Электровоз

Электровоз Шкода ЧС4-109. Москва - Одесса поезд в Винницкой железнодорожной станции.

Электровоз 499.3

Siemens ES64U4 является текущим владельцем подтвержденной как быстро электровоза в 357 км / ч (222 миль в час) в 2006 году.

Электровоз является локомотивом питается от электричества от воздушных линий , А третий рельс или на борту хранения энергии , такие как батареи или суперконденсатора .

Электровозы с бортовыми двигателями , работающими на топливе , такими как дизельные двигатели или газовые турбины , классифицируются как дизель-электрические или газотурбинно-электрические, а не как электровозы, поскольку комбинация электрогенератор / двигатель служит только в качестве системы передачи энергии .

Электровозы выигрывают от высокого КПД электродвигателей, часто выше 90% (не считая неэффективности выработки электроэнергии). Дополнительную эффективность можно получить за счет рекуперативного торможения , которое позволяет использовать кинетическую энергию.для восстановления во время торможения, чтобы вернуть мощность в линию. В новых электровозах используются приводные системы с инверторным двигателем переменного тока, обеспечивающие рекуперативное торможение. Электровозы работают тихо по сравнению с тепловозами, поскольку в них отсутствует шум двигателя и выхлопных газов, а также меньше механический шум. Отсутствие возвратно-поступательных деталей означает, что электровозы легче перемещаются по рельсам, что сокращает необходимость технического обслуживания рельсов. Мощность электростанции намного больше, чем у любого отдельного локомотива, поэтому электровозы могут иметь более высокую выходную мощность, чем дизельные локомотивы, и они могут производить даже более высокую кратковременную импульсную мощность для быстрого ускорения. Электровозы идеально подходят для пригородных поездов.сервис с частыми остановками. Электровозы используются на грузовых маршрутах с неизменно высокой интенсивностью движения или в районах с развитой железнодорожной сетью. Электростанции, даже если они работают на ископаемом топливе, намного чище, чем мобильные источники, такие как двигатели локомотивов. Электроэнергия также может поступать из чистых или возобновляемых источников , включая геотермальную энергию , гидроэлектроэнергию , биомассу , солнечную энергию и ветряные турбины . ^[1] Электровозы обычно стоят на 20% меньше тепловозов, их эксплуатационные расходы на 25-35% ниже, а эксплуатационные расходы на 50% меньше. ^[2]

Главный недостаток электрификации - высокая стоимость инфраструктуры: воздушных линий или третьей железной дороги, подстанций и систем управления. Государственная политика в США препятствует электрификации: более высокие налоги на собственность взимаются с частных железнодорожных объектов, если они электрифицированы. ^{[ необходима цитата ]} EPA регулирует выбросы выхлопных газов локомотивных и судовых двигателей, аналогично правилам выбросов легковых и грузовых автомобилей, чтобы ограничить количество угарного газа, несгоревших углеводородов, оксидов азота и сажи от этих мобильных источников энергии. ^[3]Поскольку железнодорожная инфраструктура в США находится в частной собственности, железные дороги не желают делать необходимые инвестиции для электрификации. В Европе и других странах железнодорожные сети считаются частью национальной транспортной инфраструктуры, так же как дороги, шоссе и водные пути, поэтому часто финансируются государством. Операторы подвижного состава уплачивают плату в зависимости от использования железной дороги. Это делает возможными крупные инвестиции, необходимые для технически, а в долгосрочной перспективе и экономически выгодной электрификации.

История [ править ]

Постоянный ток [ править ]

Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина и питался от гальванических элементов (батарей). Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив по имени Гальвани , выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонный автомобиль имел два реактивных двигателя с прямым приводом , с фиксированными электромагнитами, действующими на стальные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси. и простые коммутаторы . Он буксировал груз весом шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние в полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго.в сентябре следующего года, но ограниченная мощность от батареек не позволила его повсеместно использовать. Он был разрушен железнодорожниками, которые увидели в нем угрозу своей занятости. ^{[4] [5] [6]}

Первый пассажирский электропоезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив приводился в движение последовательным двигателем мощностью 2,2 кВт, и поезд, состоящий из локомотива и трех вагонов, достиг скорости 13 км / ч. . За четыре месяца поезд перевез 90 000 пассажиров по круговой колее длиной 300 метров (984 фута). Электроэнергия (150 В постоянного тока) подавалась через третий изолированный рельс между рельсами. Контактный ролик использовался для сбора электричества.

Первая в мире линия электрического трамвая открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена Вернером фон Сименсом (см. Трамвай Gross-Lichterfelde и Berlin Straßenbahn ). Электрическая железная дорога Фолька открылась в 1883 году в Брайтоне. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылся трамвай Mödling and Hinterbrühl . Он был первым в мире в штатном режиме с питанием от воздушной линии. Пять лет спустя в США в 1888 году впервые на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион были впервые применены электрические тележки с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрагом . ^[7]

Первые электрифицированные венгерские железнодорожные линии были открыты в 1887 году. Будапешт (См .: BHÉV ): линия Рацкеве (1887 г.), линия Сентендре (1888 г.), линия Гёдёллё (1888 г.), линия Чепель (1912 г.). ^[8]

Большая часть раннего развития электротранспорта была обусловлена ​​все более широким использованием туннелей, особенно в городских районах. Дым от паровозов был ядовитым, и муниципалитеты все больше склонялись к тому, чтобы запретить их использование в пределах своих возможностей. Первой линией метро с электричеством была городская и южная лондонская железная дорога , что было вызвано положением в ее законном акте, запрещающим использование энергии пара. ^[9] Он открылся в 1890 году с использованием электровозов, построенных Мазером и Платтом . Электричество быстро стало электропитанием выбора для метрополитенов, подстрекаемое изобретением в Спрэге о контроле поезда многоэлементного в 1897. поверхности и повышенное быстрый транзитв системах обычно использовался пар до тех пор, пока они не были принудительно преобразованы по постановлению.

Первое использование электрификации на американской магистральной линии было на четырехмильном отрезке Балтиморской Белой линии железной дороги Балтимора и Огайо (B&O) в 1895 году, соединяющей основную часть B&O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк через серию туннелей по краям центра Балтимора. Параллельные пути на Пенсильванской железной дороге показали, что угольный дым от паровозов будет серьезной эксплуатационной проблемой и неприятностью для общества. Первоначально использовались три блока Бо + Бо , модель EL-1. В южном конце электрифицированного участка; они соединились с локомотивом, поездом и протащили его по туннелям. ^[10] Железнодорожные въезды в Нью-Йорктребовались аналогичные туннели, и там проблема задымления была более острой. Столкновение в туннеле на Парк-авеню в 1902 году привело к тому, что законодательный орган штата Нью-Йорк объявил вне закона использование дымовых локомотивов к югу от реки Гарлем после 1 июля 1908 года. В ответ на это в 1904 году на Центральной железной дороге Нью-Йорка начали работать электровозы . В 1930-х годах Пенсильванская железная дорога , которая представила электровозы в соответствии с правилами Нью-Йорка, электрифицировала всю свою территорию к востоку от Харрисберга, штат Пенсильвания .

Чикаго, Милуоки, Сент - Пол и Pacific Railroad (Милуоки Road), последняя трансконтинентальной линии будет построен, электрифицированных его линии через Скалистые горы и Тихого океана , начиная с 1915 г. Несколько линий на Восточном побережье, в частности, виргинский Железнодорожный и Норфолк и Западной железной дороги , электрифицированных короткие участки их горных переходов. Однако к этому моменту электрификация в Соединенных Штатах была больше связана с плотным городским движением, и использование электровозов сократилось из-за дизелизации. ^[11]Дизель разделял некоторые преимущества электровоза по сравнению с паром, а также стоимость строительства и обслуживания инфраструктуры электроснабжения, что препятствовало новым установкам, что привело к устранению большей части электрификации магистральных линий за пределами Северо-Востока. За исключением нескольких связанных систем (например, Power Railroad Deseret ), к 2000 году электрификация была ограничена Северо-восточным коридором и некоторыми пригородными сообщениями; даже там грузовые перевозки осуществлялись на дизельном топливе. Развитие продолжалось в Европе, где электрификация была широко распространена. 1500 В постоянного тока все еще используется на некоторых линиях около Франции, а 25 кВ 50 Гц используется высокоскоростными поездами. ^[6]

Переменный ток [ править ]

Первый практический электровоз переменного тока был разработан Чарльзом Брауном , который тогда работал в компании Oerlikon , Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен- на -Неккаре и Франкфуртом-на-Майне- Вест, на расстоянии 280 км. Используя опыт, который он приобрел во время работы на Джин Хейльманн над конструкциями паровых электрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое отношение мощности к массе, чем двигатели постоянного тока, и из-за отсутствия коммутатора, были проще в изготовлении и обслуживании. ^[i] Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и их нельзя было устанавливать в подпольных тележках : их можно было перевозить только в кузовах локомотивов. ^[13]

В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электродвигателей и генераторов для электровозов. Конструкции Кандо начала 1894 года были впервые применены в коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. ^{[14] [15] [16] [17] [18]}

В 1918 году ^[19] Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь , позволивший электровозам использовать трехфазные двигатели при питании по единственному воздушному проводу, передавая простой однофазный переменный ток промышленной частоты (50 Гц) высоковольтных национальных сетей. . ^[20]

В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающие от трехфазного тока 750 В 40 Гц, питаемые от двойных воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение и хорошо подходят для крутых маршрутов, а первые трехфазные локомотивы для магистральных линий были поставлены Брауном (к тому времени в партнерстве с Вальтером Бовери ) в 1899 г. км Бургдорф - линия Тун , Швейцария. Первая реализация однофазного источника питания переменного тока промышленной частоты для локомотивов была осуществлена ​​компанией Oerlikon в 1901 году с использованием разработок Ганса Бен-Эшенбурга и Эмиля Хубера-Стокара.; Установка на линии Зеебах-Веттинген Швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. В локомотивах мощностью 15 кВ, 50 Гц, 345 кВт (460 л.с.) и мощностью 48 тонн использовались трансформаторы и вращающиеся преобразователи для питания тяговых двигателей постоянного тока. ^[21]

Итальянские железные дороги первыми в мире внедрили электрическую тягу на всей длине магистрали, а не на ее коротком участке. 106-километровая линия Вальтеллина была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода Ганца. ^{[22] [20]} Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше, чем использовалось ранее, что потребовало новых разработок электродвигателей и коммутационных устройств. ^{[23] [24]} Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах в Северной Италии и стала известна как «итальянская система». Кандо был приглашен в 1905 году, чтобы взять на себя управление Società Italiana Westinghouse и руководил разработкой нескольких итальянских электровозов. ^[23]В период электрификации итальянских железных дорог, были проведены испытания, какой тип мощности для использования: в некоторых участках была 3600 В 16  Трехфазное питание ² ⁄ ₃ Гц, в других - 1500 В постоянного тока, 3 кВ постоянного тока и 10 кВ переменного тока 45 Гц. После Второй мировой войны для всей итальянской железнодорожной системы была выбрана мощность 3 кВ постоянного тока. ^[25]

Более поздняя разработка Kandó, работавшая как с заводами Ganz, так и с Societa Italiana Westinghouse , представляла собой электромеханический преобразователь , позволяющий использовать трехфазные двигатели от однофазного переменного тока, устраняя необходимость в двух воздушных проводах. ^[26] В 1923 году первый в Венгрии локомотив с фазопреобразователем был построен на основе проектов Кандо, и вскоре после этого началось его серийное производство. Первая установка на 16 кВ, 50 Гц была установлена ​​в 1932 году на 56-километровом участке Венгерской государственной железной дороги между Будапештом и Комаром . Это оказалось успешным, и в 1934 году была проведена электрификация Хедьешхалома ^[27].

В Европе проекты электрификации первоначально были сосредоточены на горных регионах по нескольким причинам: поставки угля были затруднены, гидроэлектроэнергия была легко доступна, а электровозы обеспечивали большую тягу на более крутых трассах. Это было особенно применимо в Швейцарии, где почти все линии электрифицированы. Важный вклад в более широкое распространение тяги переменного тока внесла французская компания SNCF после Второй мировой войны . Компания провела оценку линии переменного тока промышленной частоты, проложенной по крутой долине Хелленталь., Германия, которая после войны находилась под управлением Франции. После испытаний компания решила, что характеристики локомотивов переменного тока были достаточно развиты, чтобы позволить всем ее будущим установкам, независимо от местности, соответствовать этому стандарту с соответствующей более дешевой и более эффективной инфраструктурой. ^[28] Решение SNCF, игнорирующее 2 000 миль (3 200 км) высоковольтного постоянного тока, уже установленного на французских маршрутах, оказало влияние на стандарт, выбранный для других стран Европы. ^[28]

В 1960-е годы были электрифицированы многие европейские магистрали. Европейские технологии производства электровозов неуклонно совершенствовались с 1920-х годов. Для сравнения, Milwaukee Road class EP-2 (1918) весил 240 т, имел мощность 3330 кВт и максимальную скорость 112 км / ч; В 1935 году немецкий E 18 имел мощность 2800 кВт, но весил всего 108 тонн и развивал максимальную скорость 150 км / ч. 29 марта 1955 года французский локомотив CC 7107 достиг скорости 331 км / ч. В 1960 году SJ Class Dm 3локомотивы на Шведских железных дорогах выработали рекордную мощность в 7200 кВт. В то же время в Германии и Франции появились локомотивы, способные обслуживать коммерческих пассажиров со скоростью 200 км / ч. Дальнейшие усовершенствования явились результатом внедрения электронных систем управления, которые позволили использовать все более легкие и более мощные двигатели, которые можно было устанавливать внутри тележек (стандартизация с 1990-х годов на асинхронные трехфазные двигатели, питаемые через GTO-инверторы).

В 1980-х годах развитие высокоскоростного сообщения привело к дальнейшей электрификации. Японский Синкансэн и французский TGV были первыми системами, для которых с нуля были построены специализированные высокоскоростные линии. Аналогичные программы были предприняты в Италии , Германии и Испании ; в Соединенных Штатах единственной новой магистралью было расширение электрификации по Северо-восточному коридору от Нью-Хейвена, Коннектикут , до Бостона, Массачусетс , хотя новые системы электрического легкорельсового транспорта продолжали строиться.

2 сентября 2006 года стандартный электровоз Siemens типа Eurosprinter ES64-U4 ( ÖBB Class 1216) на новой линии между Ингольштадтом и Нюрнбергом достиг 357 км / ч (222 миль / ч), что стало рекордом для поезда с локомотивной тягой. . ^[29] Этот локомотив в настоящее время используется ÖBB в основном без модификаций для перевозки своего Railjet, максимальная скорость которого, однако, ограничена 230 км / ч из-за экономических и инфраструктурных проблем.

Типы [ править ]

Электровоз может питаться от

• Аккумуляторные системы аккумулирования энергии , такие как батареи или суперконденсатор Приведена добыча локомотивов.
• Стационарный источник, например, третий рельс или контактный провод .

Отличительными конструктивными особенностями электровозов являются:

• Тип используемой электроэнергии: переменный или постоянный ток .
• Способ хранения (батареи, ультраконденсаторы) или сбора (передачи) электроэнергии.
• Средство соединения тяговых двигателей с ведущими колесами (водителями).

Постоянный и переменный ток [ править ]

Самая принципиальная разница заключается в выборе переменного или постоянного тока. Самые ранние системы использовали постоянный ток, поскольку переменный ток не был хорошо изучен, а изоляционный материал для высоковольтных линий отсутствовал. Локомотивы постоянного тока обычно работают при относительно низком напряжении (от 600 до 3000 вольт); поэтому оборудование является относительно массивным, поскольку задействованные токи велики для передачи достаточной мощности. Электроэнергия должна подаваться через частые промежутки времени, так как высокие токи приводят к большим потерям в системе передачи.

По мере развития двигателей переменного тока они стали преобладающим типом, особенно на более длинных маршрутах. Используются высокие напряжения (десятки тысяч вольт), потому что это позволяет использовать низкие токи; потери при передаче пропорциональны квадрату тока (например, удвоенный ток означает четырехкратную потерю). Таким образом, большая мощность может передаваться на большие расстояния по более легким и дешевым проводам. Трансформаторы в локомотивах преобразуют эту мощность в низкое напряжение и большой ток для двигателей. ^[30] Подобная система высокого напряжения и низкого тока не может использоваться с локомотивами постоянного тока, потому что нет простого способа сделать преобразование напряжения / тока для постоянного тока так эффективно, как это достигается с помощью трансформаторов переменного тока.

Для тяги переменного тока по-прежнему иногда используются двойные воздушные провода вместо однофазных линий. В результате трехфазный ток приводит в действие асинхронные двигатели , которые не имеют чувствительных коммутаторов и позволяют легко реализовать рекуперативный тормоз . Скорость регулируется путем изменения количества пар полюсов в цепи статора, а ускорение регулируется путем включения или выключения дополнительных резисторов в цепи ротора. Двухфазные линии тяжелые и сложные возле переключателей, где фазы должны пересекаться друг с другом. Система широко использовалась в северной Италии до 1976 года и до сих пор используется на некоторых швейцарских зубчатых железных дорогах.. Простая реализация отказоустойчивого электрического тормоза является преимуществом системы, в то время как регулирование скорости и двухфазные линии являются проблематичными.

Локомотивы с выпрямителями , в которых использовалась передача энергии переменного тока и двигатели постоянного тока, были обычным явлением, хотя у коммутаторов постоянного тока были проблемы как при запуске, так и на низких скоростях. ^{[ требуется дальнейшее объяснение ]} В современных современных электровозах используются бесщеточные трехфазные асинхронные двигатели переменного тока . Эти многофазные машины получают питание от инверторов на базе GTO , IGCT или IGBT . Стоимость электронных устройств в современном локомотиве может составлять до 50% от стоимости автомобиля.

Электрическая тяга позволяет использовать рекуперативное торможение, при котором двигатели используются в качестве тормозов и становятся генераторами, которые преобразуют движение поезда в электрическую энергию, которая затем возвращается в линии. Эта система особенно выгодна при работе в горах, поскольку нисходящие локомотивы могут производить большую часть энергии, необходимой для восходящих поездов. Большинство систем имеют характеристическое напряжение, а в случае питания переменного тока - системную частоту. Многие локомотивы были оборудованы для работы с несколькими напряжениями и частотами, когда системы перекрывали друг друга или были модернизированы. Американские локомотивы FL9 были оборудованы для передачи энергии от двух разных электрических систем, а также могли работать как дизель-электрические.

В то время как современные системы преимущественно работают на переменном токе, многие системы постоянного тока все еще используются - например, в Южной Африке и Великобритании (750 В и 1500 В); Нидерланды , Япония , Ирландия (1500 В); Словения , Бельгия , Италия , Польша , Россия , Испания (3000 В) и Вашингтон, округ Колумбия (750 В).

Трансмиссия [ править ]

Для электрических цепей требуется два соединения (или для трехфазного переменного тока три соединения). С самого начала дорожка использовалась для одной стороны трассы. В отличие от модельных железных дорог, рельсовый путь обычно обслуживает только одну сторону, а другая сторона (и) цепи предоставляется отдельно.

Воздушные линии [ править ]

Железные дороги, как правило, предпочитают воздушные линии , часто называемые « контактными линиями », по названию системы поддержки, используемой для удержания провода параллельно земле. Возможны три метода сбора:

• Столб для тележки : длинный гибкий столб, который соединяется с тросом с колесом или башмаком.
• Носовой коллектор : рама, которая удерживает длинный собирающий стержень напротив проволоки.
• Пантограф : шарнирная рама, удерживающая сборные башмаки на проволоке с фиксированной геометрией.

Из этих трех метод пантографа лучше всего подходит для высокоскоростной работы. Некоторые локомотивы используют как подвесной, так и третий рельсовый сбор (например, British Rail Class 92 ). В Европе рекомендованная геометрия и форма пантографов определены стандартом EN 50367 / IEC 60486 ^[31].

Третий рельс [ править ]

Первоначальная электрификация железной дороги Балтимора и Огайо использовала скользящую колодку в воздушном канале, и эта система быстро оказалась неудовлетворительной. Он был заменен третьим рельсом , в котором пикап («башмак») ехал под или поверх рельса меньшего размера, параллельного главной дороге, над уровнем земли. По обеим сторонам локомотива было установлено несколько подборщиков, чтобы компенсировать разрывы в третьем рельсе, необходимые для работы путей. Эта система предпочтительна в метро из-за небольших зазоров, которые она предоставляет.

Вождение колес [ править ]

Во время первоначальной разработки железнодорожных электрических движителей был разработан ряд приводных систем, чтобы соединить мощность тяговых двигателей с колесами. Ранние локомотивы часто использовали приводы промежуточных валов . В этой конструкции тяговый двигатель установлен внутри корпуса локомотива и приводит в движение промежуточный вал через набор шестерен. Эта система использовалась, потому что первые тяговые двигатели были слишком большими и тяжелыми для установки непосредственно на осях. Из-за большого количества задействованных механических частей требовалось частое техническое обслуживание. Привод промежуточного вала был оставлен для всех, кроме самых маленьких устройств, когда были разработаны меньшие и более легкие двигатели,

По мере развития электровоза было разработано несколько других систем. Диск Buchli был полностью подпружиненная системой, в которой вес приводных двигателей был полностью отключен от ведущих колес. Впервые использованный в электровозах с 1920-х годов, привод Buchli в основном использовался французской SNCF и Швейцарскими федеральными железными дорогами . Диск пера также был разработан примерно в это время и смонтирован тяговый двигатель выше или сбоку от оси и соединен с осью через редуктор и полый вал - пиноли - гибко подключенного к ведущей оси. Железная дорога Пенсильвании GG1В локомотиве использовался гусеничный привод. Опять же, поскольку тяговые двигатели продолжали уменьшаться в размерах и весе, гусеничные приводы постепенно теряли популярность.

Другой привод представлял собой « биполярную » систему, в которой якорь двигателя представлял собой саму ось, а рама и полевой узел двигателя были прикреплены к грузовику (тележке) в фиксированном положении. Двигатель имел два полюса возбуждения, что позволяло ограниченное вертикальное перемещение якоря. Эта система имела ограниченную ценность, поскольку выходная мощность каждого двигателя была ограниченной. В ЕР-2 биполярных электрики , используемые Милуоки - роуд компенсированы этой проблемы путем использования большого количества силовых осей.

В современных электровозах, как и в их дизель-электрических аналогах, почти повсеместно используются тяговые двигатели с подвесной осью, по одному двигателю на каждую ведомую ось. В этой конструкции одна сторона корпуса двигателя поддерживается подшипниками скольжения, установленными на шлифованной и полированной шейке, которая является неотъемлемой частью оси. На другой стороне корпуса имеется выступ в форме языка, который входит в соответствующий паз в балке тележки (тележки), его назначение - действовать как устройство реакции крутящего момента, а также в качестве опоры. Передача мощности от двигателя к оси осуществляется цилиндрической зубчатой ​​передачей , в которой шестерня на валу двигателя входит в зацепление с зубчатым колесом.на оси. Обе шестерни заключены в непроницаемый для жидкости корпус, содержащий смазочное масло. Тип обслуживания, в котором используется локомотив, определяет используемое передаточное число. Численно высокие передаточные числа обычно встречаются на грузовых единицах, тогда как численно низкие передаточные числа типичны для легковых двигателей.

Колесные устройства [ править ]

Система обозначений Уайта для классификации паровозов не подходит для описания разнообразия устройств электровозов, хотя Пенсильванская железная дорога применяла классы к своим электровозам, как если бы они были паровыми. Например, класс PRR GG1 указывает на то, что он устроен как два локомотива 4-6-0 класса G, соединенных вплотную друг к другу.

Система классификации UIC обычно использовалась для электровозов, так как она могла обрабатывать сложные схемы приводных и автономных осей и могла различать сцепленные и несвязанные приводные системы.

Аккумуляторный локомотив[ редактировать ]

Аккумуляторно-электровоз (или аккумуляторный локомотив) питается от бортовых аккумуляторов; разновидность аккумуляторного электромобиля .

Такие локомотивы используются там, где не подходят дизельный или обычный электровоз. Примером могут служить поезда техобслуживания на электрифицированных линиях при отключении электричества. Другое применение аккумуляторных локомотивов - это промышленные объекты (например, заводы по производству взрывчатых веществ, нефте- и газоперерабатывающие заводы или химические заводы), где локомотив с приводом от внутреннего сгорания (например, с паровым или дизельным двигателем ) может вызвать проблемы с безопасностью из-за риска пожара, взрыв или дым в замкнутом пространстве. Локомотивы батареи являются предпочтительными для шахтных железных дорог , где газ может быть зажжен тележкой с питанием от блоков дуговых на обуви сбора, или там , где электрическое сопротивлениеможет образоваться в цепях подачи или возврата, особенно в стыках рельсов, и привести к опасной утечке тока в землю. ^[32]

Первый электровоз, построенный в 1837 году, был аккумуляторным локомотивом. Он был построен химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина в Шотландии и питался от гальванических элементов (батарей). Другой ранний пример был на Медном руднике Kennecott , Латуш, на Аляске , где в 1917 году подземные ходы были расширены и экспедирование для того, чтобы работать на двух батарей локомотивов 4 ¹ / ₂  коротких тонн (4,0 длинных тонн; 4,1 т). ^[33] В 1928 году Kennecott Copper заказал четыре электровоза серии 700 с бортовыми батареями. Эти локомотивы весили 85 коротких тонн (76 длинных тонн; 77 тонн) и работали от 750 вольт.контактный провод со значительным радиусом действия при работе от батарей. ^[34] Локомотивы прослужили несколько десятилетий с использованием никель-железной аккумуляторной технологии (Эдисон). Батареи были заменены свинцово-кислотными , и вскоре после этого локомотивы были списаны. Все четыре локомотива переданы в дар музеям, а один списан. Остальные можно увидеть на железной дороге Бун и Сценик-Вэлли , штат Айова, и в Западном железнодорожном музее в Рио-Виста, Калифорния.

Комиссия по транзиту Торонто ранее эксплуатировала в метро Торонто аккумуляторный электровоз, построенный компанией Nippon-Sharyo в 1968 году и выведенный из эксплуатации в 2009 году ^[35].

Лондонский метрополитен регулярно эксплуатирует аккумуляторные электровозы для проведения ремонтных работ.

Электровозы по всему миру [ править ]

Европа [ править ]

Электрификация широко распространена в Европе, и в пассажирских поездах обычно используются электрические разгонные блоки . Из-за более высокой плотности графиков эксплуатационные расходы являются более доминирующими по сравнению с затратами на инфраструктуру, чем в США, и у электровозов эксплуатационные расходы намного ниже, чем у дизельных. Кроме того, правительства были заинтересованы в электрификации своих железнодорожных сетей из-за нехватки угля во время Первой и Второй мировых войн.

Тепловозы имеют меньшую мощность по сравнению с электровозами при том же весе и габаритах. Например, 2200 кВт современного тепловоза British Rail Class 66 уступил в 1927 году более легкому электрическому SBB-CFF-FFS Ae 4/7 (2300 кВт). Однако на низких скоростях тяговое усилие важнее мощности. Дизельные двигатели могут быть конкурентоспособными для медленных грузовых перевозок (как это принято в Канаде и США), но не для пассажирских или смешанных пассажирских / грузовых перевозок, как на многих европейских железнодорожных линиях, особенно там, где тяжелые грузовые поезда должны двигаться на сравнительно высоких скоростях ( 80 км / ч и более).

Эти факторы привели к высокой степени электрификации в большинстве европейских стран. В некоторых странах, например в Швейцарии, распространены даже электрические маневровые подъемники, а многие частные подъездные пути обслуживаются электровозами. Во время Второй мировой войны , когда не было материалов для создания новых электровозов, Швейцарские федеральные железные дороги установили электрические нагревательные элементы в котлах некоторых паровых маневров , питаемых от сети, чтобы справиться с нехваткой импортируемого угля. ^{[36] [37]}

Недавние политические события во многих европейских странах, направленные на улучшение общественного транспорта, привели к еще одному развитию электрической тяги. Кроме того, закрываются промежутки в неэлектрифицированных путях, чтобы избежать замены электровозов на дизельные на этих участках. Необходимая модернизация и электрификация этих линий возможны за счет государственного финансирования железнодорожной инфраструктуры.

Британские электрические многоканальные двигатели были впервые представлены в 1890-х годах, текущие версии обеспечивают общественный транспорт, а также существует ряд классов электровозов, таких как: класс 76 , класс 86 , класс 87 , класс 90 , класс 91 и класс 92 .

Россия и бывший СССР [ править ]

В России и других странах бывшего СССР по историческим причинам используется сочетание 3000 В постоянного и 25 кВ переменного тока.

На специальных «узловых станциях» (около 15 на территории бывшего СССР - Владимир , Мариинск, под Красноярском и др.) Проводка переключается с постоянного на переменный ток. Замена локомотива на этих станциях обязательна и производится одновременно с переключением контактной проводки.

Большинство советских, чешских (СССР заказывал пассажирские электровозы у Škoda ), российских и украинских локомотивов могут работать только на переменном или постоянном токе. Например, VL80 - это машина переменного тока, а VL10 - версия для постоянного тока. Было несколько полуэкспериментальных небольших серий, таких как VL82, которые могли переключаться с переменного тока на постоянный, и использовались в небольших количествах в городе Харькове на Украине . Также последний российский пассажирский тепловоз ЭП10 - двухсистемный.

Исторически для простоты использовалось 3000 В постоянного тока. Первый экспериментальный путь проходил в горах Грузии, затем электрифицировали пригородные зоны крупнейших городов для электропоездов - очень выгодно, так как динамика такого поезда намного лучше, чем парового, что важно для пригородного сообщения с частыми остановками. Тогда большая горная линия между Уфой и Челябинском была электрифицирована.

Некоторое время считалось, что электрические железные дороги подходят только для пригородных или горных линий. Примерно в 1950 году было принято решение (по легенде, Иосифом Сталиным ) электрифицировать высоконагруженную равнинную прерийную линию Омск - Новосибирск . После этого электрификация основных железных дорог напряжением 3000 В постоянного тока стала обычным явлением.

25 кВ переменного тока началось в СССР примерно в 1960 году, когда отрасли удалось построить электровоз постоянного тока с электродвигателем переменного тока на основе выпрямителя (все советские и чешские локомотивы переменного тока были такими; только постсоветские перешли на асинхронные электродвигатели с электронным управлением. ). Первой крупной линией переменного тока была Мариинск-Красноярск-Тайшет-Зима; последовали линии в европейской части России, такие как Москва-Ростов-на-Дону.

В 1990-х годах некоторые линии постоянного тока были перестроены на линии переменного тока, чтобы можно было использовать огромный локомотив переменного тока VL85 мощностью 10 МВт. Линия вокруг Иркутска - одна из них. Освободившиеся в результате реконструкции локомотивы постоянного тока были переданы в область Санкт-Петербурга.

Транссиб был частично электрифицирована с 1929 года, полностью с 2002 система 25 кВ переменного тока частотой 50 Гц после перехода станции Мариинск под Красноярском, 3000 В постоянного тока перед ним, и железнодорожные веса до 6000 тонн. ^[38]

Северная Америка [ править ]

Канада [ править ]

Исторически в Канаде использовалось множество электровозов, в основном для перемещения пассажиров и грузов через плохо вентилируемые туннели. К электровозам, которые использовались в Канаде, относятся Boxcab Electric компании St. Clair Tunnel Co. , CN Boxcab Electric и GMD GF6C . Подобно США, гибкость тепловозов и относительно низкая стоимость их инфраструктуры привели к их преобладанию, за исключением случаев, когда правовые или эксплуатационные ограничения диктуют использование электроэнергии. Это приводит к ограниченному развитию инфраструктуры электрических железных дорог и, соответственно, электровозов, эксплуатируемых сегодня в Канаде. Сегодня существует два примера:

• Iron Ore Company Канады работает ГУД SW1200MG электровозов для перевозки сырой руды из их Carol озера шахты на перерабатывающий завод.

• Exo в Монреале эксплуатирует двухрежимные электродизельные локомотивы ALP-45DP, позволяющие локомотивам пересекать плохо вентилируемый туннель Mount Royal . Локомотивы работают в электрическом режиме по всей длине линии Deux-Montagnes и по линии Mascouche между центральным вокзалом Монреаля и станцией Ahuntsic . Локомотивы работают в дизельном режиме на оставшейся части линии Маскуш и по трем другим неэлектрифицированным линиям. ^[39]

В будущем GO Transit из Торонто планирует эксплуатировать парк новых электровозов в рамках своей инициативы Regional Express Rail . Также изучается возможность использования локомотивов на водородных топливных элементах. ^[40]

Соединенные Штаты [ править ]

Электровозы используются для пассажирских поездов Amtrak «s северо - восточного коридора между Вашингтоном, округ Колумбия , и Бостон , с ответвлением в Харрисбург, штат Пенсильвания , и на некоторых пригородных железнодорожных линий. В системах общественного транспорта и других электрифицированных пригородных линиях используются электрические разветвители , в которых приводится питание каждой машины. Все остальные пассажирские перевозки на дальние расстояния и, за редким исключением , все грузы перевозятся дизель-электрическими локомотивами.

В Северной Америке гибкость тепловозов и относительно низкая стоимость их инфраструктуры привели к их преобладанию, за исключением случаев, когда правовые или эксплуатационные ограничения диктуют использование электроэнергии. Примером последнего является использование электровозов компанией Amtrak и пригородных железных дорог на Северо-Востоке. Транзитный коридор Нью-Джерси в коридоре Нью-Йорка использует электровозы ALP-46 из-за запрета на работу дизельного топлива на Пенсильванской станции и ведущих к ней туннелях Гудзон и Ист-Ривер . Некоторые другие поезда до Пенсильванского вокзала используют двухрежимный режим.локомотивы, которые также могут работать от третьего рельса в туннелях и на станции. Электровозы планируются для системы высокоскоростных железных дорог Калифорнии .

В эпоху пара некоторые горные районы были электрифицированы, но их строительство было прекращено. Перекресток между электрифицированной и неэлектрифицированной территорией является местом изменения двигателя; например, у поездов Amtrak были длительные остановки в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , когда менялись локомотивы, задержка, которая способствовала решению электрифицировать сегмент Северо-Восточного коридора Нью-Хейвен - Бостон в 2000 году ^[41].

Азия [ править ]

Китай [ править ]

В Китае более 100 000 километров электрифицированных железных дорог. ^[42] Большинство магистральных тяжеловесных грузовых поездов и пассажирских поездов дальнего следования эксплуатируются с использованием мощных электровозов, выходная мощность которых обычно превышает 7200 киловатт (9700 л.с.).

Пакистан

В Пакистане не было электрифицированных железных дорог для использования пассажиров, но в Пакистане есть одна электрифицированная система метро в городе Лахор , названная Orange Train, с планами по дальнейшему продлению этих линий до других городов, таких как Карачи и Фейсалабад.

Индия [ править ]

Все магистральные электрифицированные маршруты в Индии используют воздушную электрификацию 25 кВ переменного тока с частотой 50 Гц. По состоянию на март 2017 года Индийские железные дороги перевозят 85% грузовых и пассажирских перевозок электровозами, а 30 000 км железнодорожных линий электрифицированы. ^[43]

Япония [ править ]

Япония приблизилась к полной электрификации во многом из-за относительно коротких расстояний и гористой местности, которые делают электрические услуги особенно экономичным вложением средств. Кроме того, сочетание грузовых и пассажирских перевозок гораздо больше ориентировано на обслуживание пассажиров (даже в сельской местности), чем во многих других странах, и это помогло привлечь государственные инвестиции в электрификацию многих удаленных линий. Однако эти же факторы приводят к операторам японских железных дорог предпочитают эму над электровозами. Перенастройка электровозов для перевозки грузов и выбора междугородних перевозок, в результате чего подавляющее большинство электрического подвижного состава в Японии эксплуатируется с помощью электропоездов.

Австралия [ править ]

И Викторианские железные дороги, и государственные железные дороги Нового Южного Уэльса , которые впервые применили электрическую тягу в Австралии в начале 20-го века и продолжают эксплуатировать электрические многоблочные агрегаты постоянного тока напряжением 1500 В , отозвали свои электровозы.

В обоих штатах использование электровозов на основных междугородних маршрутах оказалось успешным. В Виктории из-за того, что была электрифицирована только одна основная линия (линия Гиппсленд ), экономические преимущества электрической тяги не были полностью реализованы из-за необходимости замены локомотивов на поезда, идущие за пределами электрифицированной сети. Парк электровозов VR был выведен из эксплуатации к 1987 году ^[44], а электрификация линии Гиппсленд была демонтирована к 2004 году ^[45].Локомотивы класса 86, представленные в штате Новый Южный Уэльс в 1983 году, имели относительно короткий срок службы, поскольку затраты на замену локомотивов на концах электрифицированной сети вместе с более высокими сборами за использование электроэнергии привели к тому, что дизель-электрические локомотивы проникли в электрифицированную сеть. ^[46] Электрические мощности автомобильных поездов до сих пор используется для городских пассажирских перевозок.

Queensland Rail внедрила электрификацию относительно недавно и использует новейшую технологию переменного тока на 25 кВ, и в настоящее время электрифицировано около 1000 км узкоколейной сети. Компания имеет парк электровозов для перевозки угля на экспорт, самый последний из которых мощностью 3 000 кВт (4 020 л.с.) класса 3300/3400. ^[47]Queensland Rail в настоящее время перестраивает свои локомотивы классов 3100 и 3200 в локомотивы класса 3700, которые используют тягу переменного тока и нуждаются только в трех локомотивах на угольном поезде, а не в пяти. Queensland Rail получает 30 локомотивов класса 3800 от Siemens в Мюнхене, Германия, которые прибудут в течение конца 2008 - 2009 годов. QRNational (уголь и грузы Queensland Rail после разделения) увеличила заказ на 3800 локомотивов. Они продолжают прибывать в конце 2010 года.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• Даффи, Майкл С. (2003). Электрические железные дороги, 1880-1990 гг . Стивенидж, Англия: Институт инженерии и технологий (IET). ISBN 978-0-85296-805-5.CS1 maint: ref = harv ( ссылка )

• Haut, FJG (1952). Ранняя история электровоза . Ричард Тиллинг для автора. ASIN  B0007JJNNE .
• Haut, FJG (1969). История электровоза . Лондон: ISBN Джорджа Аллена и Анвина Ltd. 978-0-04-385042-8.
• Haut, FJG (1970). Иллюстрированная история электровозов (1-е изд.). Публикации Дуба. ISBN 978-0-498-07644-2.
• Haut, FJG (1970). История электровоза, том второй (1-е изд.). Южный Брансуик, Нью-Джерси: AS Barnes & Co. ISBN 978-0-498-02466-5.
• Haut, FJG (1977). Электровозы мира . Бартон. ISBN 978-0-85153-256-1.
• Haut, FJG (1981). История электровоза. Том 2 . AS Barnes & Co. ASIN  B000RAWB64 .
• Haut, FJG (1987). История электровоза, Vol. 2: Вагоны и промышленный локомотив . ISBN AS Barnes & Co.  978-0-498-02466-5.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме локомотивов с электрическим приводом .

• Электрическая тяга
• Электродвигатели
• Железная дорога, использующая энергию ветра и солнца