Электровоз. Как оно работает
После недавнего поста про устройство тепловоза не мог не написать что-то аналогичное про электровоз. Цель данного поста - рассказать про общее устройство электровоза простым и доступным языком, чтобы было понятно всем и каждому, в том числе людям, не связанным с железной дорогой. Речь пойдет о ЧС7.Немного покопавшись в интернете, с удивлением обнаружил, что именно про этот электровоз больше всего материалов, постов, рассказов и отчетов. Не знаю, с чем связана такая популярность "семерки"; постараюсь свести воедино всю информацию с необходимыми упрощениями. Все фотографии взяты из интернета из открытых источников, не мои. Свои не делал специально в целях сохранения анонимности.
Итак, ЧС7 - двухсекционный магистральный пассажирский электровоз постоянного тока напряжением 3 кВ или 3000 Вольт. Производства Чехословакии, отсюда и название "ЧС". Цифра "7" означает седьмой тип, т. к. предыдущий тип электровозов ЧС носил номер 6 (ЧС6). Про предпосылки создания, года выпуска и количество машин дублировать Википедию не буду, там это вполне понятно написано. Скажу лишь, что машины данной серии предназначались для вождения длинносоставных и тяжеловесных пассажирских поездов (30 и более вагонов), коих в СССР было предостаточно. С развалом союза поезда такой длины стали неактуальны, и вместе с этим стала не особо нужна исполинская тяга данных локомотивов. Откапиталенные "Чебурашки" ЧС2 вполне справляются с недлинными нынешними поездами, расходуя при этом меньше энергии. Большинство "семерок" по сей день работает на Московской железной дороге.
Внешний вид ЧС7 (первое попавшееся фото из гугл-картинок):
Электровоз. Как оно работает Железная Дорога, Длиннопост, Электровоз, Поезд
Итак, начнем со "скелета". Электровоз состоит из двух одинаковых секций, каждая из которых оборудована кабиной машиниста, между секциями имеется переход. Между собой секции соединены обычной автосцепкой СА-3, имеющей зазор, что доставляет дополнительные неудобства при ведении поезда под данным локомотивом, но облегчает расцепку секций. Кузов каждой секции рамный, вагонного типа. Рама через шкворни опирается на две двухосные тележки, всего четыре тележки (т. е. 8 осей). Шкворень - это то, на чем "крутится" тележка, т. е. ось ее вращения. Одновременно он же служит основным средством передачи тягово-тормозных усилий. Для обеспечения устойчивости кузова на тележках и поворота их относительно кузова имеются скользуны. Вертикальные колебания, или тряска, гасятся при помощи пружин и гидрогасителей. На крыше каждой секции установлены токоприемники, высоковольтное токоведущее оборудование и главные резервуары, в которых содержится сжатый воздух, используемый в работе тормозов.
Переходим к электрической части. Электровоз получает энергию из контактной сети (КС) посредством токоприемников. Если представить себе цепь постоянного тока, то в ней КС будет "плюсом". Далее, пройдя через электровоз и обеспечив питание, тяговый ток уходит в рельсы, а от них - обратно на подстанцию. Это будет "минус", так что рельсов током никого не ударит :) Сразу хочу развеять миф: автономного хода ни у одного электровоза нет. То есть при пропадании напряжения в КС электровоз мгновенно теряет тягу. Аккумуляторная батарея есть, но она на 50В и предназначена для низковольтных цепей. Эти же цепи питают элементы типа фара электровозная взрывобезопасная. Для обеспечения безопасного движения.
Идем далее. На каждой оси установлен тяговый электродвигатель (ТЭД), рассчитанный на 1500 В. Поскольку в КС напряжение 3000 В, то ТЭД попарно последовательно соединены в группы. Пара ТЭД на одной тележке и будет являться такой группой. Как помним, у нас четыре тележки, а, значит, и четыре группы ТЭД, каждая из которых рассчитана на 1500+1500=3000 В.
Но, как мы понимаем, сразу подать полное напряжение на двигатели нельзя, получим сгоревшие двигатели и пережог контактного провода :) Для обеспечения плавного разгона группы ТЭД могут соединяться между собой тремя типами соединения: последовательное (сериесное, С), смешанное (сериес-параллельное, СП), и параллельное (П). При сериесном соединении напряжение делится поровну между всеми четырьмя группами: 3000/4=750 В на группу. При СП-соединении напряжение поделится между двумя парами групп ТЭД, соединенных параллельно, т. е. 3000/2=1500 В на группу. И, наконец, при параллельном включении каждая группа получит свои полные 3000 В.
Однако, и этого недостаточно. Тронуться, сразу включив последовательную схему, тоже не выйдет. Для этого в схему вводятся пуско-тормозные резисторы (ПТР), которые обеспечивают еще бОльшее падение напряжения в схеме при трогании. Резисторы также объединены в группы, и по мере набора скорости выводятся из цепи, чтобы энергия на них бездарно не сжигалась. В конечном итоге, из тяговой цепи выводятся полностью все группы ПТР.
Как же это происходит? Расскажу сразу на примере трогания локомотива, так будет проще для восприятия. Рабочее место машиниста выглядит следующим образом (фото из гугл-картинок):
Электровоз. Как оно работает Железная Дорога, Длиннопост, Электровоз, Поезд
В самом центре фотографии мы видим "вешалку", которая называется контроллером управления тягой. У него есть 56 так называемых позиций, каждая позиция означает определенную конфигурацию тяговой цепи. Т. е. меняя позицию контроллера, мы вводим или выводим пуско-тормозные сопротивления или меняем тип соединения групп ТЭД. Мы ведь еще не забыли, что это такое? :)
Итак, мы стоим, контроллер находится в нулевой позиции. Тяги нет. Чтобы тронуться, начинаем набирать позиции (опишу ручной набор, есть еще автоматический): поворачиваем "вешалку" влево и возвращаем в исходное положение. Таким образом, мы набрали одну, первую, позицию. Она означает последовательное соединение групп тяговых двигателей и ввод всех групп резисторов в цепь. Долго ехать на такой позиции нам не нужно, энергия впустую сжигается на резисторах, а скорость толком не набирается. Поэтому переходим на вторую позицию точно таким же образом, как набрали первую: влево и обратно. Что произошло? У нас вывелась из цепи одна группа сопротивлений, напряжение на ТЭД увеличилось, тяга возросла. Ввод-вывод осуществляется проворотом ПБК 330 - промежуточного барабанного контроллера. Фото найти не смог, выглядит как круглый кохух с барабаном внутри. Поворачиваясь на 90 градусов, он замыкает или размыкает контакторы очередной группы ПТР.
Продолжаем набирать позиции дальше, не забывая следить по амперметрам за током в цепи тяги. К слову, амперметры находятся прямо перед контроллером, их четыре (по одному на тележку). Плавно разгоняясь, доходим до 20ой позиции. Интересна она тем, что на ней полностью выведены все сопротивления, но тип соединения все еще сериесное, "С". Такая позиция называется "ходовая", на ней можно ехать как угодно долго без потерь энергии на тепло в резисторах.
Что же дальше, если тяги 20той позиции нам недостаточно? Если далее планируется длительный интенсивный разгон, переходим на следующий тип соединения ("СП"). Набираем 21ю позицию, она является переходной между типами соединения, задерживаться на ней не нужно, и переходим на 22ю. Эта позиция аналогична первой - на ней введены все имеющиеся группы резисторов с той лишь разницей, что теперь группы ТЭД у нас соединены не последовательно, а смешанно. Далее все происходит точно также - набирая позиции одну за другой, выводим реостаты из цепи, и доходим до ходовой позиции СП-соединения, она носит номер 38. На ней также можно ехать сколько требуется. Дальнейший переход на параллельное соединение происходит совершенно похожим образом. Ходовая позиция параллели имеет номер 56, это максимально возможная тяга.
Сброс позиций происходит или поворотами ручки контроллера вправо, или нажатием кнопки. В этом случае позиции сбрасываются до ближайшей ходовой.
Есть еще один интересный момент. На каждой ходовой позиции мы можем воспользоваться еще одним способом увеличения тяги - шунтированием обмоток ТЭД. Как известно из физики, скорость вращения вала двигателя прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку. Напряжение мы повышаем выводом сопротивлений, а понизить поток можем, навешивая на обмотки двигателей шунты. Для этого нажимаем на контроллер, утапливая его вниз, и также поворачиваем влево. Всего есть 5 ступеней ослабления возбуждения. Удобно, когда, к примеру, нет надобности переходить на более высший тип соединения, но нужно повысить тягу. Или после нажатия на кнопку сброса позиций, "пока крутится барабан" ПБК 330, навешиваем шунты. В связи с этим уточнение: максимально возможная тяга - это 56 позиция со всеми шунтами.
Кратко пройдусь по остальным основным органам управления и приборам. Добавлю еще одно фото, дабы разбавить простыню текста (также из гугл-картинок):
Электровоз. Как оно работает Железная Дорога, Длиннопост, Электровоз, Поезд
Кроме контроллера, в кабине имеется поездная радиостанция (под лобовым стеклом), кран управления тормозами состава (красный справа, со шляпкой ЭПТ), чуть выше него - кран управления тормозами только локомотива (на фото обрезан, но кусок виден, тоже красного цвета), система безопасности КЛУБ-У.
Слева под контроллером находится ось для реверсивной рукоятки. Это такой своеобразный аналог ключа в автомобиле - машинист снимает рукоятку и уносит с собой, предварительно выставив нейтральное положение. На фото рукоятка отсутствует. Положений у нее три - "вперед", "реверс" и "нейтраль", тут все просто.
Еще левее находится блок пакетных переключателей (на фото не виден), с которого включаются буферные фонари, компрессоры в случае ручного пуска и еще много всего.
На наклонной панели слева от амперметров находятся лампы указания позиций. Еще не забыты "С", "СП" и "П"? :) В зависимости от типа соединения групп ТЭД в данный момент и будет гореть одна из трех ламп нижнего ряда. На фото они даже подписаны соответствующим образом. Левая верхняя лампа означает нулевую позицию, верхняя правая - что в данный момент электровоз идет на ходовой позиции, т. е. без резисторов в цепи тяги. Справа в едином блоке с амперметрами тяговой цепи находятся еще два прибора - вольтметр и амперметр ЭПТ (электро-пневматического тормоза), поэтому всего приборов на фото шесть.
Напоследок, в правой части наклонной панели расположено пять манометров. Два верхних показывают давление в тормозной магистрали и уравнительном резервуаре, их показания практически одинаковые. В нижнем ряду расположены манометры главного резервуара (ГР, о нем я упоминал в начале), тормозных цилиндров (фактически, его показание означает тормозное усилие в данный момент), а третий предназначен для электродинамического тормоза, который по факту на данных машинах не используется.
