВЗом электровоз — Н8 (Новочеркасский восьмиосный). С января 1963 года данная серия получает обозначение ВЛ8 (буквы ВЛ в названии всех серий электровозов — от инициалов Ленина). Всего было выпущено 1715 ед. электровозов этой модели. Эта модель стала первой по-настоящему массовой.

В 1954 году НЭВЗ изготавливает по своему проекту два опытных электровоза переменного тока, первоначально получивших обозначение НО (Новочеркасский Однофазный), — с января 1963 года название этой модели было заменено на ВЛ61. Электровозы, которых было построено в 1954—1958 годах 12 ед., поступают для эксплуатации на участок Ожерелье — Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги, работы по электрификации которого на переменном токе были проведены в 1955 год—1956 годах.

На XX съезде КПСС было принято решение о начале массового внедрения на советских железных дорогах тепловозной и электровозной видов тяги, а также о прекращении строительства паровозов. В том же году крупнейшие в СССР паровозостроительные заводы, Коломенский и Ворошиловградский, выпустили свои последние паровозы — пассажирский П36-251 и грузовой ЛВ-522 соответственно. Вместо них указанные заводы перешли на выпуск тепловозов ТЭ3^[21].

Однако дефицит электровозов продолжал ощущаться. В связи с этим на 1956 год, наряду с приобретением тепловозов в Австрии, было запланировано приобретение в Чехословакии двух магистральных электровозов (фактически они были поставлены в 1957 году)^[22].

Постановлением Совета министров СССР № 1106 от 3 октября 1958 года на сети железных дорог СССР было начата электрификация на переменном токе. За 1959—1960 год новая система была введена на линиях протяжённостью 1220 км^[23].

В начале 1959 года прошёл внеочередной XXI съезд КПСС. Решениями съезда было намечено проведение коренной технической реконструкции железнодорожного транспорта путём замены паровозов экономичными локомотивами — электровозами и тепловозами^[1]. В этой связи в СССР были интенсифицированы разработки новых моделей электровозов, увеличивались производственные мощности для их серийного выпуска.

В 1961 году Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ) выпустил первый электровоз Т8 по своему проекту. По доработанному в результате испытаний проекту в 1961 году завод изготовил второй электровоз этой модели. В 1963 году электровозы получают новое обозначение — ВЛ10. Электровозы ВЛ10 строились в Новочеркасске (1969—1976) и Тбилиси (1961—1977), — всего выпущено 1799 электровозов. Механическую часть для первых 20 ВЛ10, собиравшихся в Тбилиси, изготовил Луганский завод, а для всех других ВЛ10 изготавливал НЭВЗ.

Электровозы железных дорог бывшего СССР

Основные грузовые электровозы
СССР и России

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.

Основные пассажирские электровозы
СССР и России

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, 2ЭС10), так и переменного тока (пассажирские ЭП1М, ЭП1П; грузовые 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К). Выпущена партия двухсистемных пассажирских электровозов ЭП10 (12 единиц), продолжается выпуск пассажирских двухсистемных электровозов ЭП20. Официальные результаты опытной эксплуатации ЭП10 не опубликованы, однако существует ряд негативных мнений в СМИ^[24][25][26]. Кроме большого ряда недоработок, свойственного для опытных электровозов, причиной частой отставки от эксплуатации послужили выходы из строя тяговых электродвигателей.

Ведётся производство магистрального грузовых электровозов переменного тока 2ЭС5 и 2ЭС7 в рамках программы создания электровозов нового поколения. С 2018 года вместо 2ЭС5 планируется производить электровоз 2ЭС5С, являющийся аналогом 2ЭС5К по механической и 2ЭС5 по электрической части, но с применением отечественного электрооборудования. Второй проект — двухсистемный пассажирский ЭП20 — уже закончен и пошёл в серию.

Список всех серийных электровозов:

ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23, ВЛ60, ВЛ80, ВЛ82, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП2К, ЭП10, ЭП20, Э5К, 2ЭС4К, 2ЭС5, 2ЭС5К, 2ЭС6, 2ЭС7, 2ЭС10, 2ЭС20, 3ЭС5К, ЧС1, ЧС2, ЧС3, ЧС4, ЧС6, ЧС7, ЧС8, ЧС200.

Список опытных и малосерийных электровозов:

ВЛ12, ВЛ40, ВЛ61, ВЛ62, ВЛ81, ВЛ83, ВЛ84, ВЛ86ф, ЧС5, KZ4A, ЭП200, 2ЭC5C.

Электровозы узкой колеи

 

Основные узкоколейные электровозы
СССР и России

В СССР также выпускались и эксплуатировались электровозы, предназначенные для эксплуатации на железных дорогах узкой колеи.

Для работы на электрифицированных УЖД были разработаны и выпускались электровозы узкой колеи. Основным производителем таких электровозов был Днепропетровский электровозостроительный завод, для торфяной промышленности электровозы и электротепловозы выпускал Демиховский завод в г. Орехово-Зуево, некоторое количество электровозов для УЖД было приобретено за рубежом, в частности в Чехословакии.

Хронологически производство и эксплуатацию электровозов для узкой колеи в СССР можно разделить на два периода: довоенный и послевоенный. Довоенный период был связан в основном с импортом узкоколейных электровозов (заводов Baldwin, AEG, Маффей-Шварцкопф) и созданием опытных образцов в СССР (завод «Динамо»). Послевоенный связан с началом массового серийного производства таких локомотивов (К-10, К-14, П-КО-1, ЭТу-4, ЭКоу-4, ЭД-16, ЭД-18, ЭЛ-1, ЭЛ-2I0-КП, II-КП-2А/2Б, II-КП-3А, ТЭУ-1, ПЭУ1, ПЭУ2, ЧС11).

Электровозы других стран мира

Северная Америка

США были пионерами в электровозостроении и электрификации железных дорог, и в 20—30-х гг. XX века являлись страной с самым развитым производством электровозов. Основной компанией-производителем американских электровозов была Дженерал Электрик. Но дальнейшее развитие и совершенствование дизелестроения, и особенности эксплуатации железных дорог США, приостановили дальнейшее развитие электровозов и электрификации в США. В результате производство электровозов сошло на нет, ибо импорт электровозов из-за рубежа был более рентабельным (по причине ограниченной потребности в них), нежели налаживание собственного производства.

В результате с 1970-х гг. практически все вновь поступающие в эксплуатацию электровозы — импортные, и только небольшая часть МВПС (моторовагонного подвижного состава), производилась в самих США и зачастую по иностранным лицензиям. Основным поставщиком новых электровозов в США за это время стала шведская компания ASEA (ныне являющаяся подразделением канадской компании Bombardier). По её же лицензии производилась большая часть электроподвижного состава в США.

В Канаде производителем электровозов является компания Bombardier.

Европа

Производителями электровозов в Европе являются корпорации Alstom, ADtranz, Bombardier, Škoda, Siemens AG (например, BR 185, E44, E64^[de]. Производство электровозов осуществляется в Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Испании, Великобритании, Турции, Чехии, Польше. На Европу приходится большая часть всех электрифицированных железных дорог в мире, соответственно в Европе же электровозостроение получило наибольшее развитие. Производство электровозов в Европе покрывает не только внутриевропейские потребности в данных типах локомотивов, но и составляют большую часть всего общемирового экспорта электровозов.

На электрифицированных железных дорогах Европы вследствие присутствия разных видов электрификации используются электровозы различных систем питания и напряжения: Нидерланды — 1500 В, Бельгия, Италия, Польша, Россия, Испания — 3000 В, , Великобритания — 750 В.

Азия

Электровозы в странах Азии производятся в Японии, Южной Корее, Индии, Китае и КНДР. (На железных дорогах прочих азиатских странах электротяга широкого распространения не получила.) Кроме указанных стран, электрическая тяга получила развитие в Казахстане, Узбекистане, Иране, но собственного производства ЭПС в этих странах нет. Например, Казахстан значительную часть электровозов импортирует из Франции^{[источник не указан 2287 дней]}.

Китай

На 1995 год в Китае лишь 88,5 % от объёма перевозок было выполнено тепловозами и электровозами, 11,5 % всё ещё составляют перевозки, выполненные паровозами^[31]. Производством электровозов в Китае занимается корпорация LORIC (завод расположен в Чжучжоу).

На 1999 год выпускались: SS₃ с фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях, SS₄ — двухсекционные восьмиосные для вождения тяжёлых составов (также с фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях), SS_6B с двухсегментным бесступенчатым фазовым регулированием напряжения на тяговых двигателях и SS₇ с таким же регулированием напряжения и тремя двухосными тележками для работы на линиях с большим числом кривых малого радиуса.

Пассажирские электровозы SS₆ и SS₈, разработанные в 1990-х годах, имеют опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей и тяговую передачу с полым валом.

Все выпускаемые в Китае электровозы в соответствии с принятой на китайских электрифицированных железных дорогах системой тягового электроснабжения рассчитаны на питание от сети переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50/60 Гц.

В 2004 году Китай начал поставку партии из 12 электровозов в Узбекистан. В Казахстан были отправлены 3 экспериментальных универсальных электровозов KZ4A. В 2008 году Китаем отправлено в Казахстан ещё 2 электровоза серии KZ4A.

Другие страны

Австралия

Начиная с 1919 года начата электрификация на пригородных участках. Первым был электрифицирован на постоянном токе 1500 В участок железной дороги вблизи Мельбурна. По той же системе был электрифицирован участок вблизи Сиднея в 1926 году. Значительно позднее, в 1979 году на переменном токе 25 кВ были электрифицированы пригородные участки Брисбена и Перта.

В 1980-е годы была электрифицирована на переменном токе также часть линий, задействованных для грузовых перевозок (главным образом для перевозки угля). Для перевозок использовались четырёхосные электровозы Victorian Railways E class^[en] и Victorian Railways L class^[en].

Из общей протяжённости железных дорог континента 41 300 км электрифицированы на 2000 год всего 2540 км или всего 6,1 %^[32].

Африка

Электрификация получила слабое развитие на железных дорогах африканского континента. Единственная африканская страна с большой протяжённостью электрифицированных железных дорог — Южно-Африканская Республика.

Кроме ЮАР, электрифицированные железные дороги имеются в Намибии, Зимбабве, Замбии, Заире, Марокко, Тунисе, Алжире, Египте. Но, не считая Марокко, на электрифицированных железных дорогах вышеуказанных стран объём перевозок незначителен по сравнению с тепловозной тягой.

Промышленное производство электровозов имеется в ЮАР, мелкосерийное производство электровозов по иностранным лицензиям налажено и в Зимбабве.

Преимущества и недостатки электровозов

Как и другим типам локомотивов, электровозам присущи как преимущества, так и недостатки.

Преимущества:

• Электровоз — экологически чистый локомотив. Сам по себе электровоз не создаёт выбросов в атмосферу, как это делают тепловоз и особенно паровоз. По причине «чистоты» массовое применение электровозов началось именно на тоннельно-перевальных участках, где паровозный дым существенно затруднял работу. И даже с учётом загрязнений от ТЭС, которые вырабатывают электроэнергию для тяговых подстанций, электровоз значительно чище тепловозов.
• Электровоз при тех же габаритах, массе и технологическом уровне имеет значительно большую мощность, чем тепловоз, а тем более, паровоз. Например, двухсекционный двенадцатиосный электровоз ВЛ85 имет мощность 10000 кВт, а равный ему по массе и числу осей тепловоз 2ТЭ116 - всего 4500 кВт.
• Высокий КПД. Даже с учётом КПД электростанций и энергосетей полнота использования теплоты сгораемого топлива в системе «ТЭЦ — энергосистема — электровоз» выше, чем для тепловоза, а тем более для паровоза. При питании электровозов от ГЭС, АЭС, ГеоТЭС, гелиоэлектростанций КПД ещё выше.
• Конструкция электровоза, особенно современного, с электронным управлением тяговыми двигателями, проще конструкции тепловоза.
• Среди всех локомотивов электровозы характеризуются наиболее простым управлением (кроме старых электровозов постоянного тока с РКСУ первого поколения, где необходимо выдерживать ходовые позиции) и лучше всего поддаются автоматизации. По этой причине системы автоведения поездов впервые стали применять именно на электровозах.
• Достижимы высокие скорости движения, рекорд скорости — 375 км/ч^[33]
• Экипированный электровоз готов к поездке сразу же после поднятия токоприемника в любое время года. Тепловоз нуждается в длительной процедуре запуска и прогрева дизельного двигателя, особенно зимой, а подготовка холодного паровоза к первому рейсу занимает около 8 часов.

Недостатки:

• Для эксплуатации электровозов требуется сложная инфраструктура: контактная сеть, тяговые подстанции — по этой причине электровозы экономически выгодно использовать только в качестве магистральных локомотивов на железных дорогах с большим трафиком. (Маневровые электровозы рентабельно использовать только на крупных электрифицированных станциях.)
• Повышенная электрическая опасность как самого электровоза, так и электрифицированных железнодорожных путей. Особенно при использовании электрификации на переменном токе высокого напряжения.
• Повышенная, как и у тепловозов с электротрансмиссией, металлоёмкость электрооборудования. Особенно это относится к электровозам переменного тока, имеющим тяговый трансформатор и старым электровозам с РКСУ. У современных электровозов металлоемкость существенно снижена.
• Электровозы, особенно мощные являются сильными источниками электромагнитных помех и создают сильно неравномерную нагрузку на питающую сеть.
• Мощность одного электровоза типа ВЛ80 сопоставима с мощностью, потребляемой примерно 1500 квартир. Поэтому применение электровозной тяги существенно ухудшает качество энергоснабжения населенных пунктов, питаемых от одной ЛЭП с железной дорогой: возникает дефицит мощности, возникают значительные колебания напряжения сети.
• Сложность постановки в депо — требуется маневровый локомотив. В зданиях депо, по соображениям безопасности, часто отсутствует контактный провод — это ещё одна причина, по которой электровоз целесообразно использовать только в качестве магистрального локомотива.

Производители электровозов

• Московский завод «Динамо» СССР СССР — выпуск электровозов с 1929 по 1944 год
• Новочеркасский электровозостроительный завод Россия Россия (НЭВЗ) — серийный выпуск электровозов с 1946 год
• Тбилисский электровозостроительный завод СССР СССР (ТЭВЗ) — серийный выпуск электровозов с 1957 года
• Коломенский тепловозостроительный завод Россия Россия (КЗ) — выпуск электровозов с 1929 по 1944 год, 1996 и с 2006 года
• Уральский завод железнодорожного машиностроения Россия Россия (УЗЖМ) — серийный выпуск грузовых магистральных электровозов постоянного тока с 2006 года
• Энгельсский локомотивный завод Россия Россия — выпуск электровозов с 2015 года
• Днепропетровский электровозостроительный завод Украина Украина (ДЭВЗ, с 2000 — НПК «Электровозостроение») — выпуск промышленных и маневровых электровозов в СССР и строительство магистральных электровозов на Украине (ДЭ1, ДС3)
• Ворошиловградский тепловозостроительный завод Украина Украина
• Пльзеньский завод им. В. И. Ленина Чехословакия Чехословакия
• Electro-Motive Diesel США США
• Siemens AG Германия Германия
• Alstom Франция Франция
• Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Швеция Швеция
• Астанинский Электровозосборочный заводКазахстан Казахстан — серийный выпуск электровозовKZ4AT, KZ8A на переменном токе с 2013 года

Заводы, ремонтирующие электровозы

• Запорожский электровозоремонтный завод
• Львовский локомотиворемонтный завод
• Новосибирский электровозоремонтный завод
• Оренбургский локомотиворемонтный завод
• Ростовский электровозоремонтный завод
• Екатеринбургский электровозоремонтный завод (Свердловский)
• Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод
• Уссурийский локомотиворемонтный завод
• Челябинский электровозоремонтный завод
• Ярославский электровозоремонтный завод
• Атбасарский электровозоремонтный завод

См. также

В Викисловаре есть статья «электровоз»

	Электровоз на Викискладе

• Контактно-аккумуляторный электровоз
• Сводная таблица локомотивов отечественных железных дорог

Примечания

Литература

• Сидоров Н. И., Сидорова Н. Н. Как устроен и работает электровоз. — М: Транспорт, 1988. — 223 с. — 70 000 экз. — ISBN 5-277-00191-3.
• Витевский И. В., Чернявский С. Н. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока. — М: Трансжелдориздат, 1959. — 495 с.
• Калинин В. К., Михайлов Н. М., Хлебников В. Н. Электроподвижной состав железных дорог. — М: Транспорт, 1972. — 536 с.
• Костюковский М. А. Управление электропоездом и его обслуживание. — М: Транспорт, 1980. — 208 с.
• Баранов Б. К., Калинин В. К., Карцер М. А. Магистральные электровозы. Электрические аппараты и схемы. — М: Машиностроение, 1969. — 367 с.
• Бочаров В. И., Попов В. И., Тушканов В. И. Магистральные электровозы переменного тока. — М: Транспорт, 1976. — 480 с.
• Осипов С. И. Основы электрической и тепловозной тяги. — М: Транспорт, 1985. — 408 с.
• Розенфельд В. Е., Исаев И. П., Сидоров Н. Н. Теория электрической тяги. — М: Транспорт, 1983. — 328 с.