Gazmarket59.ru

Газ Маркет 59
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловозы с электрической передачей переменно постоянного тока

Тепловоз серии ТМЭ1

Маневровый тепловоз c электропередачей.

Технические характеристики

ДизельCaterpillar 3512B
Мощность по дизелю, кВт1455
Конструкционная скорость, км/ч100
Сила тяги при трогании с места, кН436 кН
Удельный расход топлива, г/кВт*ч202
Пробег до капитального ремонта15 лет
Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.1800
Масса (при 2/3 заправки эксплуатационных материалов),т120

Схема тепловоза ТМЭ1

Локомотивное депо Лида

Назначение маневровых машин

Локомотивы этой группы применяются для:

  • обслуживания станций пассажирских и промышленных;
  • подачи вагонов на подъездные пути;
  • работы в подгорочных парках;
  • расформировки и формировки составов;
  • надвига вагонов на горки сортировочные.

В общей сложности парк РЖД насчитывает порядка 6 тыс. локомотивов этой разновидности. Управляются тепловозы маневровые обычно одним человеком. Однако в скором времени РЖД планирует автоматизировать такие машины. Управление ими будет производиться оператором дистанционно по радиоканалу. Таким образом РЖД хочет решить проблему дефицита кадров.

Постоянный ток

Вторым способом передачи электрического тока потребителю, является постоянный ток. Подобный ток является выпрямленным. Он встречается в аккумуляторах, батарейках, зарядных устройствах. Такой ток и сейчас подается потребителям некоторых стран, но в очень малых количествах. Его вырабатывают солнечные батареи. Постоянный ток можно подавать по действующим ЛЭП и подземным кабелям. Плюсы такой передачи, следующие:

  1. С расстоянием нет потери мощности. Не придется завышать напряжение на электростанции.
  2. Статическая устойчивость не оказывает влияния на передачу и распределение.
  3. Не требуется настраивать частотную синхронизацию.
  4. Напряжение можно передать всего по одной линии с одним контактным проводом.
  5. Нет влияния электромагнитного излучения.
  6. Минимальная реактивная мощность.

Постоянный ток для потребителя не подается только по причине огромной себестоимости оборудования для электростанций.

Проводимость электрического тока и процент завышения в начале передачи, во многом зависят от сопротивления самой ЛЭП. Снизить сопротивление, — а тем самым нагрузку — можно при помощи охлаждения до сверхнизкой температуры. Это помогло бы увеличить расстояние для передачи энергии и существенно снизить потери. Сегодня нет технологии занижения температуры линии электропередачи. Такая технология является крайне дорогой и требует больших изменений в конструкции. Но в регионах крайнего севера этот способ вполне работает и намного занижает процент передачи мощностей и потери от расстояния.

Локомотивы: что мы знаем о самоходном рельсовом экипаже

Электричество помогло создать невероятно мощные и быстрые локомотивы без едкого выхлопа. В первой половине двадцатого века именно они помогли нарастить грузо- и пассажироперевозки, с которыми не справлялись архаичные паровозы. Сейчас электрические локомотивы заняли свою нишу, органично разделив обязанности и железнодорожные ветки с тепловозами. Для тех, кто знает о локомотивах чуть больше, чем ничего, мы и подготовили этот пост. В нем мы расскажем про самые первые электрические локомотивы XIX века, зарождении электрифицированных дорог в СССР и Японии.

Первые электропоезда

В XIX веке изобретатели пытались найти новые сферы применения электричества. В 1837 году шотландец Роберт Дэвидсон создал модель электрической рельсовой повозки, а в 1842 году представил первый электролокомотив Galvani на гальванических элементах. Galvani протестировали в Шотландии на отрезке пути Глазго-Эдинбург, где он с грузом в 6 тонн проехал более двух километров со скоростью 6 км/ч. Из-за малой мощности и дороговизны (обслуживать батареи стоило вчетверо дороже, чем жечь уголь) Дэвидсон прекратил совершенствование своего изобретения.

Читайте так же:
Тепловое действие тока рисунок схема

В 1851 году на дороге между американским Вашингтоном и Бладенсбургом профессор Смитсоновского института Чарльз Пейдж запустил свой электросостав, развивший скорость 30 км/ч.


Рисунок — вот и всё, что дошло до наших дней от электровагона Чарльза Пейджа. Источник: Wikimedia

В течение нескольких десятилетий изобретатели предлагали свои идеи по совершенствованию электротранспорта. Майкл Фарадей разработал электрогенератор, позволявший постоянно вырабатывать большой ток (в отличие от маломощных и дорогих гальванических элементов). В результате в 1879 году на Берлинской выставке Вернер фон Сименс построил кольцевую трехсотметровую железную дорогу, по которой двигался пассажирский состав из электровоза и трех тележек с лавками, получающий постоянный ток в 150 В от третьего рельса. Электричество вырабатывалось паровой динамо-машиной, установленной в павильоне неподалеку. Двигатель электровоза развивал 2,2 кВт (3 л.с.) мощности и достигал скорости 13 км/ч. За время работы выставки в течение четырех месяцев состав перевез 86 тысяч пассажиров, каждый из которых платил за билет 20 пфеннигов, уходивших на благотворительность. Берлинскую выставку и электропоезд Сименса можно считать первым примером коммерческой перевозки электрическим железнодорожным транспортом.

Появление тяговитых электропоездов проложило железнодорожные пути туда, куда паровозам с их дымом и паром вход был заказан – под землю. В 1890 году в Лондоне открылась подземная железнодорожная линия, длиной 5,6 км, а 16 электровозов с мощностью 36,7 кВт поставили Mather & Platt и Siemens Bros. Это был лондонский метрополитен.

В 1895 году на американском железнодорожном маршруте Балтимор-Огайо появился электрифицированный участок длиной 11 км, часть которого в черте города пролегала под землей. Впрочем, дальше электрификация железных дорог в США продвигалась неторопливо.

Первая российская электрическая железная дорога начала строиться между Санкт-Петербургом и Красной Горкой в 1913 году, но начавшаяся Первая мировая остановила проект — построенный отрезок до петербургской Стрельны теперь отдан под трамвайное движение (маршрут №36). После революции по плану электрификации страны началось активное строительство железных дорог для электровозов, первая из которых была проложена в 1926 от Баку до Сабунчи. Затем электропоезда начали появляться на дорогах, идущих из Москвы.

Собственного производства электровозов в СССР в то время еще не существовало, поэтому в 1932 году 8 локомотивов для новых дорог были закуплены у General Electric, причем только два из них поставлялись с электродвигателями, а для оставшихся шести предполагалось использовать двигатели отечественного производства.


СИ — один из первых импортных электровозов в СССР. Источник: Wikimedia

Две полностью оснащенных модели получили название С10, а шесть заготовок и изготовленные позже по лицензии электровозы, для которых заводом «Динамо» были построены двигатели на 340 кВт, необычно именовались СС — Сурамский советский, по имени Сурамского перевала, для которого они изначально и закупались. Модифицированные электровозы семейства С окончательно вывели из эксплуатации только в 1979 году.

Читайте так же:
Пусковой ток теплового насоса

Формально, СС не был советским электровозом, ведь за основу была взята импортная модель. Так что первым отечественным электровозом нужно считать ВЛ19 1932 года, который был действительно спроектирован в СССР.


ВЛ19, первый электровоз советской разработки. Источник: Wikimedia

Электровозам здесь не место

Удивительно, но мощные и эффективные локомотивы для электрифицированных железных дорог прижились не везде. Из-за необходимости затратного строительства инфраструктуры, электровозная тяга стала популярна в небольших странах, магистральных ветках и в местах со сложным рельефом. А вот история электровозов в США несколько драматична.

Соединенные Штаты были первой страной, начавшей электрификацию железных дорог. В самом начале XX века на электрическую тягу переходило восточное побережье страны — электрифицировать махом все главные ветки было фантастически дорого, поэтому электровозам отдали пассажирские перевозки между соседними штатами. Но с популяризацией дизельных двигателей и изобретением тепловоза электровозы начали понемногу сдавать. Тепловозы работают на любом пути без проводов и тяговых подстанций, а при нечастых поездках дизель выходил дешевле электричества. Если электрификация СССР породила избыток электроэнергии благодаря строительству ГЭС, то в Америке электричество добывалось в основном сжиганием угля.


Красавец А (GE-750) ушел с американских железных дорог в начале 1980-х. Кстати, изначально электровоз проектировался для СССР, но из-за Холодной войны к нам так и не попал. Источник: Wikimedia / Drew Jacksich

Вторая мировая ненадолго повлияла на предпочтения железнодорожников — бензин и дизель, ставшие топливом для военной техники, отправлялись на нужды армии, поэтому электровозы вновь стали более выгодным типом локомотивов. Электрификация железных дорог продолжилась до начала 1950-х годов, а точнее, до послевоенного экономического подъема. Самолеты, активное строительство асфальтовых трасс и автомобилизация страны затормозили не только электрификацию, но и развитие железнодорожного транспорта в принципе. К XXI веку от 409 тысяч километров путей осталось всего 220 тысяч, причем на 80% из них нет пассажирского сообщения. Реальность сурова: самолеты и грузовые автомобили выходят быстрее и дешевле.

Сейчас в США электрифицированные железные дороги встречаются только на пригородном сообщении и нескольких ветках между восточными штатами, а по оставшимся, еще не демонтированным путям передвигаются дизельные тепловозы.

Особый японский путь

В Японии железные дороги стали главным видом пассажирского транспорта, буквально впитавшись в национальную ДНК. Ни в одной другой стране мира поезда не перевозят такое количество пассажиров, как в Японии. Если в России железные дороги перевозят порядка 1,15 млрд пассажиров в год (без учета метро), то в Японии при втрое меньшей протяженности сети — более 9 млрд. И это при населении страны в 122 миллиона человек! А в огромном Китае (1,386 млрд жителей) и Индии (1,339 млрд человек) поезда перевозят 3 млрд и 8,26 млрд пассажиров в год соответственно.

Читайте так же:
Тепловая мощность электрического тока это

Железные дороги Японии уникальны уже тем, что в стране используются сразу четыре вида колеи, причем самая массовая из них — узкая Капская колея шириной 1067 мм (22300 км, 13200 км электрифицировано). Европейская колея (1435 мм) насчитывает 3978 км пути, редкая Шотландская колея (1372 мм) — 96 км и наконец 48 км узкой колеи (762 мм). Для сравнения, ширина колеи в России равна 1520 мм.


Участок пути на Сахалине, где Капская колея перетекает в Российскую. Источник: Wikimedia

Первая железнодорожная ветка открылась в Японии в 1872 году, с этого момента в стране строились пути Капской колеи. Сейчас нет однозначного мнения, почему Япония взяла узкую колею за основу своих дорог. Считается, что это была воля скрупулезного чиновника, который отдал предпочтение Капской колее только из-за дешевизны ее прокладки и экономичности соответствующих поездов. Впоследствии эта особенность превратилась в проблему для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта, что и породило появление альтернативной европейской колейности.

Первый успешный опыт Японии с Европейской колеей состоялся в 1934 году, когда между городами Далянь и Чанчунь в Южной Манчжурии был пущен состав «Азия-Экспресс», развивавший огромную по тем временам скорость 130 км/ч. Благодаря широкой колее Азия-Экспресс имел просторные комфортабельные вагоны с кондиционированием и обзорной площадкой.


Локомотив того самого Asia-Express теперь можно увидеть в железнодорожном музее Шэньяна. Источник: Wikimedia / Arnie97

Незадолго до войны власти Японии, увидев экономические перспективы Европейской колеи, готовились к реализации проекта железнодорожного тоннеля до Корейского полуострова, но в 1943 году от идеи пришлось отказаться, как и от «Азия-Экспресса».

После войны Япония продолжила расширять существующую сеть узкоколейных дорог, однако Европейская колея не была забыта. Экономический рост требовал строительства высокоскоростных веток, но существующие линии с Капской колеей не были приспособлены для передвижения со скоростью быстрее 110 км/ч. Так родился проект Shinkansen, сутью которого было строительство новых линий для скоростных пассажирских поездов, связывающих крупнейшие города всей страны. В его основу легла Европейская колея.


Открытие Shinkansen дало начало скоростным пассажирским перевозкам в Японии. На фото состав Shinkansen серии 0. Источник: KYODO

В 1964 году Shinkansen был официально запущен, первый отрезок пути связал Осаку и Токио. Электропоезд Shinkansen серии 0 работал на переменном токе 25 кВ, 60 Гц, имел мощность 15877 кВт и разгонялся до 210 км/ч. С тех пор маршрутная сеть Shinkansen растянулась от самого юга страны до северного острова Хоккайдо — те самые 3989 км, упомянутые ранее. Современные электропоезда Shinkansen в целях безопасности путешествуют на скоростях до 260 км/ч.

Удивительно, но в пику рекордному числу пассажирских перевозок, на японские железные дороги приходится исчезающе малая доля грузов — около 1% от перевозок по всей стране. Что, впрочем, не повлияло на развитие индустрии электровозостроения. Несколько крупных японских компаний, включая Toshiba, производят очень интересные и экономичные электровозы, большая часть которых идет на экспорт. Например, промышленные железные дороги ЮАР работают на электровозах Toshiba, также они поставляются в Китай, Индию, Турцию и Новую Зеландию.

Читайте так же:
Реле ограничения тока тепловоза 1

Вклад Toshiba

В 1926 году свет увидел первый электровоз Shibaura. Это была аккумуляторная модель AB10, изготовленная по заказу Арсенала армии Японии. Перед Shibaura стояла задача разработать локомотив, не дающий искр. Хранилище боеприпасов или химическая фабрика — не лучшие места, где можно искрить пантографами или трубой топки. В 1931 году AB10 переделали для широкого применения, заменив батареи на пантографы для питания от контактной сети, и дали индекс EB10.

Кстати, японские железные дороги вновь вернулись к идее аккумуляторного локомотива в XXI веке. Toshiba создала первый японский гибрид тепловоза и электровоза на литий-ионных аккумуляторах Type HD300. Гибрид отвечает требованиям экономии и экологичности: во время работы Type HD300 оперирует дизельным двигателем, также подзаряжающим батареи. Но в черте города или при маневрировании гибрид переключается на автономное электрическое питание, что полностью исключает дизельный выхлоп. Правда, мощность Type HD300 очень скромная — всего 500 кВт.


Type HD300 — первый японский гибридный электро/тепловоз. Не очень тяговитый, но универсальный и экологичный. Источник: Toshiba

Зато у Class EH800, самого мощного японского электровоза, она составляет 4000 кВт.


Type EH800 производства Toshiba является самым мощным японским электровозом на сегодняшний день — 4000 кВт чистой мощности. Источник: Toshiba

Toshiba не просто собирает электровозы, но и постоянно работает над инновациями. Сейчас в локомотивах компании применяются герметизированные синхронные двигатели с постоянными магнитами, которые отличаются тишиной и высоким ресурсом из-за защиты от пыли и грязи, которые неминуемо оседают внутри негерметизированных охлаждаемых воздухом двигателях. По результатам российских исследований, такие двигатели экономичны и эффективны.


Синхронный электродвигатель на постоянных магнитах производства Toshiba делает электропоезда тихими, долговечными и экономичными. Источник: Toshiba

Принципиальная схема

Обмотки выполняют в виде трех концентрических катушек с каналами в осевом и радиальном направлениях для обеспечения требуемых изоляционных расстояний между витками и циркуляции охлаждающего масла. Ближней к сердечнику располагают обмотку низкого напряжения НН . Затем располагают обмотку высокого напряжения ВН (сетевую) и снаружи — регулируемую обмотку низкого напряжения ННр. Обмотка СН состоит из нескольких катушек, размещенных во внешнем блоке катушек каждого стержня.

Регулируемая обмотка ННр разделяется на несколько ступеней с равным числом витков и может соединяется последовательно согласно или встречно с обмоткой НН . Наибольшее напряжение на обмотке НН получается при согласном включении обмоток НН и ННр (соединяются выводы x1-1). По мере выключения секций обмотки ННр напряжение на обмотке НН снижается, а при полном ее выключении напряжение остается только на зажимах al—xl. Дальнейшее снижение напряжения достигают встречным включением обмотки НН и ступеней обмотки ННр. Обычно число витков обмотки НН несколько больше, чем у обмотки НН . Поэтому при их встречном включении напряжение на обмотке НН составляет 40—70 В, что соответствует первой ступени регулирования напряжения.

Читайте так же:
Выключатели терморегуляторы теплого пола

Обозначения на электроприборах и схемах

Часто возникает потребность в том, чтобы определить на каком токе работает устройство. Ведь подключение устройства, работающего на постоянном токе в электрическую сеть переменного тока, неминуемо приведет к неприятным последствиям: повреждению прибора, возгоранию, электрическому удару. Для этого в мире существуют общепринятые условные обозначения для таких систем и даже цветовая маркировка проводов.

Условно, на электроприборах, работающих на постоянном токе указывается одна черта, две сплошных черты или сплошная черта вместе с пунктирной, расположенные друг под другом. Также такой ток маркируется обозначением латинскими буквами DC. Электрическая изоляция проводов в системах постоянного тока для положительного провода окрашена в красный цвет, отрицательного в синий или черный цвет.

На электрических аппаратах и машинах переменный ток обозначается английской аббревиатурой AC или волнистой линией. На схемах и в описании устройств его также обозначают двумя линиями: сплошной и волнистой, расположенных друг под другом. Проводники в большинстве случаев обозначаются следующим образом: фаза – коричневым или черным цветом, ноль – синим, а заземление желто-зеленым.

Трамваи и троллейбусы

Так же, как и метро, в контактную сеть наземного городского электротранспорта подается постоянный ток.

Номинальное напряжение контактной сети

Тяговые подстанции питаются от городской электросети напряжением 6 или 10 кВ. Они выпрямляют переменный ток и выдают напряжение 550 вольт.

Организационная структура контактной сети

Она строится так же, как и у метрополитена – маршрут разбивается на равные участки и к ним подключаются автономные тяговые подстанции. При этом в конструкции силовых установок отсутствуют низковольтные выводы, поскольку вся дорожная инфраструктура запитывается от городской электросети.

Конструкция контактной сети

У троллейбусов она воздушная и двухпроводная, поскольку прямого контакта с землей обеспечить невозможно. Токоприемники у них выполнены в виде графитовых щеток на длинных штангах, что увеличивает маневренность машины – она может отклоняться от линии проводов на расстояние до 4,5 метра.

Контактная сеть трамвайных линий аналогична железнодорожному транспорту – фазный провод вверху, нулевой – рельс. Токоприемник выполнен по схеме раздвижного пантографа, рамка которого скользит по проводу. Чтобы уменьшить ее износ, контактный провод подвешивают зигзагом – не более четырех изгибов на один пролет между столбами.

Контактные сети и тяговые подстанции, обеспечивающие их питанием, по своему устройству и организационной структуре остаются практически теми же, что и сто лет назад. Изменения касаются лишь элементной базы, в результате чего все конструкции становятся более компактными. Исчезнуть они могут лишь в случае технологического прорыва, аналогичному тому, что случился в начале XX века, когда электричество стало применяться широко и повсеместно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector