Электровозы переменного тока

А как устроен и работает электровоз переменного тока? Данный локомотив использует для питания переменный однофазный ток, напряжением 25 000 Вольт. В этой машине переменный ток проходит этап выпрямления, т.е., через выпрямительные установки преобразуется в постоянный и поступает на тяговые электродвигатели. Но, ток в выпрямительных установках электровоза не сглаженный, практически не постоянный, как на электровозах постоянного тока, а пульсирующий. Поэтому на них установлены тяговые электродвигатели (ТЭД) пульсирующего тока. Это практически коллекторные ТЭД постоянного тока, но имеющие дополнительные устройства – шихтованные вставки, дополнительные полюса, большее число полюсов и компенсационную обмотку.

Электровозы переменного тока устроены посложнее, имеют в своем устройстве больше оборудования, у них значительно выше сцепной вес. На крыше расположены: токоприемник; электропневматический главный выключатель (ГВ) – предназначен для подключения силовой цепи электровоза к контактному проводу и ее автоматического отключения от сети в случае ненормальной работы (короткие замыкания и перегрузки); жалюзи вентиляторов; главные резервуары пневматической системы.

В кузове находятся: тяговый трансформатор; выпрямительные установки или выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП); переходный и сглаживающие реакторы (дополнительно сглаживают пульсации тока); мотор-вентиляторы-охлаждают выпрямительные установки и тяговые электродвигатели, выпрямительные установки возбуждения (используются при реостатном и рекуперативном торможении),

количество вентиляторов больше, чем на «постоянниках» от трех и выше (обычно четыре); мотор-компрессор (для закачивания сжатого воздуха в главные резервуары пневматической системы); реверсоры (для смены направления движения); фазорасщепитель – переменный ток поступающий на электровоз однофазный, а вспомогательные машины (двигатели вентиляторов и компрессора асинхронные трехфазные), вот фазорасщепитель и преобразует однофазный ток в трехфазный; на старых типах электровозов – электрический контроллер главный (ЭКГ8Ж) ; контакторы цепей управления; вспомогательный компрессор (для аварийного подъема токоприемника) и другое вспомогательное оборудование. Аккумуляторные батареи находятся под кузовом. Цепи управления питаются постоянным током, напряжением 50 Вольт, вырабатываемым генератором постоянного тока или специальным трансформатором (ТРПШ).

Все электровозы оборудованы системой подачи песка под колесные пары, эта система используется для предотвращения буксования колесных пар, поэтому в кузове установлены еще и бункеры для сухого песка. 

Как мы знаем из курса физики – трансформатор способен повышать или понижать напряжение переменного тока. В электровозах он понижает напряжение до значения наиболее благоприятного для работы ТЭД (900-1600 Вольт). Регулирование на отечественных электровозах осуществляется на стороне низшего напряжения, путем подключения секций обмотки трансформатора контакторами и соответственно увеличения или уменьшения напряжения на тяговых электродвигателях. Регулирование на стороне высшего напряжения тягового трансформатора применено на электровозах ЧС4 и ЧС8. 

Весь этот процесс осуществляется контроллером машиниста, посредством цепей управления, через электрический контроллер главный – он состоит из четырех силовых контакторов с дугогашением и тридцати контакторов без дугогашения. Контакторы с дугогашением переключают в определенной последовательности секции обмотки трансформатора под током, обеспечивая переключение остальных контакторов при обесточенной цепи. Для недопущения возникновения токов короткого замыкания при переключении контакторов в цепи установлен переходный реактор, он еще позволяет увеличить число ступеней регулирования напряжения. 
Весь этот контроллер имеет кулачковый вал, приводимый во вращение электродвигателем постоянного тока-сервомотором, через редуктор и специальную муфту.  Но это все уже устарело, хотя электровозы с данной системой регулированию еще вовсю работают на железных дорогах.

Все современные электровозы работают на полупроводниках – тиристорах. На них устанавливаются выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП). Управление выпрямителями, собранными на тиристорах, позволяет осуществить не только преобразование переменного тока в постоянный, но и плавное регулирование напряжения на ТЭД. Также ВИП позволяет инвертировать постоянный ток в переменный при рекуперативном торможении. Как говорится – три в одном! В данном выпрямителе можно устанавливать угол включения (открытия) тиристоров, то есть подавать в соответствующие моменты управляющие импульсы тока. При этом регулируется среднее значение напряжения от обмотки трансформатора. Очень перспективная и надежная система.