История электротехники

Коллектив авторов

Первые в СССР пригородные электропоезда были введены в эксплуатацию в 1926 г. на линии Баку — Сабунчи. Моторные вагоны для этой дороги были изготовлены Мытищинским вагоностроительным заводом, тяговые двигатели и пусковые резисторы — заводом «Динамо», электрические аппараты — фирмой «Элин» (Австрия) и тормозное оборудование — фирмой «Кнорр» (Германия). На каждом моторном вагоне было установлено по четыре ТЭД типа ДБ-2 номинальным напряжением 600 В (напряжение в контактной сети 1200 В). Тяговые двигатели имели две группировки.

При создании систем мотор-вагонной тяги в 20–30-х годах этого столетия в СССР рассматривалось несколько вариантов уровней напряжения в контактной сети постоянного тока: 600–800; 1200–1500 и 3000 В. На

том этапе было принято напряжение 1500 В, что обусловливалось меньшими затратами меди для контактной сети по сравнению с напряжением 600–800 В и возможностью создания надежного электрооборудования моторного вагона, что нельзя было выполнить в то время для напряжения 3000 В.

Каждая трехвагонная секция серии Св состояла из одного моторного и двух прицепных вагонов. На каждом моторном вагоне были установлены четыре ТЭД типа ДП-150, изготовленные заводом «Динамо». Электрическая аппаратура была изготовлена английской фирмой «Метрополитен Виккерс». Двигатели имели две группировки, причем на параллельном соединении (по два последовательно) было возможно движение с уменьшенным магнитным потоком.

От коротких замыканий и перегрузок двигатели защищались при помощи реле максимального тока, отключающего линейные контакторы, и главного предохранителя. Реверсирование электропоезда осуществлялось посредством изменения направления тока в обмотках возбуждения ТЭД, а при повреждении одного из двигателей предусматривалась возможность отключения группы из двух последовательно соединенных двигателей. Цепи управления и освещения секций питались постоянным током напряжением 50 В от мотор-генератора или аккумуляторной батареи, установленных под кузовом моторного вагона.

Одним из наиболее слабых мест в электромеханическом оборудовании электропоездов серии Св оказались ТЭД типа ДП-150, в которых была применена хлопчатобумажная изоляция проводников якоря. В последующем эта изоляция была заменена полуслюдяной. Кроме того, имелись определенные недостатки и в электрической аппаратуре. Поэтому по мере износа ТЭД и электрической аппаратуры моторные вагоны секций серии Св начали переделывать в моторные вагоны вначале переходных серий, а затем серии Сд. Вагоны секций этой серии отличались от вагонов серии Св электрической аппаратурой. Прежде всего это различие состояло в том, что переход от одной группировки ТЭД к другой осуществлялся по способу короткого замыкания группы двигателей.

Начиная с 1935 г. вместо тяговых двигателей типа ДП-150 начали выпускаться более мощные и конструктивно улучшенные двигатели типа ДПИ-150.

В 1946 г. в связи с электрификацией пригородного участка Москва — Домодедово завод «Динамо» выпустил первый комплект нового электрооборудования и ТЭД типа ДК-103А для электропоездов серии Сд. Такие электропоезда могли работать при двух уровнях напряжения в контактной сети (1500 и 3000 В) и получили обозначение серии См.

В 1947 г. Рижским вагоностроительным заводом (РВЗ) была выпущена первая мотор-вагонная секция нового электропоезда серии Ср, электрооборудование и ТЭД которой были аналогичны секции электропоезда серии См.

В дальнейшем электротехнические системы электропоездов принципиально повторили ту же эволюцию, что и аналогичные системы электровозов. С 1952 г. вместо электропоездов серий Ср на РВЗ был освоен выпуск электропоездов серии С, предназначенных для эксплуатации только на линиях напряжением 3 кВ. В 1957 г. эти электропоезда начали оборудовать системой автоматического ведения поезда. В том же году на РВЗ вместо трехвагонных секций стали выпускать двухвагонные секции, ставшие основой электропоезда серии ЭР1, на которых стали устанавливаться новые ТЭД типа ДК-106Б. Кроме калориферов для подогрева воздуха в салонах с 1962 г. стали устанавливать под пассажирскими сиденьями электрические печи, причем в 1963 г. на Московском локомотиворемонтном заводе (МЛРЗ) все электропоезда раннего выпуска переоборудовались

на комбинированную систему электроотопления. В 1962 г. РВЗ вместо электропоездов серии ЭР1 стал выпускать электропоезда серии ЭР2, на которых с 1964 г. стали устанавливать ТЭД типа УРТ-ПОА, имеющие одинаковые с ТЭД типа ДК-106Б электромеханические характеристики, но изготовленные с применением современных пластмасс.

По инициативе Прибалтийской железной дороги в 1970 г. были начаты работы по замене контакторно-резисторного электрооборудования на бесконтактное, позволяющее обеспечить плавное регулирование напряжения на ТЭД в процессе пуска электропоезда. В 1971 г. на одном из восьмивагонных электропоездов серии ЭР2 под кузовами всех четырех моторных вагонов были установлены статические импульсные преобразователи постоянного напряжения, работающие в режиме частотно-широтно-импульсного регулирования напряжения. Тягово-энергетические испытания показали, что применение для пуска импульсных статических преобразователей позволяет заметно снизить расход электроэнергии на тягу.

В 1970 г. МЛРЗ оборудовал шестивагонный электропоезд серии ЭР2 импульсными преобразователями постоянного напряжения с частотно-импульсным регулированием напряжения, которые в отличие от поезда Прибалтийской железной дороги были постоянно включены в цепь ТЭД (в работе принимали участие ученые Московского энергетического института и работники проектно-конструкторского бюро Главного управления локомотивного хозяйства МПС СССР).

Несмотря на положительные результаты испытаний электропоездов постоянного тока со статическими импульсными преобразователями, из-за отсутствия необходимой для их комплектации элементной базы (силовых полупроводниковых приборов и конденсаторов) дальнейшие работы по созданию таких электропоездов в СССР были прекращены.

С целью уменьшения времени доставки пассажиров на линии Москва — Ленинград в 1974 г. РВЗ совместно с Рижским электромашиностроительным заводом (РЭЗ) изготовил скоростной десятивагонный электропоезд постоянного тока серии ЭР200, имеющий конструктивную скорость 200 км/ч. Два моторных вагона имеют объединенную электрическую схему силовых цепей, при которой четыре ТЭД каждого вагона постоянно соединены последовательно, а в начальной стадии пуска последовательно соединяют восемь ТЭД. Пуск резисторный, десятиступенчатый, причем между ступенями плавное регулирование напряжения осуществляется при помощи статического импульсного преобразователя. Для плавного уменьшения магнитного потока ТЭД также используется импульсный преобразователь. При этом при скорости выше 30 км/ч использована система «автомашинист». На электропоезде применено резисторное торможение. После завершения тягово-энергетических испытаний электропоезд поступил на Октябрьскую железную дорогу, где после нескольких модернизаций эксплуатируется и в настоящее время.

В связи с бурным развитием электрической тяги переменного тока в 1959 г. РВЗ была выпущена опытная двухвагонная секция, а в 1961 г. первый десятивагонный электропоезд однофазного постоянного тока серии ЭР7 со ртутными выпрямителями и ТЭД типа РТ51В пульсирующего тока, соединенными попарно-параллельно. В отличие от электровозов уже на первых электропоездах однофазно-постоянного тока выпрямители были выполнены по мостовой схеме. Регулирование напряжения, прикладываемого к ТЭД, осуществлялось дискретно на вторичной обмотке за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора. Дополнительно для расширения диапазона регулирования скорости электропоезда использовались ступени уменьшения магнитного потока двигателей. Электродвигатели компрессоров, вентилятора, насоса трансформатора, вентилятора реактора и других вспомогательных машин питаются трехфазным током напряжением 220 В, получаемым от электромашинного фазорасщепителя. Щелочная аккумуляторная батарея (напряжение ПО В) питается от специальной вторичной обмотки тягового трансформатора через выпрямитель.