Электровозы постоянного тока
В прошлых статьях рассказывалось о различных типах передач на тепловозах, в принципе с тепловозами все понятно. Данный цикл статей посвящен локомотивам другого типа – электровозам. На современных железных дорогах России электровоз уверенно держит лидирующие позиции. Это сильные и скоростные локомотивы, будущее железных дорог конечно за электровозами. А в общем, как устроен и работает электровоз? Электровоз представляет собой локомотив с тяговыми электрическими двигателями, получающий электрическую энергию через токоприемник от контактной сети.
На наших железных дорогах эксплуатируются электровозы двух систем – постоянного и переменного тока. Созданы и работают электровозы двойного питания. В этой статье мы рассмотрим устройство и принцип работы электровозов постоянного тока.
Данные электровозы работают на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт. Все оборудование электровоза располагается в кузове и на крыше. На крыше расположены токоприемники, жалюзи вентилятора, могут располагаться главные резервуары пневматической системы, все токоведущее оборудование установлено на изоляторах. Токоприемник электровоза постоянного тока аналогичен токоприемнику электровоза переменного тока, но для улучшения токосъема на каретке установлено два полоза с угольными вставками или медными накладками.
В кузове расположены: быстродействующий выключатель (БВ), служит для подключения силовой цепи к контактному проводу и защиты силовых цепей от перегрузок; индуктивные шунты; пусковые резисторы; мотор-вентилятор(МВ); мотор-компрессор(МК), качает сжатый воздух в главные резервуары пневматической системы; электрические аппараты цепей управления; аккумуляторная батарея (может находиться под кузовом) и другое оборудование. Вся конструкция опирается на тележки, в которых установлены тяговые электродвигатели постоянного тока с осевыми редукторами. В кабине машиниста расположен пульт управления и все необходимое для работы локомотивной бригады.
Сжатым воздухом из цепей управления поднимается токоприемник, с пульта управления подключается быстродействующий выключатель – силовое оборудование подключено, электровоз может ехать.
В целом электровоз постоянного тока более прост по сравнению со своим собратом «переменником», но управление им довольно сложно. Кажется, что может быть проще, вот он постоянный ток, электродвигатели работают на постоянном токе – сел и поехал. Но все не так просто. В момент пуска якорь двигателя неподвижен и в его обмотке не индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), уравновешивающая подведенное напряжение. Поэтому в первое мгновение сопротивление обмоток двигателя будет очень невелико и поэтому через них пойдет ток огромной величины (до 16000 Ампер). На такой ток оборудование электровоза не рассчитано и быстродействующий выключатель конечно-же разорвет цепь тяговых электродвигателей. Для ограничения тока в цепь введен пусковой реостат, сопротивление которого можно регулировать контроллером машиниста.
Пусковой реостат состоит из пусковых сопротивлений (фехралевых резисторов), скомпонованных в специальных ящиках с соединительными шинами. С увеличением скорости движения, согласно законам физики, ток уменьшается а напряжение возрастает, поэтому нужно уменьшать сопротивление реостата так, чтобы ток двигателей и касательная сила тяги оставались постоянными, поэтому применятся ступенчатое реостатное регулирование. Для увеличения скорости движения необходимо повысить напряжение тяговых двигателей. Это достигается перегруппировкой тяговых двигателей в силовой цепи. Перегруппировка – это переключение ТЭД с одного соединения на другое (с последовательного на последовательно-параллельное и на параллельное), такие переключения называются «переходами». Это достигается сложной системой аппаратов – групповыми переключателями.
Вот так управляется электровоз постоянного тока, регулируется его скорость и сила тяги. Система воздушного охлаждения на данных электровозах не требует большого количества мотор-вентиляторов, охлаждаются индуктивные шунты, пусковые реостаты и тяговые электродвигатели.