Электровозы ВЛ80т
При ведении поездов электровозами ВЛ80к независимо от характера профиля
пути для регулирования скорости движения использовались только
колодочные тормоза. Между тем на многих линиях было экономичнее
применять электрическое торможение. Поэтому научно-исследовательские и
проектно-конструкторские организации начали работы по применению этого
вида торможения иа электровозах ВЛ80к. Одним направлением более
простым, но менее эффективным в смысле уменьшения расхода энергии было
применение на электровозах реостатного торможения; вторым направлением
было применение на электровозах рекуперативного торможения.
Так как создание электровоза с рекуперативным торможением представляло
более сложную техническую задачу и требовало применения тиристоров с
высокими параметрами, которые в то время еще не были освоены
промышленностью, то до отработки устойчивой в эксплуатации системы
рекуперативного торможения на электровозах, имеющих полупроводниковые
выпрямители, было решено применять реостатное торможение. В этом случае
механическая энергия торможения после превращения ее в электрическую в
виде тепла рассеивалась в атмосфере, не создавая полезной работы. В
1967 г. Новочеркасским электровозостроительным заводом по проекту,
выполненному Всесоюзным научно-исследовательским,
проектно-конструкторским и технологическим институтом
электровозостроения (ВЭлНИИ) с участием Московского энергетического
института (МЭИ), были построены два опытных восьмиосных электровоза
переменного тока с реостатным торможением ВЛ80т-158 и ВЛ80т-159. На
этих электровозах сохранилось много конструктивных элементов
электровозов ВЛ80к: тяговые электродвигатели НБ-418К6, выпрямительные
установки, многие аппараты. Незначительно изменилась конструкция
кузова, что вызывалось необходимостью установки тормозных резисторов и
системы их вентиляции. Для расширения опыта по применению тележек с
люлечным подвешиванием электровозы №158 и 159 были выпущены с тележками
по типу электровоза ВЛ80к-037 (см. выше). В режиме тяги все
характеристики электровоза ВЛ80т такие же, как и у электровоза ВЛ80к. В
режиме реостатного торможения обмотки возбуждения тяговых
электродвигателей отключаются от цепи якорей, соединяются все восемь
последовательно и получают питание от статического полупроводникбвого
возбудителя, который состоит из кремниевых диодов и тиристоров и в свою
очередь получает питание от обмотки низкого напряжения трансформатора.
С помощью тиристоров напряжение возбудителя и ток возбуждения тяговых
электродвигателей регулируются в широких пределах. Якоря всех тяговых
электродвигателей подключены на индивидуальные тормозные реостаты.
Следовательно, в режиме реостатного торможения они работают как
генераторы с независимым возбуждением.
Система автоматического регулирования тормозной силы электровозов ВЛ80т
позволяет поддерживать заданную скорость на спусках, ограничивать
тормозную силу в режиме остановочного торможения по мощности тормозных
реостатов, сцеплению и току возбуждения тяговых электродвигателей. На
электровозах №158 и 159 автоматическое регулирование тормозной силы
дублировалось ручным управлением. Для охлаждения тормозных резисторов
на электрововах установлены вентиляторы, приводимые электродвигателями
постоянного тока.
Так как тормозные резисторы, система их вентиляции и другое
оборудование реостатного торможения увеличивали вес электровоза, то в
качестве частичной компенсации на опытных локомотивах были поставлены
более легкие компрессоры ПК-3,5, несколько облегченный трансформатор и
оси колесных пар со сверлением. Облегчение трансформатора вызвало
увеличение потерь энергии в нем. Вес электровозов составил около 189
тс. Электровоз ВЛ80т- 153 в 1968 г. был испытан ЦНИИ МПС. Мощность в
тормозном режиме достигала 4400 кВт, а тормозное усилие при скоростях
50, 80 и 110 км/ч соответственно 35, 22 и 16 тс.
В 1969 г. Новочеркасский электровозостроительный завод построил еще
пять электровозов ВЛ80т (буква т обозначает с реостатным торможением).
У этих электровозов (№618 и др.) тележки, трансформаторы ОДЦЭ-5000/25Б,
тяговые электродвигатели НБ-418К6, главный контроллер ЭКГ-8Ж, главный
выключатель ВОВ-25-4М, аккумуляторная батарея 42КН-125, компрессор
КТ-6Эл такие же, как у электровозов ВЛ80к последних выпусков. Для
охлаждения тормозных резисторов применены центробежные вентиляторы с
электродвигателями АЭ-92-4; всего на каждом электровозе установлено по
десяти таких электродвигателей: два для привода компрессоров, четыре
для привода центробежных вентиляторов тяговых электродвигателей и
четыре для центробежных вентиляторов охлаждения выпрямительных
установок и тормозных резисторов.
Выпрямительные установки ВУК-4000Т по количеству и типу вентилей не
отличаются от выпрямительных установок ВУК-4000Л электровозов ВЛ80к, но
имеют несколько измененную конструкцию.
В 1970-1975 гг. электровозы ВЛ80т выпускались серийно. Десять
электровозов ВЛ80т были выпущены с конденсаторным пуском
вспомогательных машин, а с электровоза №712 (1970 г.) вновь с
расщепителями фаз НБ-455А.
На электровозах выпуска 1969-1970 гг. автоматическое регулирование
тормозной силы дублировалось полуавтоматическим управлением, а в 1971
г. (с электровоза №784) с повышением надежности работы автоматической
системы вообще отказались от ее дублирования и начали устанавливать
контроллеры машиниста КМЭ-70. Позиции главной и реверсивной рукояток у
них такие же, как и у электровозов ВЛ80к; дополнительно поставлена
тормозная рукоятка, имеющая фиксированные позиции - нулевую, подготовки
к торможению, предварительное торможение и нефиксированные тормозные
позиции.
Мощность продолжительного режима тормозных реостатов была увеличена до
5480 кВт, что позволило при скорости 50 км/ч иметь тормозное усилие 43
тс, при скоростях 80 и 110 км/ч - соответственно 27,5 и 20 тс. Вес
электровозов ВЛ80т с 2/3 запаса песка был доведен до 184 тс (нагрузка
от колесной пары на рельсы 23 тс).
Электровозы ВЛ80т №806 и 810 оборудованы тяговыми электродвигателями
НБ-504А, которые отличаются от электродвигателей НБ-418К6 отсутствием
компенсационной обмотки и применением безпазовых якорей. Проводники
обмотки якоря у этих электродвигателей уложены на гладкую
цилиндрическую поверхность сердечника и закреплены стеклобандажами.
Такая конструкция позволяет улучшить коммутацию машины.
Электровозам ВЛ80т начиная с №917 в 1973 г. присужден Государственной
комиссией Знак качества; гарантийный срок службы этих электровозов
увеличен с 150 тыс. до 200 тыс. км. В 1974 г. группе специалистов НЭВЗ,
ВЭлНИИ, МЭИ, Министерства путей сообщения за разработку конструкции,
освоение серийного производства и организацию эксплуатации восьмиосных
магистральных электровозов переменного тока ВЛ80т с автоматическим
электрическим торможением присуждена Государственная премия.
Электровозы ВЛ80т, построенные в 1970-1975 гг., поступили для
обслуживания грузовых поездов на Восточно-Сибирскую и Забайкальскую
дороги, а также на линию Пенза - Лихая - Кочетовка.
В процессе выпуска электровозов ВЛ80т в их конструкцию вносились
изменения, в частности, стали применяться токоприемники Л-13У1 или
Л-13М1, главные выключатели ВОВ-25-4МУХЛ1, воздухораспределители №283,
краны машиниста 395. В 1980 г. на двух электровозах вместо
электродвигателей АЭ-92-4 установили электродвигатели АНЭ225L4УХЛ2.
Электровозы ВЛ80с
Электровозы ВЛ80т не имеют оборудования, позволяющего управлять двумя
сцепленными электровозами одним машинистом (работа по системе многих
единиц). Для обеспечения возможности вождения тяжелых грузовых поездов
ВЭлНИИ внес необходимые изменения в электрические цепи управления и
пневматические системы тормозов электровозов ВЛ80т, а НЭВЗ в 1979 г.
выпустил с этими изменениями два электровоза, получившие обозначение
ВЛ80с. Индекс "с" в данном случае указывает, что электровоз может
работать по системе многих единиц. С 1980 г. электровозы ВЛ80с
выпускаются серийно.
Механическая часть и электрическое оборудование электровозов ВЛ80с в
основном такие же, как и на электровозах ВЛ80т. По сравнению с
электровозами ВЛ80т имеются следующие изменения: применены
межэлектровозные соединения, установлена сигнализация, позволяющая
машинисту судить о работе второго электровоза.
В 1982 г. НЭВЗ выпустил опытные электровозы ВЛ80с №550-552, которые
могут работать в составе не только четырех, но и трех секций.
Особенностью таких электровозов является то, что прицепленная к
восьмиосному электровозу секция не участвует в режиме электрического
торможения. В 1983 г. начат серийный выпуск таких электровозов (с
№697).
В конструкцию электровозов ВЛ80с в процессе их выпуска вводились
отдельные небольшие изменения, направленные на повышение надежности или
уменьшение затрат на изготовление. В частности, на электровозах с №1406
применяется измененная схема цепей управления, исключающая
рассогласование контроллеров ЭКГ-8Ж при работе по системе многих
единиц. В порядке эксперимента на электровозе №1270 были поставлены
трансформаторы с двухрядным расположением радиаторов.
В 1983 г. на некоторых электровозах вместо асинхронных
электродвигателей АЭ-92-4 были установлены электродвигатели
АНЭ-225L4УХЛ2 (мощность 55 кВт, линейный ток 119 А, частота вращения
ротора 1430 об/мин, масса около 380 кг). Эти электродвигатели были
использованы также в качестве расщепителей фаз. На партии электровозов
ВЛ80с (№484-513) в порядке опыта вместо расщепителя фаз НБ-455А
использованы электродвигатели АЭ-92-4, на электровозах №882 и 883
установлены компрессоры КТ-6Эл с повышенной частотой вращения вала. В
1985 г. на пяти электровозах ВЛ80с были поставлены опытные тяговые
электродвигатели НБ-514, предназначенные для двенадцатиосных
электровозов ВЛ85. Усиление отдельных элементов конструкции и введение
новых узлов на электровозах ВЛ80с привели к повышению их массы, что и
послужило основанием для установления ее нового номинального значения -
192 т.
Электровоз ВЛ80см имеет кузов аналогичный кузову электровоза ВЛ85. Другие отличия мне (И.А,) в настоящее время неизвестны.
Электровозы ВЛ80р
Электровозы ВЛ80т и ВЛ80с с реостатным торможением не возвращают в
контактную сеть электрическую энергию, вырабатываемую при движении
поездов по спуску или во время снижения скорости, что существенно
снижает их эффективность, особенно при работе на участках с тяжелым
профилем пути.
Перед конструкторами электрических локомотивов была поставлена как одна
из первостепенных задач разработка оборудования для электровозов
переменного тока, позволяющая осуществлять рекуперативное торможение.
Поэтому по техническим требованиям, разработанным Всесоюзным
научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта
(ВНИИЖТ), ВЭлНИИ и НЭВЗом на базе электровозов ВЛ80т были созданы
электровозы ВЛ80р с рекуперативным торможением. В 1967 г.
Новочеркасский электровозостроительный завод по проекту ВЭлНИИ
изготовил опытный электровоз ВЛ80р-300. Этот электровоз имеет
однотипные с электровозами ВЛ80к тележки, тяговые электродвигатели и
основные вспомогательные машины. Кузов электровоза №300 отличается от
кузовов электровозов ВЛ80к незначительными изменениями. Трансформаторы
и преобразовательные установки с использованием управляемых
полупроводниковых вентилей - тиристоров спроектированы для электровозов
заново. Преобразовательная установка на тяговом режиме позволяет плавно
регулировать напряжение, на зажимах тяговых электродвигателей, что
улучшает тяговые свойства электровоза, а на тормозном режиме -
постоянный ток, вырабатываемый тяговыми электродвигателями,
преобразуется в переменный ток 50 Гц. Ток питает тяговые обмотки
трансформатора и его первичная обмотка становится вторичной и
возвращает электрическую энергию через контактную сеть другим
потребителям.
Для преобразовательной установки использованы тиристоры ТЛ200-6 или
7-го класса, рассчитанные на номинальный ток 200 А; тиристоры
смонтированы в четырех преобразовательных установках ВИП-1760 по 300
шт., т. е. всего на электровозе 1200 тиристоров.
Сначала электровоз прошел первые тягово-энергетические испытания на
опытном кольце завода. Затем, после изменения некоторых узлов
электрического оборудования, локомотивов поступил для опытной
эксплуатации в депо Батайск Северо-Кавказской дороги. Здесь в 1969 г.
были проведены более широкие тягово-энергетические испытания
электровоза, а затем в период 1969-1970 гг. он водил грузовые поезда на
участках Батайск-Лихая и Батайск-Иловайская. Во время опытной
эксплуатации возврат энергии в сеть достигал 10,3% от затраченной на
тягу.
В конце 1969 г. Новочеркасский завод выпустил еще два электровоза ВЛ80р
(№621 и 622), при изготовлении которых был учтен опыт работы
электровоза №300. На электровозах установлены трансформаторы
ОДЦЭ-5000/25А и выпрямительно-инверторные преобразователи ВИП-2200,
собранные на тиристорах ТЛ2-200 8-го и 9-го классов. В каждом
преобразователе имеется по 260 тиристоров. Число параллельно включенных
тиристоров в каждом плече оставлено, как и на электровозе №300, десять.
Несколько изменена схема подключения тиристоров. Вместо двух осевых
мотор-вентиляторов блока балластных резисторов установлен один
центробежный. Осевые вентиляторы СВМ-6М, охлаждающие преобразователи,
заменены сдвоенными центробежными вентиляторами Ц8-19-6,5. В системе
управления заменены некоторые блоки. Вместо расщепителя фаз на
электровозах применена конденсаторно-расщепительная система.
Электровозы №621 и 622 поступили на Северо-Кавказскую дорогу, где они в
1970 г. прошли эксплуатационные испытания и некоторое время находились
в опытной эксплуатации.
Используя большой опыт эксплуатации и результаты испытаний электровозов
№300, 621 и 622, ВЭлНИИ значительно переработал проект электрической
части электровоза. По этому проекту в конце 1973 г. Новочеркасский
электровозостроительный завод изготовил электровоз ВЛ80р-1500. На этом
электровозе установлены трансформатор ОДЦЭ-5000/25 и преобразователи
ВИП2-2200М с тиристорами Т2-320 14-15-го классов. Количество тиристоров
в преобразователе уменьшено до 154 и общее количество на электровоз
составило 616. Применены новые выходные усилители а блоки питания
повышенной мощности, внесены необходимые изменения в схемы и аппаратуру
управления и защиты. Для питания обмоток возбуждения тяговых
электродэигателей служит преобразовательная установка, в которой
имеется 2х12 тиристоров ТЛ200 8-го и 10-го классов.
Контроллер машиниста КМЭ-77, помимо реверсивной рукоятки, имеет главную
в виде штурвала и рукоятку возбуждения. Преобразователи охлаждаются
вентиляторами ЦВП-64-14 №6, 7, а тяговые электродвигателя -
вентиляторами ЦВП-64-14 №8,2.
Эксплуатационные испытания электровоз ВЛ80р-1500 проходил в сентябре
1974 г. на участке Батайск-Лихая; тягово-энергетические испытания были
проведены в конце 1974 г. и в началу 1975 г. на экспериментальном
кольце ЦНИИ МПС. На дороге электровоз водил грузовые поезда весом до
4000 тс с установленными скоростями. При этом обеспечивалось плановое
регулирование скорости и рекуперативное торможение да уклонах до 1% без
применения пневматических тормозов состава.
Средний возврат электрической энергии в эксплуатации составлял 12%. При
работе электровоза на 4-й зоне регулирования при продолжительном режиме
к.п.д. при тяге достигал 84%, а при рекуперации 72,5%. Коэффициент
мощности в продолжительном режиме при тяге составил 0,84, а при
рекуперации с углом запаса 18-22 - 0,72-0,73; с углом запаса 29 - 0,60.
В 1974-1985 гг. Новочеркасский завод выпускал серийные электровозоы
ВЛ80р, причем на электровозе №1506 в виде опыта были применены
тиристоры Т-500, рассчитанные на номинальный ток 500 А. Количество
тиристоров в установке при этом уменьшилось до 110.
На электровозах ВЛ80р-1512 и последующих выпуска 1975 г. были применены
новые выходные усилители транзисторного типа с блоками питания, блоки
противокомпаундирования, усовершенствованная синхронизация напряжения
управления с напряжением контактной сети, новые контроллеры машиниста
КМЭ-80 и сделан ряд других усовершенствований.
Электровозы ВЛ80р имеют одинаковые с электровозами ВЛ80т и ВЛ80с
тележки, тяговые электродвигатели, мотор-вентиляторы, главный
выключатель, тормозное оборудование. Изменения кузова обусловлены лишь
приспособлением его для установки нового оборудования: трансформатора,
преобразовательных установок, аппаратуры управления этими установками,
контроллеров машиниста.
Трансформаторы и преобразовательные установки с использованием
управляемых полупроводниковых вентилей - тиристоров специально
спроектированы для этих электровозов. С помощью преобразовательной
установки на тяговом режиме без переключения силовых цепей
осуществляется выпрямление тока и плавное регулирование напряжения на
зажимах тяговых электродвигателей, что улучшает тяговые свойства
электровоза, а на тормозном режиме постоянный ток, вырабатываемый
тяговыми электродвигателями, преобразуется в установке в переменный
частотой 50 Гц. Этот ток питает тяговые обмотки трансформатора,
первичная обмотка которого становится вторичной и возвращает
электрическую энергию в контактную сеть для других потребителей.
На каждой секции электровоза установлен трансформатор ОДЦЭ-5000/25АМ,
имеющий сетевую обмотку (номинальная мощность 4777 кВ- А), две тяговые,
обмотку собственных нужд и обмотку для питания цепей возбужденя тяговых
электродвигателей в режиме торможения. Последней обмотки на
трансформаторах ОДЦЭ-5000/25Б электровозов ВЛ80т и ВЛ80с нет. Тяговая
обмотка выполнена с двумя промежуточными выводами; номинальное
напряжение на крайних выводах при холостом ходе 1230 В, выпрямленный
ток 1750 А. Номинальное напряжение, которое может быть снято с выводов
обмотки собственных нужд при холостом ходе. 231,410и 641 В, номинальный
ток 520 А. Номинальный ток обмотки возбуждения 720 А. Масса
трансформатора 7800 кг.
На электровозе размещены четыре выпрямительно-инверторных
преобразователя ВИП-2200 М (по одному на два тяговых электродвигателя).
Преобразователь имеет восемь плеч и работает по схеме однофазного
регулируемого моста. Каждое плечо состоит из семи параллельных цепей:
два плеча содержат в каждой цепи по два последовательно включенных
тиристора, остальные шесть - по три. В преобразователе использованы
тиристоры Т2-320 14-15 классов. Обмотки возбуждения тяговых
электродвигателей при рекуперативном торможении питаются выпрямленным
током от выпрямительной установки возбуждения (ВУВ-758), имеющей два
плеча с нулевым выводом; пределы регулирования напряжения установки от
0 до 130 В; продолжительный ток 850 А. Управление преобразовательными
установками осуществляют электронные блоки управления БУВИП-80. На
электровозе отсутствует главный контроллер.
Контроллер машиниста КМЭ-80, помимо реверсивной рукоятки, имеет главную
в виде штурвала и тормозную рукоятки. Валы главного и тормозного
переключателей связаны с сельсинами, обеспечивающими плавное
регулирование напряжения.
Для охлаждения тяговых электродвигателей и индуктивных шунтов служат
центробежные вентиляторы ЦВП64-14 №8, 2: для охлаждения преобразователя
и обдувки воздухом радиаторов системы охлаждения тяговых
трансформаторов и сглаживающих реакторов - вентиляторы ЦВП64-14 №6, 7;
для охлаждения балластных резисторов и выпрямительных установок
возбуждения - вентиляторы ЦБ-19 №7, 6. Приводятся все вентиляторы
электродвигателями АЭ-92-4.
Тяговые параметры электровоза ВЛ80р такие же, как и у ВЛ80т и ВЛ80с.
Тормозное усилие во время рекуперации при скорости 50 км/ч 358 кН (36
тс); при 80 км/ч 226 кН (23 тс): при конструкционной скорости 110 км/ч
49 кН (5 тс). Масса электровоза с 2/3 запаса песка 192 т.
Если конструкция трансформаторов ОДЦЭ-5000/25АМ в процессе выпуска
электровозов ВЛ80р почти не менялась, то системы управления
преобразовательными установками подвергались значительным изменениям.
После блоков управления БУВИП-80 применялись установки БУВИП-100 (с
электровоза №1565), БУВИП-113 (с электровоза №1769) и БУВИП-133 (с
электровоза №1802), в новых блоках ставились более совершенные
электронные элементы, в том числе микроэлектронные. При ремонте на
заводах и в депо на части электровозов блоки БУВИП-80 и БУВИП-100
заменялись блоками БУВИП-113 и БУВИП-133.
На трех электровозах в преобразователях были применены тиристоры
Т2-353-800, используемые для преобразователей ВИП-4000 электровозов
ВЛ85 (см. ниже).
Электровоз ВЛ80р-1549 был экспонатом на выставке "Электро-77" в Москве.
Электровоз ВЛ80р-1718, выпущенный НЭВЗом в конце 1982 г., стал
десятитысячный локомотивом этого завода.
Электровозы ВЛ80р поступали для эксплуатации на тяжелые по профилю пути
участки Красноярской, Восточно-Сибирской, Дальневосточной железных
дорог, а также в депо Батайск Северо-Кавказской дороги, находящееся
недалеко от НЭВЗа (что позволяло заводу наблюдать за работой этих
локомотивов и проводить различные испытания).
Между 1976 и 1985 г. (точнее мне неизвестно) электровоз ВЛ80р-622 на
Ростовском электровозоремонтном заводе был оборудован импульсно-фазвыми
преобразователями системы ВНИИЖТ. Электровоз получил обозначение
ВЛ80РИФ-622 и поступил для испытаний в Щербинку на ОК ВНИИЖТ.
Опытные электровозы ВЛ80б и ВЛ80в
Одним из путей повышения надежности работы электровозов является
применение на них тяговых электродвигателей синхронного или
асинхронного типа. Частота вращения роторов таких электродвигателей
регулируется изменением частоты питающего тока. Так как в контактном
проводе однофазный ток имеет постоянную частоту 50 Гц, то на
электровозах необходимо устанавливать преобразователи частоты и числа
фаз. С появлением тиристоров стало возможным создание таких
преобразователей в достаточно компактном виде. Отсутствие коллектора
позволяет повысить вращающий момент и мощность электродвигателя, а
следовательно, и осевую силу тяги при данных габаритах
электродвигателя. Исключаются коммутационные ограничения, что позволяет
увеличить мощность и за счет повышения частоты вращения.
У электродвигателей синхронного и асинхронного типов возможно
поддерживать постоянный вращающий момент во всем диапазоне скоростей. В
результате при конструкционной скорости электровоз может реализовать
максимальную мощность, значительно превосходящую мощность коллекторных
тяговых электродвигателей. Поэтому для решения вопроса по дальнейшему
повышению скоростей движения поездов применение бесколлекторных
электродвигателей на электровозах рассматривалось как одно из
перспективных направлений и научно-исследовательские и
проектно-конструкторские организации с начала 60-х годов приступили к
работам по созданию электровозов с такими электродвигателями.
Само существование бесколлекторных машин двух типов определило
развертывание работ по новым электровозам переменного тока с
тиристорами в двух направлениях: создание электровоза с синхронными
электродвигателями, получившего наименование вентильных, и создание
электровоза с асинхронными электродвигателями.
В 1967 г. Новочеркасский электровозостроительный завод по проекту
НЭлНИИ изготовил опытный электровоз ВЛ80б-216, у которого одна секция
имела вентильные тяговые электродвигатели, а вторая представляла собой
обычную секцию серийного электровоза ВЛ80к. Секция с вентильными
электродвигателями рассматривалась как макетная и предназначалась для
экспериментальной проверки и отработки всей системы оборудования
электровоза с таким приводом. Индекс "Б" у серии обозначал, что это
электровоз с бесколлекторными электродвигателями (обозначение ВЛ80в в
то время использовалось для электровозов ВЛ80 с высоковольтным
регулированием напряжения). Тележки макетной секции такие же, как у
электровоза ВЛ80к. Конструкция кузова претерпела небольшие изменения,
связанные с применением другого электрооборудования. Передаточное
отношение зубчатой передачи 21:88=1:4,19.
На секции установлен силовой трансформатор ОДЦЭ-7500/25 несколько
измененной по сравнению с трансформатором электровоза ВЛ80к
конструкции. Его мощность повышена до 7500 кВА при весе 9600 кгс.
Повышено напряжение регулируемой и нерегулируемой частей обмотки до
2х208 и 1020 В, поставлена обмотка для питания цепей возбуждения на 100
В. Остальные обмотки такие же, как и трансформатора ОЦР-5000/25В. В
схеме отсутствует встречное включение регулируемой и нерегулируемой
частей (ранее это применялось на электровозе ВЛ60-317). Напряжение,
подаваемое от вторичной обмотки к преобразователям, регулируется с
помощью главного контроллера ЭКГ-14, имеющего 36 позиций, из которых 18
ходовых.
На секции установлены четыре тяговых электродвигателя НБ-600,
конструктивно аналогичных синхронным машинам. Электродвигатель выполнен
в корпусе электродвигателя НБ-418К, в остов которого запрессованы
пакеты статора из листов электротехнической стали с трехфазными
обмотками, соединенными в звезду и рассчитанными на напряжение фазы
1280 В при частоте 80 Гц и ток фазы при продолжительном режиме 360 А.
Индуктор (ротор) электродвигателя имеет шесть явно выраженных полюсов.
Мощность электродвигателя в часовом режиме 1200 кВт, номинальная
частота вращения 1600 об/мин, наибольшая частота 2250 oб/мин. Вес
электродвигателя 4200 кгс.
Обмотка статора каждого электродвигателя получает питание от вторичной
обмотки трансформатора индивидуально, через тиристорный преобразователь
ПЧФ-1, вентили которого выполняют функции выпрямителя однофазного тока
и коммутации его в фазах обмотки статора при вращении ротора. Такое
выполнение преобразователя обеспечивает коммутацию тока в машине также
при трогании с места. Совмещение функций выпрямления и коммутации тока
позволяет уменьшить число вентилей в преобразователе.
В каждом преобразователе имеется 12 плеч; в плече по 18-ти
последовательно включенных тиристоров типа ВКДУ-150-7. Два
преобразователя объединены в один блок. Общее количество вентилей в
преобразователе 216, т. е. всего 864 на секцию электровоза. Между
преобразователями и вторичной обмоткой трансформатора включены
дроссели.
Расчетная сила тяги часового режима 22 тс при скорости 85 км/ч,
максимальная скорость секции 110 км/ч. Вес макетной секции с 2/3 запаса
песка составил 96 тс (24 тс на ось).
Первое самостоятельное движение макетная секция выполнила 4 ноября 1967
г. Затем начались наладка и устранение недостатков. Так, в системе
управления преобразователями устранялись колебания величины тока
электродвигателей. В ходе наладки электровоз водил (по кольцу завода)
поезда весом до 6000 тс, разгоняясь до 70 км/ч; наибольшая
реализованная электродвигателями мощность составила 1700 кВт.
В 1969 г. макетная секция прошла испытания на кольце ЦНИИ МПС. При
испытаниях была реализована сила тяги 22,8 тс, получена наибольшая
скорость с составом 86 км/ч. Одновременно были выявлены отдельные
недостатки в системе управления преобразователями.
В дальнейшем (1973 г.) макетная секция № 216 была использована ЦНИИ МПС
для решения вопросов, связанных с применением рекуперативного
торможения на электровозах с вентильными электродвигателями, на которых
этот вид торможения в отличие, например, от электровозов ВЛ80к не
требует никаких изменений и добавлений в силовом оборудовании в схеме
по сравнению с тяговым режимом.
С учетом результатов испытаний макетной секции №216 ВЭлНИИ
спроектировал, а Новочеркасский завод построил в 1970 г. опытный
образец восьмиосного электровоза переменного тока 25 кВ с вентильными
электродвигателями ВЛ80в-661.
Для электровоза, ВЛ80в-661 использована механическая часть и тормозное
оборудование электровоза ВЛ80т. Трехфазные асинхронные электродвигатели
компрессоров и вентиляторов питаются от обмотки собственных нужд
трансформатора без расщепителя фаз по схеме с конденсаторным смещением
фазы. Редукторы опытного электровоза имеют передаточное отношение
20:88=1:4,4. Тяговые электродвигатели, трансформатор, преобразователь
частоты и фаз и аппаратура управления спроектированы для электровоза
заново.
Тяговые трансформаторы ОДЦЭ-7500/25А изготовлены Таллинским
электротехническим заводом им. М. И. Калинина. Вторичная тяговая
обмотка трансформатора состоит из нерегулируемой части с напряжением
холостого хода 1000 В и трех секций регулирования по 250 В (общее
номинальное напряжение тяговых обмоток 1750 В). Номинальный ток 2850 А.
Кроме того, трансформатор имеет обмотку возбуждения (напряжение
холостого хода 250 В, номинальный ток 900 А) и обмотку собственных нужд
(напряжение холостого хода 625 В и у отпаек - 400 и 295 В; номинальный
ток 550 А). Вес трансформатора 8500 кгс.
Преобразователь частоты и фаз типа ПЧФ-1У для одного тягового
электродвигателя состоит из 168 тиристоров ТЛ2-200 с напряжением
лавинообразования не ниже 1000 В. Количество тиристоров выбрано с
расчетом использования преобразователей для рекуперативного торможения.
Преобразователь рассчитан на номинальный ток 780 А и на 15-минутный ток
при частоте более 2 Гц 1125 А. Номинальное выходное напряжение
преобразователя 1360 В, частота до 140 Гц.
Установленные на электровозе восемь тяговых электродвигателей НБ-601
рассчитаны на номинальную мощность при часовом режиме 1025 кВт; при
этом фазное напряжение 650 В, фазный ток 628 А, ток возбуждения 205 А,
частота вращения 1350 об/мин и к. п. д. 93,5%. Вес электродвигателя
4100 кгс. Тяговые электродвигатели имеют по восемь полюсов, ротор с
неявными полюсами и демпферную обмотку. Статорная обмотка трехфазнай.
Для обмоток применена изоляция класса F. Электродвигатели выполнены с
независимым возбуждением; обмотки возбуждения получают питание от
индивидуальных, тиристорных возбудителей.
Сила тяги электровоза регулируется плавным изменением выпрямленного
напряжения. Ступенчатое изменение напряжения осуществляется
переключением обмоток трансформатора с помощью главных контроллеров
(ЭК.Г), плавное межступенчатое регулирование - изменением угла открытия
тиристоров. На 1 - 3-й зонах регулирования используются три секции
регулируемой части вторичной обмотки трансформатора; на 4-й зоне -
нерегулируемая часть; на 5 -7-й зонах - в работе находятся
последовательно соединенные нерегулируемая и регулируемая части.
Фазовое регулирование напряжения возбудителей независимо от тока
нагрузки придает тяговым, электродвигателям, характеристику, близкую к
сериесной. Вес электровоза 192 тс.
После эксплуатационного пробега (свыше 6000 км) на участках
Батайск-Лихая и Батайск-Иловайское Северо-Кавказской дороги электровоз
был направлен на НЭВЗ для проведения некоторых усовершенствований и
затем в 1971 г. прошел тягово-энергетические испытания. На основании
этих испытаний ЦНИИ МПС установлены следующие основные показатели
часового режима работы электровоза:
Мощность и скорость электровоза при часовом режиме оказались ниже
расчетных из-за повышенных потерь в сглаживающем реакторе и понижения
внешних характеристик преобразователя частоты и фаз против расчетных.
Общий коэффициент полезного действия электровоза при учете собственных
нужд по данным испытаний составляет 81% против 84% у электровозов серии
ВЛ80к.
После тягово-энергетических испытаний электровоз ВЛ80в-661 был
направлен для дальнейшей доводки на завод, с сентября 1972 г. вновь
поступил в депо Батайск для работы с поездами. Одновременно (1973 г.) с
приспособлением макетной секции №216 для рекуперативного торможения это
же было сделано на электровозе ВЛ80в-661. Испытания электровоза в
режиме электрического торможения на участке Батайск - Лихая дали
положительные результаты.
В конце 1975 г. Новочеркасский завод построил еще два электровоза ВЛ80в
(№1129 и 1130) с вентильными тяговыми электродвигателями НБ-601.
Преобразовательные установки этих электровозов ПЧФ-1УМ имеют по 60
тиристоров Т-500-15 и по 16 диодов ВЛ-200-12. Тяговые параметры
электровоза: сила тяги электровоза при часовом режиме и скорости 64
км/ч 46 500 кгс; при продолжительном режиме и скорости 69 км/ч - 39 500
кгс, а при максимальной скорости 110 км/ч - 20000 кгс. Расчетный вес
электровоза при 2/3 запаса песка 192 тс.
Опытный электровоз ВЛ80а
Новочеркасский электровозостроительный завод по проекту, ВЭлНИИ и
Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики
(ВНИИЭМ) в 1967 г. изготовил восьмиосный электровоз №238, у которого
одна секция была оборудована асинхронными тяговыми электродвигателями
(секция ВЛ80а), а другая представляла собой обычную секцию электровоза
ВЛ80к. Механическая часть макетной секции выполнена на базе
механической части серийных электровозов ВЛ80к.
На макетной секции было применено ступенчатое регулирование напряжения;
на первичной стороне трансформатора имелось 32 ступени, как на первых
электровозах ВЛ80в с высоковольтным регулированием и коллекторными
тяговыми электродвигателями. Напряжение от вторичной обмотки
подводилось к двум выпрямителям, а выпрямленное напряжение от каждого
выпрямителя - к двум инверторам, преобразующим постоянный ток в
трехфазный ток переменной частоты. Через инверторы получали питание
асинхронные тяговые электродвигатели ЭТА-1200 номинальной - мощностью
1200 кВт (номинальная частота 80 Гц, фазное напряжение 693 В, фазный
ток 740 А). Электродвигатель имеет восемь пар полюсов; остов
электродвигателя выполнен с использованием конструкции остова
электродвигателя НБ-414. Сохранено передаточное отношение редуктора
19:88=1:4,632.
После проведения исследований работы оборудования макетной секции был
разработан проект электровоза и в марте 1971 г. Новочеркасский завод
изготовил электровоз ВЛ80а-751 с асинхронными электродвигателями.
Механическая часть этого электровоза также выполнена на базе
механической части серийных электровозов ВЛ80к. Так как при трогании
макетной секции с составом наблюдались некоторые колебания тягового
усилия, которые частично вызывались отсутствием плавного регулирования
напряжения, то на электровозе ВЛ80а-751 было применено плавное
регулирование напряжения по семи зонам. Переход с одной зоны
регулирования на другую (подключение к разным выводам вторичной обмотки
трансформатора) осуществляется главным контроллером. Каждая
выпрямительная установка ВИУ 2х1200 рассчитана на выходное напряжение
0-2080 В, номинальный выпрямленный ток 1600 А и максимальный
выпрямленный ток 3000 А. К каждой выпрямительной установке подключено
по два автономных инвертора - по одному на тяговый электродвигатель.
Как выпрямители, так и инверторы, выполнены по двухтактной схеме.
Скорость движения электровоза регулируется изменением выпрямленного
напряжения.
На электровозе установлено восемь трехфазных асинхронных
электродвигателей НБ-602 номинальной мощностью 1200 кВт, имеющих
следующие расчетные параметры: фазное напряжение 750 В, фазный ток 680
А, скольжение 1,07%, частота вращения 1410 об/мин, коэффициент мощности
0,83, вес электродвигателя 3900 кгс.
Прошло почти два десятка лет с тех пор, как я закончил ОТЖДТ... Давно не работаю на железке, которая, тем не менее, толи старая любовь, толи старая болезнь - так и осталась. Думаю многие поймут. Информации о чём либо подобном из изложенного в заключительной части статьи во время обучения и очень непродолжительной работы не попадалось. Не было интернета, возможности были скромнее. Была инфа о тепловозах с синхронными ТГ и асинхронными ТД, питающимися через ПЧФН. Да и то - скорее экспериментальных, а не серийных. Очень любопытно, что ещё в конце шестидесятых велись такие интересные разработки да ещё и воплощённые в, можно сказать, серийных машинах. Что уже та элементная база позволяла реализовать эти идеи. Тогда, думаю, можно было бы ожидать, что к текущему моменту технология регулирования частоты - напряжения в сочетании с АТГ на подвижном составе уже давно вытеснит по существу давно морально устаревший привод с коллекторными машинами. Да где там - сорок лет прошло, а по существу ничего или очень мало что изменилось. Наклепали кучу тепловозов и электровозов по древней схеме - куда теперь? На переменке ещё ладно - а на постоянке этот принцип просто находка. Ещё тогда люди думали. Одни думали - другие принимали решения. Ладно - по делу. Хорошая статья, было интересно прочесть. Спасибо автору! Пять баллов!
