IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Уже в последние десятилетия прошлого века с изобретением электрического двигателя в мире появляются новые виды локомотивов. Начиная с 1878 года на различных выставках стали демонстрироваться узкоколейные электрические дороги, а в 1881 году во многих городах привычную конку заменяет электрический трамвай.

Карл Маркс предвидел великое будущее электрической энергии. Он говорил, что безраздельное «царствование его величества пара, перевернувшего мир в прошлом столетии, окончилось; на его место станет неизмеримо более революционная сила — электрическая искра».С 1890 года на электрическую тягу начинают переходить паровые подземки. Позже электрическая энергия находит широкое применение на городском транспорте: ее используют трамваи, троллейбусы, метрополитен.

Первые электровозы

Первые электровозы появились в конце XIX века. Вот что писал по этому поводу распространенный в то время русский журнал «Библиотека для чтения»: «Дирекция железной дороги, сооружаемой между Эдинбургом и Глазго, предложила искусному английскому механику господину Девидсону испытать на этой дороге изобретенную им электромагнитную машину. Опыт, как пишут, оказался весьма удовлетворительным. Машина господина Девидсона состоит из шести сильных гальванических батарей: с этими батареями сообщаются большие магнитные спирали, прикасающиеся другим концом к трем большим намагнетизированным приборам, вделанным в три цилиндра, в которых вертятся три оси паровоза, приводя в движение шесть колес его

Электровоз — неавтономный локомотив, приводимый в движение установленными на нём тяговыми электродвигателями, получающими энергию от энергосистемы через тяговые подстанции, контактную сеть либо от собственной аккумуляторной батареи.

Применение электричества в качестве источника энергии для тяги поездов

Впервые применение электричества в качестве источника энергии для тяги поездов было продемонстрировано на промышленной выставке в Берлине в 1879 году, где был представлен макет электрической железной дороги. По участку протяженностью менее 300 м со скоростью 7 км/ч двигался поезд, состоящий из локомотива мощностью 2,2 кВт и трех вагончиков, в каждом из которых могло разместиться до 6 пассажиров. Создателями нового вида тяги были знаменитый немецкий учёный, изобретатель и промышленник Эрнст Вернер фон Сименс (Werner von Siemens, 1816-1892) и инженер Хальске.

Продемонстрированные на выставке электрическая линия и поезд мгновенно стали сенсацией. За 4 месяца поезд перевез около 90000 посетителей выставки. Электроэнергия постоянного тока напряжением 150 В к электровозу подводилась по контактному рельсу, расположенному между рельсами, обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд. Регулирование тяги производилось посредством водяного реостата. Швейцарский инженер Рене Тьюри (Rene Thury, 1860-1938) в 1884 году построил экспериментальную горную реечную дорогу в пригороде Монтрё. Движение по участку к горному отелю с уклоном 30‰ длиной 300 м осуществлялось двухосным локомотивом, который мог также перевезти 4 пассажировВпервые в промышленном применении участок электрической железной дороги длиной примерно 2 км был запущен в 1879 году на текстильной фабрике во французском городе Брейле.

В Великобритании первой линией, электрифицированной на постоянном токе напряжением 500 В с применением контактного рельса, стала подземная пассажирская City & South London Railway длиной 5,6 км, открытая в 1890 году. Компанией Messrs Mather & Platt and Siemens Bros для нее было поставлено 16 электровозов, на каждом установлены 2 тяговых безредукторных двигателя мощностью 36,7 кВт. Фактически это был первый в мире метрополитен.

Первый участок магистральной железной дороги на электрической тяге длиной 11,2 км был открыт в 1895 году в США между Балтимором и Огайо (Baltimore Belt Line) с напряжением в контактной сети 675 В постоянного тока. Линия состояла из открытого участка длиной 6,4 км и подземного в черте города. Электровозы для нее поставлялись компанией General Electric.

Первый в Европе опытный электровоз для магистральных линий был создан венгерским инженером Кальманом Кандо в 1894 году. Электровоз питался от трехфазной сети высокого напряжения 3300 В частотой 15 Гц и был оборудован асинхронным тяговым двигателем. В качестве преобразователя была применена новая электрическая машина, изобретенная Кандо, - фазовращатель. К. Кандо для европейских инженеров имеет такое же значение, как Ф. Спарг для американцев, поэтому в европейских странах "отцом электрической тяги" считают К. Кандо (1869-1931).

Электровозы, сконструированные К. Кандо, были применены в Италии для организации движения на полноценном железнодорожном маршруте (до этого они применялись только на отдельных участках дорог). Энергия к электровозу подавалась по двум контактным проводам, в качестве третьей фазы использовались рельсы.

Преимущества и недостатки электровозов

Преимущества:

Электровоз — экологически чистый локомотив. Он не создаёт выбросов в атмосферу, как это делают тепловоз и особенно паровоз. По причине «чистоты» массовое применение электровозов началось именно на тоннельно-перевальных участках, где паровозный дым существенно затруднял работу.

Электровоз при тех же габаритах, массе и технологическом уровне имеет значительно большую мощность, чем тепловоз или паровоз.

Высокий КПД. Даже с учётом КПД электростанций и энергосетей полнота использования теплоты сгораемого топлива в системе «ТЭЦ — энергосистема — электровоз» выше, чем для тепловоза, а тем более для паровоза. При питании электровозов от ГЭС, АЭС, ГеоТЭС, гелиоэлектростанций КПД ещё выше.

Конструкция электровоза, особенно современного, с электронным управлением тяговыми двигателями, проще конструкции тепловоза.

Среди всех локомотивов электровозы характеризуются наиболее простым управлением (кроме электровозов постоянного тока с РКСУ, где необходимо выдерживать ходовые позиции) и лучше всего поддаются автоматизации.

Недостатки:

Для эксплуатации электровозов требуется сложная инфраструктура: контактная сеть, тяговые подстанции — по этой причине электровозы экономически выгодно использовать только в качестве магистральных локомотивов на железных дорогах с большим трафиком. (Маневровые электровозы рентабельно использовать только на крупных электрифицированных станциях.)

Повышенная электрическая опасность как самого электровоза, так и электрифицированных железнодорожных путей.

Повышенная, как и у тепловозов с электротрансмиссией, металлоёмкость электрооборудования. Особенно это относится к электровозам переменного тока.

Сложность постановки в депо — требуется маневровый локомотив. В зданиях депо, по соображениям безопасности, часто отсутствует контактный провод — это ещё одна причина, по которой электровоз целесообразно использовать только в качестве магистрального локомотива.

Сила тяги электровоза

Получает электровоз энергию через пантограф (токоприёмник) – это деталь, которая находиться на крыше электровоза и принимает электричество с контактной сети. Так как расстояние между контактной сетью и крышей электровоза постоянно меняется из-за различных факторов, пантограф также выполняет функцию амортизации – опускаясь то вниз или поднимаясь вверх. Пантограф электровоза поддерживается пневмосистемой – давлением воздуха.

Затем электроэнергия от пантографа проходит через сопротивления, дальше через контактора, находящиеся в электрической камере и подаётся к тяговым электродвигателям электровоза. Не использованная энергия отдаётся обратно через рельсы на подстанцию – так происходит питание электровоза.

Код для цитирования: Скопировать