История электротехники

Коллектив авторов

В 1961 г. по инициативе ВНИИЖТ была начата модернизация выпрямительных установок электропоездов серии ЭР7, заключавшаяся в замене в них ртутных вентилей полупроводниковыми, и к 1964 г. на всех моторных вагонах ртутные выпрямители на МЛРЗ были заменены полупроводниковыми, располагаемыми под моторными вагонами. Этим поездам было присвоено обозначение серии ЭР7к. В отличие от электрической схемы электропоездов серии ЭР7 на электропоездах серии ЭР7к для регулирования напряжения был использован так называемый «вентильный переход», позволяющий устранить громоздкий делительный реактор, а для защиты вентилей от токов короткого замыкания применены быстродействующие

разъединители, разрывающие цепь тока в непроводящий полупериод.

В том же году РВЗ совместно с РЭЗ и Всесоюзным электротехническим институтом (ВЭИ) выпустил опытную, двухвагонную секцию электропоезда серии ЭР9, полупроводниковая выпрямительная установка которого располагалась в тамбуре моторного вагона. При сохранении того же принципа регулирования напряжения и тех же ТЭД, что на поездах серии ЭР7к, по предложению ВЭИ бесконтактная защита вентилей от токов короткого замыкания была заменена контакторной при помощи главного воздушного выключателя типа ВОВ-25–4 с одновременным увеличением индуктивного сопротивления в контуре короткого замыкания за счет введения между вторичной обмоткой трансформатора и входными зажимами выпрямительной установки токоограничивающих реакторов. Впоследствии выпрямительные установки были перенесены под кузов моторных вагонов (электропоезд серии ЭР9п).

Электропоезда серий ЭР9 (с модернизациями) были единственными в СССР серийно выпускаемыми поездами однофазно-постоянного тока. Их выпуск продолжался до распада СССР, а в 1995 г. возобновлен на Демиховском машиностроительном заводе, причем электропоезда серии ЭД9т оборудованы системой резисторного торможения с независимым возбуждением ТЭД.

Наряду с выпуском серийных электропоездов однофазно-постоянного тока в СССР в 60-х годах велись научно-исследовательские работы по созданию электропоезда переменного тока с асинхронными ТЭД и статическими преобразователями электроэнергии, завершившиеся выпуском в 1970 г. первого в мире восьмивагонного электропоезда серии ЭР9а с асинхронными ТЭД типа ЭТА-300 мощностью часового режима 300 кВт каждый. В отличие от вентильного перехода электропоезда серии ЭР9 вентильный переход нового электропоезда был выполнен на тиристорах, что обеспечило плавное зонно-фазовое регулирование выпрямленного напряжения. От выходных зажимов выпрямителя асинхронные ТЭД питались через автономные инверторы напряжения (как и на электровозе серии ВЛ80а). К сожалению, несмотря на положительные результаты испытаний, отсутствие в то время необходимой элементной базы не позволило пустить электропоезд в нормальную эксплуатацию.

Вторично задача создания электропоездов переменного тока с асинхронными ТЭД нашла свое решение в 80-х годах, когда на базе электропоезда серии ЭР9 РЭЗ и Московским институтом инженеров железнодорожного транспорта (МИИТ) была оборудована асинхронными ТЭД и статическими преобразователями электроэнергии двухвагонная секция.

Секция успешно прошла пусконаладочные и испытательные поездки вначале на Горьковской железной дороге, а на испытательном кольце ВНИИЖТ, но в связи с отделением Латвии дальнейшие работы по созданию электропоезда с асинхронными ТЭД были прекращены.

Третья и наиболее успешная попытка создания электропоезда переменного тока с асинхронными ТЭД была предпринята по инициативе МПС РФ в 1995 г., когда ВЭлНИИ совместно с МИИТ, ВНИИЖТ и Новосибирским научно-исследовательским институтом комплектного электрооборудования (НИИКЭ) создал двухвагонную макетную секцию, одна из тележек моторного вагона которой была оборудована асинхронными ТЭД. Преобразователь

электроэнергии был выполнен по схеме двухзонный тиристорный выпрямитель — автономный инвертор тока, причем секция была оснащена микропроцессорной системой автоматического управления режимами тяги и торможения. Успешные тягово-энергетические испытания секции на кольце ВНИИЖТ позволили вплотную подойти к решению задачи создания на НЭВЗ опытного шестивагонного электропоезда переменного тока серии ЭНЗ с асинхронными ТЭД.

На Демиховском машиностроительном заводе ведутся подготовительные работы по созданию электропоезда постоянно-переменного тока серии ЭД6 с асинхронными ТЭД и статическими преобразователями электроэнергии. Преобразователь электроэнергии такого электропоезда двухзвенный. Во входном звене преобразователя установлен импульсный преобразователь постоянного напряжения, а в выходном — автономный инвертор тока, что позволяет унифицировать узел автономный инвертор — асинхронный ТЭД для перспективных электропоездов, предназначенных для линий постоянного и переменного токов.

Необходимо при этом отметить, что по инициативе РАО «Высокоскоростная магистраль» Октябрьской железной дорогой, АО «Сила» в содружестве с МИИТ и ЗАО «Асинхрон» создана и в 1997 г. успешно прошла испытания макетная двухвагонная секция с асинхронным и тяговыми двигателями, преобразовательная установка которой выполнена на отечественной элементной базе.

Наряду с созданием главных тяговых электроприводов с асинхронными ТЭД в России ведутся работы по полной замене приводных электродвигателей постоянного тока для вспомогательных машин асинхронными приводными двигателями.

В 1996 г. на МЛРЗ был испытан образец статического преобразователя электроэнергии, изготовленного АО «Электровыпрямитель» (г. Саранск) с участием ЗАО «Асинхрон» и предназначенного вместо машинного преобразователя для питания асинхронного двигателя компрессора и бортовых цепей постоянного тока. По откорректированной в результате испытаний макетного образца документации АО «Электровыпрямитель» в 1997 г. был изготовлен опытный образец такого преобразователя с улучшенными характеристиками, который после наладочных испытаний на МЛРЗ поступит для испытаний на кольцо ВНИИЖТ.

Следует отметить, что, несмотря на пионерскую роль СССР в создании электроподвижного состава c бесколлекторными ТЭД, за последние 15 лет ведущим фирмам Германии, Японии, Франции, Италии удалось создать большое количество тяговых единиц с асинхронными (значительно реже с синхронными) ТЭД. Это объясняется в первую очередь тем, что передовые электротехнические фирмы значительно опередили российские предприятия в выпуске современных силовых приборов — GTO-тиристоров и JGBT-транзисторов и модулей на их основе. В настоящее время благодаря использованию современного технологического оборудования положение выравнивается, и, надо полагать, что в ближайшее время будут созданы высокоэкономичные отечественные тяговые преобразовательные установки на силовых полупроводниковых приборах нового поколения.

Еще в начале 90-х годов XIX в. русскими инженерами Л.Г. Кузнецовым и А.И. Одинцовым был разработан проект дизельного тепловоза с электрической передачей, в котором на валу дизеля предлагалось установить трехфазные генераторы переменного тока, питающие ТЭД и приводящие в движение колесные пары локомотива.

В начале XX в. на Коломенском машиностроительном заводе (КМЗ) в числе других был разработан проект тепловоза мощностью 1600 л.с. с электрической передачей, но такой тепловоз создан не был.