Компоновочная схема электровоза

Попытки применения электродвигателей для создания движущей силы в транспортных средствах предпринимались с начала XIX в. Так русский академик Б.С. Якоби в 1834 г. продемонстрировал на реке Неве работу лодки с электроприводом, получавшим питание от электрохимических батарей.
Первый электрифицированный участок Баку—Сабунчи—Сураханы на постоянном токе напряжением 1200 В, протяженностью 19 км был введен 6 июля 1962 г.
При электрической тяге применяется централизованное энергоснабжение, когда все потребители энергии питаются от общей электроэнергетической системы. Это дает возможность использования энергии из любых первичных источников — тепловых, гидравлических и атомных электростанций.
Электровозы постоянно соединены с системой электроснабжения. Это дает возможность применять рекуперативное торможение, при котором тяговые электродвигатели работают в режиме генератора и вырабатывают электроэнергию, возвращая ее в систему электроснабжения. При этом снижается износ тормозных колодок и бандажей колес. Особенно эффективно применение рекуперативного торможения на затяжных спусках.
Электровозы имеют кузов, внутри которого размещается кабина машиниста с аппаратами управления, контрольно-измерительными приборами, тормозными кранами. В средней части кузова располагается высоковольтная камера с электрической аппаратурой. Кроме того, в кузове размещены вспомогательные машины — мотор-компрессор, мотор-вентилятор, генераторы тока управления и другие.
Кузов электровоза опирается на тележки, которые могут быть как двухосные, так и трехосные. На каждой оси установлены тяговые двигатели, от которых вращающий момент передается колесным парам.
На рис. 6.11 показана компоновочная схема электровоза ВЛ80к с кремниевыми выпрямителями.

К механической части относятся кузов и тележки. Электрическая часть состоит из тяговых электродвигателей (ТЭД), вспомогательных электрических машин, аппаратуры для управления двигателями и вспомогательными машинами. На электроподвижном составе переменного тока и двойного питания в электрическую часть дополнительно входят трансформаторы и преобразователи тока.
Колесная пара электровоза (рис. 6.12) состоит из оси, двух колесных центров с бандажами и двух больших зубчатых колес тяговой передачи.
Большие зубчатые колеса входят в зацепление с малыми зубчатыми колесами, насаженными на вал тягового двигателя (рис. 6.13).

К тяговым электродвигателям предъявляются очень высокие требования. Они должны выдерживать кратковременные перегрузки, значительно превышающие их номинальные режимы. Например, двигатель должен выдерживать двойной часовой ток в течение не менее 2 мин без недопустимого искрения под щетками. При номинальном напряжении 3000 В двигатель должен устойчиво работать при 4000 В
В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют преимущественно двигатели с последовательным возбуждением, рассчитанные на номинальное напряжение 1500 В.
При управлении электровозом машинист регулирует силу тяги, скорость движения и ее направление, а также процессы электрического торможения. Скорость движения электровоза можно регулировать путем изменения напряжения питания или тока возбуждения.
Для изменения напряжения питания двигатели могут включаться по трем различным схемам — последовательной, последовательно-параллельной и параллельной (рис. 6.14). При этом напряжение на зажимах двигателей будет соответственно 500, 1000 и 1500 В.

Число оборотов вала электродвигателя определяют по формуле

где Uд — напряжение, приложенное к двигателю; Iд — ток в цепи якоря при неизменном Uд ; rд — сопротивление обмоток; С — постоянная машины; Ф — магнитный поток.
Ток возбуждения можно изменить включением параллельно обмотке возбуждения шунтирующего сопротивления.
Помимо описанных основных типов локомотивов существуют также газотурбовозы и атомовозы.
У газотурбовоза первичным двигателем является газовая турбина. Схема газотурбинной установки показана на рис. 6.15. Приводимый первоначально в действие двигателем 1 компрессор 2 сжимает воздух до давления 6—8 кгс/см2 и подает его в камеру сгорания 4, куда подается топливо при помощи топливного насоса 3. Продукты сгорания и несгоревший воздух образуют воздушногазовую смесь. Она поступает при температуре 800—1000 °С на лопатки газовой турбины 5, которая, в свою очередь, через распределительный редуктор вращает тяговый генератор 6.

Компоновочная схема газотурбовоза представлена на рис. 6.16. Газотурбовоз Г1-01 был построен в 1959 г. Коломенским заводом тяжелого машиностроения. На газотурбовозе был установлен газотурбинный двигатель (ГТД) мощностью 2600 кВт. Конструкционная скорость — 100 км/ч.

Газотурбинная установка (ГТУ) имеет низкий удельный вес на единицу мощности — 0,6—1,0 кг/л.с. против 3—5 кг/л.с. у двигателей внутреннего сгорания. Она имеет высокую надежность, что объясняется простотой конструкции и отсутствием водяной и масляной систем, низкие затраты на обслуживание и ремонт, низкий расход масла и может использовать любые виды топлива.
К недостаткам газотурбовоза следует отнести низкий КПД (около 20 %), большой расход топлива и, как следствие, необходимость иметь топливные баки большой емкости.
Атомная энергия также может быть использована для приведения локомотивов в действие. В 1982 г. был создан проект атомовоза мощностью 4400 кВт с конструкционной скоростью 100 км/ч. Компоновочная схема атомовоза представлена на рис. 6.17.

Принцип действия атомовоза заключается в следующем. В реактор загружается уран-238, являющийся топливом. В результате реакции разогревается натрий (зараженный) первого контура. Он нагревает натрий чистого контура до 700 °С, который в свою очередь нагревает до 600 °С газ, поступающий из ГТД. Далее работа атомовоза аналогична работе газотурбовоза, т.е. газовая турбина вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели.
В регенераторе газ, охлажденный до 400 °С, перемешивается с атмосферным воздухом, поступающим из компрессора. Далее эта смесь направляется в воздухонатриевый теплообменник.
Основными проблемами при эксплуатации атомовоза могут быть обеспечение безопасности обслуживания, ремонта и эксплуатации атомных реакторов и захоронение радиоактивных отходов.
КПД атомовоза может составлять около 15 %.

Вас также может заинтересовать:
6.1 Виды тяги и типы локомотивов
6.2 Классификация локомотивов
6.3 Компоновочная схема тепловоза
6.5 Локомотивное хозяйство
6.6 Сила тяги локомотивов
6.7 Тяговая характеристика локомотива
6.8 Сопротивление движению поезда
6.9 Тормозные силы поезда
6.10 Расчет массы поезда