История электротехники

Коллектив авторов

В 1924 г. на КМЗ был изготовлен первый отечественный тепловоз с электрической передачей, предложенной ЯМ. Гаккелем. Имея максимальную мощность дизеля, равную 1030 л.с., тепловоз, имевший конечное наименование Щэл 1, был в то время самым мощным в мире (мощность 100 кВт). Первые отечественные тепловозные ТЭД были спроектированы под руководством А.Е. Алексеева.

В дальнейшем развитие электротехнических систем отечественных тепловозов, повторяя, а иногда опережая развитие таких систем за рубежом, шло по пути совершенствования и увеличения мощности тяговых генераторов постоянного тока и ТЭД, а также другого электротехнического оборудования. При этом практически сразу

наметились различия в электрооборудовании тепловозов, электровозов и электропоездов в уровне напряжений при принципиально одинаковой структуре преобразования и регулирования потока энергии в непосредственно электрической передаче. Это объяснялось тем, что поскольку тепловоз является автономным (не связанным с контактной сетью) локомотивом, то в нем может быть выбран более низкий уровень напряжения, прикладываемого к ТЭД, что и было сразу же сделано. В дальнейшем это напряжение постепенно повышалось.

Поэтому основные этапы развития электротехнических систем тепловозов и электроподвижного состава совпадают. Как и у электровозов, у которых сначала источником электроэнергии являлась контактная сеть постоянного тока, у тепловозов первых поколений в качестве источников электроэнергии выступали генераторы постоянного тока (с различными типами систем возбуждения). Электродвигатели и другое электротехническое оборудование тепловозов выпускали завод «Динамо», а впоследствии Харьковский электромашиностроительный завод (затем завод «Электротяжмаш»).

В конце 1967 г. Ворошиловградский (впоследствии Луганский) тепловозостроительный завод выпустил первый односекционный тепловоз серии ТЭ109 с электрической передачей переменно-постоянного тока, позволяющей иметь более легкий и надежный главный генератор. Главный синхронный генератор типа ГС-501А был выполнен с независимым возбуждением и принудительной вентиляцией. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на статоре генератора расположены две трехфазные обмотки, одноименные векторы напряжений которых сдвинуты один относительно другого на 30° (электрических). К каждой статорной обмотке подключены входные зажимы трехфазных мостовых диодных выпрямителей, соединенных по отношению к нагрузке (тяговым двигателям) последовательно. Обмотка ротора генератора получает питание от машинного возбудителя через выпрямитель. На тепловозе установлены шесть ТЭД типа ЭД-112А. Предусмотрены две ступени уменьшения магнитного потока.

В дальнейшем развитие тепловозов шло по пути увеличения мощности как за счет увеличения количества тяговых осей, так и за счет увеличения мощности ТЭД, без принципиальных изменений в электрооборудовании.

Начало следующего этапа в развитии электрооборудования тепловозов относится к 1975 г., когда на Ворошиловградском тепловозостроительном заводе был изготовлен первый тепловоз типа ТЭ120 с электрической передачей переменного тока. Тяговый агрегат тепловоза типа А-711 состоит из главного синхронного генератора типа ГС-504А и вспомогательного генератора типа ГС-507 для питания цепей электрического отопления пассажирских вагонов. Такое совмещение в одном агрегате главного и вспомогательного генераторов в отечественном тепловозостроении было осуществлено впервые.

К двум трехфазным статорным обмоткам главного генератора подключены входные зажимы двух мостовых диодных выпрямителей, соединенных по отношению к нагрузке последовательно. К выходным зажимам выпрямителей через индивидуальные трехфазные автономные инверторы напряжения подключены статорные обмотки шести асинхронных ТЭД типа ЭД-900. Уровень напряжения, прикладываемого к ТЭД, регулируется возбудителем главного генератора, а частота этого напряжения — автономным инвертором.

По результатам испытаний опытного тепловоза с асинхронными ТЭД были сделаны рекомендации о выпуске

такого тепловоза в двухсекционном варианте, но, как и в случае с электровозами, эти работы были приостановлены из-за отсутствия необходимой элементной базы (силовых полупроводниковых приборов и конденсаторов).

В связи с распадом СССР выпуск тепловозов в России перешел полностью на Коломенский тепловозостроительный завод, который продолжает выпускать грузовые и пассажирские тепловозы с электрической передачей переменно-постоянного тока, электрооборудование которых не претерпевает принципиальных изменений [8.13].

8.1.2. ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ

Трамвай. Происходит от английского слова Tramway (Tram — вагон и way — путь) — городская наземная электрическая дорога. Трамвай стал развиваться с начала 80-х годов прошлого столетия. Впервые трамвай был пущен в пригороде Берлина в 1881 г.

Трамвайные вагоны того времени имели малую вместимость — всего 24 пассажира, открытые площадки, маломощные двигатели в 4,5 л.с., ручной тормоз. Электрический ток подводился к двигателям по рельсам. Скорость таких вагонов не превышала 19 км/ч.

С применением в 1883 г. верхнего контактного провода и роликовых токоприемников начался период быстрого усовершенствования вагонов и строительства трамвайных предприятий.

В России первый трамвай был построен в Киеве в 1892 г., затем был пущен трамвай в Нижнем Новгороде, Казани, Ташкенте. В Москве трамвайное движение было открыто в 1903 г., в Санкт-Петербурге — в 1907 г.

Московский и Санкт-Петербургский трамваи представляли собой поезда из двухосных моторных и прицепных вагонов значительной вместимости, оборудованных сравнительно мощными электродвигателями. Они имели хорошее освещение, а также отопление в зимнее время.

К началу первой мировой войны в России было уже 35 трамвайных хозяйств, 30 из них полностью или частично принадлежали иностранным концессиям. Подвижной состав, его механическое, пневматическое и электрическое оборудование заказывалось за границей.

В 1925 г. завод «Электросила» выпустил отечественный тяговый двигатель постоянного тока ПТ-30Н, а с 1926 г. завод «Динамо» приступил к производству электродвигателей ДМ-1А повышенной мощности, которые не уступали заграничным. Помимо двухосных вагонов с 1926 г. в России стали строить и эксплуатировать более вместительные четырехосные вагоны.

В 1928 г. Коломенский завод начал выпуск серии четырехосных трамвайных вагонов типа КМ. В 1938 г. были построены первые четырехосные трамвайные вагоны М-38 с двигателями смешанного возбуждения и оригинальной схемой управления, разработанной заводом «Динамо». С 1947–1948 гг., отечественные заводы выпускают цельнометаллические четырехосные трамвайные вагоны типа МТВ-82 (Тушинский машиностроительный завод) и двухосные моторные и прицепные вагоны типа КТМ-1 иКТП-1 (Усть-Катавский вагоностроительный завод).

В дальнейшем к строительству вагонов приступили Ленинградский и Рижский вагоностроительные заводы, выпустив соответственно вагоны ЛМ-49, ЛП-49, ЛМ-57 и РВЗ.

Трамваестроение на этом этапе развивалось в направлении перехода от двухосных моторных и прицепных вагонов к более емким четырехосным вагонам, повышения их вместимости, роста энерговооруженности, повышения динамических показателей.

В 60–70-х годах Усть-Катавский вагоностроительный завод проектирует и переходит к массовому выпуску четырехосных трамвайных вагонов модели КТМ-5М и модели 71–605, которые эксплуатируются в городах России до настоящего времени. Для Санкт-Петербурга Петербургский трамвайно-механический завод изготавливает четырехосные вагоны модели ЛМ-68М.