Электровозом называют локомотив, приводимый в движение
электрическими двигателями, которые получают электрическую энергию
через токоприемник от контактной сети. В контактную сеть
электроэнергия поступает от тяговой подстанции. В зависимости от
рода используемого тока различают электровозы постоянного тока и
электровозы переменного тока. Есть также электровозы двойного
питания постоянным и переменным током. В редких случаях электровоз
получает электроэнергию от аккумуляторов (так называемые
контактно-аккумуляторные электровозы), установленных на нем же.
Электровозы имеют сложное механическое, электрическое и
пневматическое оборудование.
К механической части электровоза относятся кузов и тележки. Тележка
включает в себя раму, колесные пары с буксами, подвески тяговых
двигателей, тяговые передачи, рессорное подвешивание,
рычажно-тормозные передачи. Кузов электровоза специальными опорами
(рис. 1), а иногда и рессорами опирается на тележки. Отечественные
электровозы имеют две, четыре или шесть тележек. При двух тележках в
каждой из них устанавливают три колесные пары (шестиосные
электровозы), при четырех и шести тележках - две колесные пары
(соответственно восьмиосные и двенадцатиосные электровозы).
Рессорами и буксами с подшипниками рамы тележек связаны с колесными
парами. Благодаря рессорам уменьшается воздействие электровозов на
путь, меньше изнашивается оборудование электровоза, так как
снижается сила ударов, воспринимаемых им при прохождении стыков и
неровностей пути.
Колесные пары электровозов приводятся во вращение двигателями,
называемыми тяговыми. Валы двигателей соединяют с осями колесных пар
зубчатыми передачами - редукторами. Колесные пары, приводимые во
вращение тяговыми двигателями, называют движущими.
Широкое применение получил индивидуальный тяговый привод, при
котором каждая колесная пара приводится во вращение своим тяговым
двигателем. Такой привод осуществлен на всех электровозах,
эксплуатируемых в СССР.
Один тяговый двигатель с помощью специального редуктора может
приводить во вращение, например, две колесные пары - это так
называемый групповой привод, или монопривод. В Советском Союзе был
построен опытный электровоз с моноприводом. Однако его
характеристики (как технические, так и экономические) оказались
хуже, чем у электровозов с индивидуальным приводом. Поэтому
производство таких электровозов было признано нецелесообразным.
Электрическая часть электровозов, кроме тяговых двигателей, содержит
множество различных аппаратов, предназначенных для пуска тяговых
двигателей, изменения скорости и направления движения локомотива,
электрического торможения, защиты оборудования от перегрузок,
перенапряжений и токов короткого замыкания. Конструкция этих
аппаратов зависит от рода используемого тока, но, как и тяговые
двигатели, они находятся под высоким напряжением1. Управляют ими
обычно дистанционно (на расстоянии) - из кабины машиниста. Это
система косвенного управления. Она применена на всех отечественных
магистральных электровозах.
Рис. 1. Схематическое устройство электровоза
В соответствии с Правилами технической эксплуатации
электроустановок потребителей, разработанными Министерством
энергетики и электрификации СССР, по условиям электробезопасности
различают электроустановки напряжением до 1000 В включительно и
свыше 1000 В. Однако для краткости изложения будем пользоваться
терминами "высокое напряжение" (в силовых цепях и цепях
вспомогательных машин) и "низкое напряжение" (в цепях управления,
сигнализации, освещения и т. д.).
В качестве источника тока низкого напряжения при системе
косвенного управления используют генераторы управления или
полупроводниковые преобразователи. От них, кроме низковольтных
аппаратов (т. е. аппаратов низкого напряжения), получают энергию
приборы освещения и заряжается аккумуляторная батарея.
Для управления многими аппаратами используется сжатый воздух. Его
получают с помощью компрессоров. Чтобы привести в действие
пневматические (воздушные) тормоза локомотива и состава, т. е. чтобы
управлять ими, также используют воздух, сжимаемый компрессорами.
Тяговые двигатели, часть электрических машин и аппаратов, выделяющих
при работе значительное количество тепла, охлаждают потоками
воздуха, создаваемыми вентиляторами. Мощные трансформаторы на
электровозах переменного тока охлаждают маслом, циркуляция которого
обеспечивается центробежными насосами.
Вентиляторы, компрессоры и насосы (вспомогательные механизмы)
приводятся в действие отдельными электрическими двигателями
(моторами). Агрегат, состоящий из вспомогательного механизма и
мотора, представляет собой вспомогательную машину и его принято
называть соответственно мотор-вентилятором, мотор-компрессором,
мотор-насосом. К вспомогательным машинам относятся и генераторы тока
управления, которые обычно отдельных двигателей не имеют; их
устанавливают на одном валу с каким-либо вспомогательным двигателем
(например, с двигателем вентилятора).
Известно, что электрические машины обладают свойством обратимости,
т. е. могут работать в качестве как двигателей, так и генераторов.
На многих электровозах при движении по спуску, а в некоторых случаях
и перед остановками тяговые двигатели переключают для работы в
качестве генераторов. При этом кинетическая энергия и потенциальная,
запасенная в поезде, преобразуются в электрическую и передаются в
контактную сеть. Этот процесс называется рекуперацией электрической
энергии. Рекуперация используется для электрического торможения
поезда. На части электровозов электрическая энергия, вырабатываемая
в генераторном режиме, поглощается в резисторах, превращаясь в
тепловую. Такой способ электрического торможения называют
реостатным. Чтобы осуществить рекуперацию, на электровозах
постоянного тока устанавливают специальные мотор-генераторы для
возбуждения тяговых двигателей, без которых они не могут устойчиво
работать как генераторы.
Электрическое оборудование электровозов, работающее под высоким
напряжением, объединено в две электрические высоковольтные цепи -
силовую цепь, включающую в себя тяговые двигатели, пусковую и
регулирующую аппаратуру, и цепь вспомогательных машин со своей
аппаратурой. Низковольтные электрические аппараты, с помощью которых
управляют аппаратами силовой и вспомогательных цепей, объединены в
цепь управления.
Основным аппаратом цепи управления является контроллер машиниста.
Контроллер машиниста и некоторые другие низковольтные электрические
аппараты размещены в кабине машиниста.
Пневматическое оборудование электровоза состоит из компрессоров,
резервуаров для хранения сжатого воздуха, трубопроводов,
пневматических приводов электрических аппаратов.
Все локомотивы, в том числе и электровозы, обязательно имеют
автоматические тормоза, приводимые в действие сжатым воздухом, и
ручные.
