Грузовой электровоз

Электровоз серии ВЛ61

«Электровоз серии ВЛ61
23-05-2015 2 592 0

Для электрифицированного в 1955—1956 гг. на переменном токе частотой 50 Гц участка Ожерелье—Павелец Московской (в то время

Для электрифицированного в 1955—1956 гг. на переменном токе частотой 50 Гц участка Ожерелье—Павелец Московской (в то время Московско-Курско-Донбасской) дороги Новочеркасский электровозостроительный завод спроектировал и построил партию шестиосных грузовых электровозов серии ВЛ61: в 1954 г. — 2 электровоза (№ 001 и 002), в 1955 г. — 2 (№ 003 и 004), в 1956 г. — 3 (№ 005—007) и в 1957 г. — 5 (№ 008—012). Эти электровозы до января 1963 г. имели обозначение серии НО, что означало новочеркасские однофазные. Чтобы ускорить выпуск электровозов переменного тока, их проектировали с использованием элементов механической части и тяговых электродвигателей электровозов серии ВЛ22М. Так как масса электрического оборудования новых электровозов оказалась на 7 т больше, чем у электровозов серии ВЛ22М, то при отработке конструкции механической части ее масса была снижена на 9 т, а для правильного распределения веса по отдельным колесным парам было добавлено 4,2 т балласта.

Кузов был спроектирован заново и не имел передних площадок. Обе тележки электровоза серии ВЛ61 были полностью сбалансированы в продольном направлении; продольная шкворневая балка была заменена поперечным шкворневым брусом, а на брусьях сочленения тележек были поставлены дополнительные опоры кузова. Все это было сделано для лучшего использования сцепного веса и более спокойного хода в обоих направлениях движения. Зубчатая передача, как и у электровозов серии ВЛ22М, была двусторонняя, прямозубая с элементами эластичности в зубчатых колесах.

На электровозах серии ВЛ61 были установлены однофазные стержневые трансформаторы ОЦР-2400/20 (однофазные, с циркуляционной масляной системой охлаждения, работающие на ртутный выпрямитель, типовая мощность 2400 кВ * А, номинальное напряжение первичной обмотки 20 кВ). Эти трансформаторы, спроектированные и построенные Московским трансформаторным заводом, имели три обмотки: первичную на номинальное напряжение 20 кВ, вторичную тяговую с нулевым выводом на номинальное напряжение 2 х 2150 В и вспомогательную с номинальным напряжением 380 В. Трансформатор весил 6500 кг, из которых 1675 кг приходились на масло.

В качестве выпрямительных вентилей на электровозах были установлены металлические игнитроны ИВС-200/5, конструкция которых была разработана Всесоюзным электротехническим институтом им. В. И. Ленина. Эти игнитроны были рассчитаны на номинальный ток 200 А и максимальное обратное напряжение 5200 В.

Всего на электровозе были установлены восемь игнитронов, включенных параллельно парами. Через первые четыре игнитрона осуществлялось питание одной группы из трех параллельно включенных тяговых электродвигателей, через вторые четыре — другой группы. Подключение игнитронов и тяговых электродвигателей к вторичной тяговой обмотке трансформатора было выполнено по схеме с нулевым выводом, т. е. каждая фаза (плечо) вторичной обмотки находилась под током каждый полупериод. Охлаждение игнитронов было жидкостное (водой или антифризом в зимний период) с использованием секций холодильников тепловозов серии ТЭЗ.

Система поджигания игнитронов первоначально была выполнена с помощью тиратронов, в 1955 г. она была заменена чисто электромагнитной системой, состоявшей из трансформаторов, дросселей, конденсаторов и селеновых вентилей (принципиальная электрическая схема в соответствии с чертежом № ОТН.354.012 Новочеркасского электровозо-строительного завода). С такой схемой были выпущены электровозы № 003 и 004, на нее же во второй половине 1955 г. были переоборудованы ранее построенные электровозы № 001 и 002. На электровозах № 005 и 006 принципиальная электрическая схема соответствовала чертежу № ОТН.354.018, № 007 и 008 — № ОТН.354.021, № 009—011 — № ОТН.354.025.

Основные различия между этими схемами заключались в способе управления вращением сервомотора промежуточного контроллера, порядке включения контактов контроллеров машинистов различных исполнений и применении различных типов электромагнитных контакторов в электрических цепях вспомогательных машин.

Регулирование скорости на электровозах осуществлялось изменением выпрямленного напряжения путем переключения выводов вторичной тяговой обмотки трансформатора.

Расположение оборудования на электровозе ВЛ61

Расположение оборудования на электровозе ВЛ61 1 — мотор-компрессор; 2 — отключатель игнитронов; 3 — конденсаторы; 4 — силовые контакторы; 5 — переключатель обмоток трансформатора; 6 — главный выключатель; 7 — переходный дроссель; 8 — главные резервуары; 9 — анодные делители; 10 — разрядник; 11 — реверсор; 12 — отключатели двигателей.

Количество выводов вторичной тяговой обмотки и силовых контакторов по предложению инженера Б. Н. Тихменева было уменьшено за счет разделения каждой фазы (плеча) этой обмотки на две части, которые в период разгона специальным переключателем сначала включались встречно, а затем согласованно. Переход с одной ступени напряжения на другую производился без разрыва цепи индивидуальными электропневматическими контакторами. Включение и выключение этих контакторов осуществлялись специальным промежуточным контроллером, который вращался сервомотором (электродвигателем), получавшим питание от аккумуляторной батареи. Управлял промежуточным контроллером машинист при помощи контроллера, установленного в кабине управления.

Электровозы имели 33 пусковых позиции, из которых 1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29 и 33-я были ходовыми. На электровозах, кроме ручного пуска, был предусмотрен так называемый хронометрический пуск, при котором переход от нулевой до 33-й позиции происходил автоматически за определенный промежуток времени (первоначально 0,5; 2; 3,5 или 5 мин), выбиравшийся машинистом. В дальнейшем был оставлен автоматический пуск только для быстрого набора позиций во время движения (за 0,5 мин), так как практика показала, что осуществить разгон с поездом на каком-то наперед заданном режиме затруднительно.

Помимо полного возбуждения тяговых электродвигателей применялась одна ступень ослабленного возбуждения (50 %). Ослабление возбуждения производилось с помощью электропневматических контакторов: одного ПК-302Г и пяти ПК-303Б.

Схема предусматривала возможность отключения любого тягового электродвигателя или группы поврежденных вентилей (игнитронов). В последнем случае две группы тяговых электродвигателей включались последовательно и питались от остававшейся в работе группы игнитронов.

В отличие от первого опытного электровоза ОР22-01 с ртутным выпрямителем, построенного в 1938 г. заводами "Динамо" и Коломенским, на электровозах серии ВЛ61 не было сеточного регулирования напряжения. Это ухудшило их тяговые качества, но позволило уменьшить влияние тяговых токов на провода связи и упростило устройство выпрямительных установок.

На электровозах были установлены тяговые электродвигатели ДПЭ-400П, отличавшиеся от электродвигателей ДПЭ-400 электровозов серии ВЛ22м конструкцией остова (охлаждающий воздух подводился к ним сверху, а не сбоку). Номинальное напряжение тяговых электродвигателей электровозов серии ВЛ61 равнялось 1650 В. Для уменьшения пульсации магнитного потока их главных полюсов было предусмотрено постоянное шунтирование обмоток этих полюсов, в результате чего полное возбуждение составляло 90 %. Основные параметры тягового электродвигателя ДПЭ-400П были следующие:

Режим Мощность, кВт Ток, А Частота вращения якоря, об/мин
Часовой 425 280 785
Продолжительный 335 220 850
Применение тяговых электродвигателей с рабочим напряжением 1650 В некоторые специалисты считали ошибочным, полагая, что на электровозах переменного тока более правильно использовать тяговые электродвигатели с напряжением 750—1000 В. Однако следует иметь в виду, что в тот период таких электродвигателей не было, и отказ от использования уже освоенных заводом двигателей ДПЭ-400 мог привести к задержке выпуска электровозов переменного тока, а значит и начала применения новой системы тока для электрической тяги.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока использовались два сглаживающих реактора РЭЦ-2200. Реверсирование тяговых электродвигателей производилось путем изменения направления тока в обмотках их якорей. Осуществлялось это изменение реверсом, сходным по конструкции с двухпозиционным переключателем обмоток трансформатора.

Токоприемники ДЖ-5К были такие же, как у электровозов серии ВЛ22М; других электрических аппаратов у электровозов постоянного тока заимствовано не было.

Вспомогательные машины — вентиляторы, компрессоры, водяные и масляные насосы и генератор тока управления — на первых электровозах серии ВЛ61 (до № 008 включительно) первоначально приводились асинхронными электродвигателями, у которых две фазы были связаны между собой через конденсатор, благодаря чему эти двигатели работали от однофазной сети, получая питание непосредственно от вспомогательной обмотки трансформатора. Неудовлетворительная работа электродвигателей с конденсаторами заставила отказаться от такой схемы и перейти на электровозах с № 009 на питание асинхронных электродвигателей от обычной трехфазной сети через расщепитель фаз АС-82-4.

В качестве электродвигателей вспомогательных машин на электровозах как с № 009, так и более раннего выпуска использовались стационарные асинхронные электродвигатели АС-72-4 (2 шт.) для привода вентиляторов, АС-81-6 (2 шт.) для привода компрессоров Э-500, А52-4 (1 шт.) для привода генератора тока управления ПН-28,5, А-42-2 (1 шт.) и АОС-42-2 (2 шт.) для привода насосов системы охлаждения соответственно трансформатора и игнитронов.

Цепи управления и освещения электровозов питались постоянным током напряжением 50 В от аккумуляторной батареи 40НКН-100 или генератора тока управления ПН-28,5. Из-за применения индивидуальных контакторов в силовой цепи тяговых электродвигателей в цепи управления было включено большое количество их блокировочных контактов.

Электровозы серии ВЛ61 при диаметре колес 1200 мм и передаточном числе тяговых редукторов 89:20 = 4,45 реализовывали при часовом режиме силу тяги 23400 кгс и скорость 39,9 км/ч, при продолжительном режиме соответственно 16600 кгс и 43,2 км/ч. Максимальная скорость электровозов первоначально равнялась 75 км/ч, а затем была повышена до 85 км/ч. Масса первых электровозов без балласта, песка и воды составляла 121,5 т, масса в служебном состоянии с балластом — 130—132 т.

Испытания первых электровозов серии ВЛ61 проводились на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, а затем на участке Ожерелье—Павелец. Было установлено, что при часовом режиме коэффициент полезного действия с учетом расхода электроэнергии на вспомогательные нужды составлял 0,81, а коэффициент мощности — 0,83—0,84. Тяговые свойства электровозов ВЛ61 оказались выше, чем у электровозов ВЛ22М. Новые электровозы были менее склонны к боксованию, а при его появлении оно не сопровождалось разносом колесной пары и значительно легче ликвидировалось.

По сравнению с ранее работавшими на участке Ожерелье—Павелец паровозами типа 0-5-0 серии Эр электровозы серии ВЛ61 позволили увеличить вес поездов на 35 % при одновременном значительном повышении скорости движения.

В начальный период эксплуатации наблюдался повышенный выход из строя игнитронов из-за обратных зажиганий, потери вакуума, неисправностей поджигателей и разрушений изоляторов анодного ввода, но затем удалось добиться более устойчивой работы игнитронов. У тяговых электродвигателей ДПЭ-400П отмечались несколько повышенный по сравнению с электродвигателями ДПЭ-400 износ щеток и менее устойчивая коммутация при скорости движения выше 55—60 км/ч. Последнее ограничивало применение ослабления возбуждения.

В процессе эксплуатации электровозов ВЛ61 на участке Ожерелье—Павелец (депо Ожерелье) в их конструкцию вводились отдельные изменения. Так, в начале 1959 г. в связи с переводом участка с напряжения 20 кВ на 25 кВ были поставлены новые первичные обмотки трансформаторов, рассчитанные на это напряжение. По мере выхода из строя игнитронов ИВС-200/5 они заменялись игнитронами других типов, в частности, ИВС-300/5 (см. § 2.3). На электровозах были заменены также главные воздушные выключатели ВЭП-20 на ВОВ-20, которые работали более устойчиво. Использовавшиеся первоначально в качестве защиты от обратных зажиганий быстродействующие выключатели ВАБ-15 были сняты. Вместо сглаживающих реакторов без стальных сердечников были поставлены реакторы с сердечниками.

Электровоз ВЛ61-012 по предложению ВНИИЖТа был оборудован рекуперативным торможением, при котором игнитроны работали в инверторном режиме. Принципиальная электрическая схема этого локомотива была выполнена в соответствии с чертежом № ОР-8ЮО, разработанным Новочеркасским электровозостроительным заводом в марте 1957 г. под руководством его главного конструктора Б. В. Суслова. В отличие от электровозов серии ВЛ61 № 009—011 на электровозе № 012 дополнительно был установлен тормозной переключатель ТК-ОР. Питание обмоток возбуждения тяговых электродвигателей на опытном электровозе производилось от ближайшей к нулевому выводу ступени тяговой обмотки трансформатора через сдвоенный электропневматический контактор, питающую обмотку дросселей насыщения, селеновый выпрямитель, контакты тормозного переключателя и реверсора. Защиту тяговых электродвигателей от токов короткого замыкания при рекуперативном торможении осуществлял последовательно включенный с ними быстродействующий выключатель БВП-ЗА. Управление электрическим торможением при этом производилось под контролем реле небаланса напряжений с помощью регулируемого резистора и обмотки управления дросселя насыщения.

Первоначально в режиме рекуперативного торможения работали только три тяговых электродвигателя. В 1959 г. после проведения испытаний было принято решение о переоборудовании этого электровоза для возможности работы всех его шести тяговых электродвигателей в тормозном режиме. В 1961 г. электровоз ВЛ61-012 испытывался на экспериментальном кольце ВНИИЖТа, после чего поступил в депо Ожерелье.

На электровозе применялись различные системы автоматического регулирования торможения: сначала разработанная ВНИИЖТом, затем Всесоюзным научно-исследовательским институтом электромеханики (ВНИИЭМ). Испытания последней проводились в 1963—1964 гг.

Несмотря на то, что электровозы серии ВЛ61 были первыми в Советском Союзе электровозами переменного тока с игнитронами, они оказались вполне работоспособными локомотивами, не имевшими органических недостатков.

Результаты испытаний в эксплуатации электровозов серии ВЛ61 на опытном участке Ожерелье—Па-велец дали ответы на основные научно-технические вопросы, связанные с внедрением электрической тяги на переменном токе, и позволили приступить к электрификации на этом роде тока новых участков, в частности, участка Мариинск—Зима протяженностью 1222 км.

В 1963—1964 гг. все электровозы серии ВЛ61 были переоборудованы для работы на двух родах тока: постоянном напряжением 3000 В и переменном напряжением 25 кВ. После переоборудования они получили обозначение серии ВЛ61Д

Вас заинтересуют так же следующие новости

Больше интересного

Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
ИЛИ ЧЕРЕЗ СОЦ. СЕТЬ