Электрический локомотив

Электрический локомотив škoda CHS4-109. МОСКОВА ОДЕСА - ТРАНС В ЖЕЛЕБСКОЙ МЕСТЕРКИ ВИННИЦИЯ .

CSD Class E 499.3

Siemens ES64U4 является подтвержденным держателем тока в качестве самого быстрого электрического локомотива при 357 км/ч (222 миль в час) в 2006 году.

Британский железнодорожный класс 91 на Лондонском Кресте Кресте .

Электрический локомотив представляет собой локомотив, питаемый электричеством из верхних линий , третьей рельсовой или бортовой энергии, такой как батарея или суперконденсатор . Локомотивы с заправленными встроенными блюдами , такими как дизельные двигатели или газовые турбины , классифицируются как дизель-электрические или газомерные турбины-электрические , а не как электрические локомотивы, потому что комбинация электрического генератора/двигателя служит только в виде системы передачи питания .

Электрические локомотивы выигрывают от высокой эффективности электродвигателей, часто выше 90% (не включая неэффективность выработки электроэнергии). Дополнительная эффективность может быть получена от регенеративного торможения , что позволяет кинетическую энергию восстанавливать во время торможения, чтобы вернуть энергию на линию. Более новые электрические локомотивы используют системы привода двигателя переменного тока, которые обеспечивают регенеративное торможение. Электрические локомотивы тихие по сравнению с дизельными локомотивами, так как нет двигателя и выхлопных шумов и меньшего механического шума. Отсутствие возвратных деталей означает, что электрические локомотивы легче на трассе, что снижает техническое обслуживание дорожки. Электростанция гораздо больше, чем любое отдельное локомотивное использование, поэтому электрические локомотивы могут иметь более высокую выходную мощность, чем дизельные локомотивы, и они могут производить еще более высокую краткосрочную мощность всплеска для быстрого ускорения. Электрические локомотивы идеально подходят для пригородного железнодорожного обслуживания с частыми остановками. Электрические локомотивы используются на грузовых маршрутах с постоянно высокими объемами движения или в районах с передовыми железнодорожными сетями. Электростанции, даже если они сжигают ископаемое топливо , гораздо чище, чем мобильные источники, такие как локомотивные двигатели. Мощность также может поступать из низкоуглеродистых или возобновляемых источников , включая геотермальную энергию , гидроэлектростанцию , биомассу , солнечную энергию , ядерную энергию и ветряные турбины . Электрические локомотивы обычно стоят на 20% меньше, чем на дизельные локомотивы, их затраты на техническое обслуживание на 25–35% ниже, а стоимость на 50% меньше.

Главным недостатком электрификации является высокая стоимость инфраструктуры: накладные линии или третий рельс, подстанции и системы управления. Влияние этого варьируется в зависимости от местных законов и правил. Например, государственная политика в США вмешивается в электрификацию: более высокие налоги на недвижимость влагаются на частные железнодорожные помещения, если они электрифицированы. EPA регулирует выбросы выхлопных газов на локомотивных и морских двигателях, аналогично правилам выбросов автомобильных и грузовых грузовиков, чтобы ограничить количество монооксида углерода, несгоревших углеводородов, оксидов азота и выхода сажи из этих мобильных источников энергии. Поскольку железнодорожная инфраструктура находится в частной собственности в США, железные дороги не хотят делать необходимые инвестиции для электрификации. В Европе и в других местах железнодорожные сети считаются частью национальной транспортной инфраструктуры, как дороги, автомагистрали и водные пути, поэтому часто финансируются государством. Операторы платы за прокатывание акций в соответствии с использованием железной дороги. Это делает возможным крупные инвестиции, необходимые для технически и, в долгосрочной перспективе, также экономически выгодной электрификации.

История

Постоянный ток

1879 Siemens & Halske Experimental Train

EL-1 Электрический локомотив балтиморской линии ремней , США, 1895 год. Паровой локомотив не был отстранен для прохода через туннель. Повышенным проводником был ∩ серийный планшета в самой высокой точке на крыше, поэтому гибкий плоский пантограф использовался

Alco-Ge Prototype Class S-1 , NYC & HR №. 6000 (DC)

Milwaukee Road Class ES-2 , пример более крупного крутого переключателя для электрифицированной тяжелой железной дороги (DC) 1916

Первый известный электрический локомотив был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина , и он работал гальваническими клетками (батареи). Дэвидсон позже построил более крупный локомотив по имени Гальвани , выставленную на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. У автомобиля с семихонтами было два непосредственного привода двигателя , с фиксированными электромагнитами, действующими на железных стержнях, прикрепленных к деревянному цилиндру на каждой тосе,, и простые коммутаторы . Он вытащил груз шесть тонн в четыре мили в час (6 километров в час) на расстоянии в полтора мили (2,4 километра). Он был протестирован на железной дороге Эдинбург и Глазго в сентябре следующего года, но ограниченная энергия от батарей предотвратила общее использование. Он был разрушен железнодорожными работниками, которые считали это угрозой своей безопасности.

Первый электрический пассажирский поезд был представлен Вернером фон Сименсом в Берлине в 1879 году. Локомотив был обусловлен 2,2 кВт, серийный мотор, а поезд, состоящий из локомотива и трех автомобилей, достиг скорости 13 км/ч. Полем В течение четырех месяцев поезд перевозил 90 000 пассажиров на круговой дорожке длиной 300 метров (984 фута). Электричество (150 В постоянного тока) было поставлено через третью изолированную рельс между трассами. Контактный ролик использовался для сбора электричества.

Первая в мире электрическая трамвайная линия, открытая в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена Вернером фон Сименсом (см. Трамвайс Gross-Lichterfelde и Берлин Страценбан ). Электрическая железная дорога Волка открылась в 1883 году в Брайтоне. Также в 1883 году трамвай Мдинлинга и Хинтербруля недалеко от Вены в Австрии открылись . Это был первый в мире в обычном обслуживании, работающий от линии накладных расходов. Пять лет спустя в американских электрических тележках были первые в 1888 году на пассажирской железной дороге Ричмонд Юнион с использованием оборудования, разработанного Фрэнк Дж. Спраг .

Первые электрифицированные венгерские железнодорожные линии были открыты в 1887 году в Будапеште (см.: Бхев ): Ракеве Линия Szentendre (1887), Линия Гёллела (1888), линия (1888), линия Csepel (1912).

Большая часть раннего развития электрического локомоции была обусловлена ​​растущим использованием туннелей, особенно в городских районах. Дым из паровых локомотивов был вредным, и муниципалитеты все больше склонны запрещать их использование в своих пределах. Первой электрически обработанной подземной линией была железная дорога города и Южного Лондона , вызванная пунктом в его актере, запрещающем использование паровой энергии. Он открылся в 1890 году, используя электрические локомотивы, построенные Мазером и Платтом . Электричество быстро стало выбором питания для метро, ​​подстрекаемым к изобретению Sprague о управлении поездами с несколькими единицами в 1897 году. Поверхностные и повышенные системы быстрого транзита обычно используются пар, пока не вынуждены конвертировать по указу.

Первое использование электрификации на американской главной линии было на четырехмильном участке линии Baltimore Belt of the Baltimore и Ohio Railroad (B & O) в 1895 году, соединяющая основную часть B & O с новой линией в Нью-Йорке через серию туннелей по краям центра города Балтимора. Параллельные следы на железной дороге Пенсильвании показали, что угольный дым от паровых локомотивов будет серьезной проблемой и публичной неприятностью. три блока BO+BO Первоначально использовались , модель EL-1. В южной части электрифицированного участка; Они сочетались с локомотивом, тренировались и протянули его через туннели. Железнодорожные входы в Нью -Йорк требовали аналогичных туннелей, а проблемы с дымом были там более острыми. -Йорк запретить использование дымовых локомотивов к югу от реки Гарлем после 1 июля 1908 года Столкновение в туннеле Park Avenue в 1902 году привело к законодательному органу штата Нью . В 1930 -х годах железная дорога Пенсильвании , которая ввела электрические локомотивы из -за регулирования Нью -Йорка, электрифицировала всю свою территорию к востоку от Гаррисберга, штат Пенсильвания .

Чикаго, Милуоки, Сент -Пол и Тихоокеанская железная дорога ( Милуоки -роуд ), последняя трансконтинентальная линия, которая будет построена, наэлектризовала свои линии через Скалистые горы и в Тихоокеанский океан, начиная с 1915 года. Несколько линий восточного побережья, в частности, вирджиния Железная дорога и Норфолк и Западная железная дорога , электрифицированные короткие участки их горных переходов. Однако к этому моменту электрификация в Соединенных Штатах была в большей степени связана с плотным городским движением, и использование электрических локомотивов снизилось в связи с дизелизацией. Diesel поделился некоторыми преимуществами Electric Locomotive по сравнению с Steam и стоимостью строительства и поддержания инфраструктуры питания, что препятствовало новой установке, вызвало устранение большинства электрификации основной линии за пределами северо-востока. За исключением нескольких систем пленных (например, проведения силовой железной дороги Deseret ), к 2000 году электрификация была ограничена северо -восточным коридором и некоторой пригородной службой; Даже там грузовое обслуживание обрабатывалось дизелем. Развитие продолжалось в Европе, где электрификация была широко распространена. 1500 В постоянного тока все еще используется на некоторых линиях недалеко от Франции, а 25 кВ 50 Гц используется высокоскоростными поездами.

Переменный ток

Первый практический электрический локомотив AC был спроектирован Чарльзом Брауном , а затем работал в Oerlikon , Zürich. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу мощности на длинные дистанции для международной электротехнической выставки с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен-Ам Шеяр и участком выставки во Франкфурте А.М. Главном Западе, на расстоянии 280 км. Используя опыт, который он получил во время работы на Джин Хейлманн над парами-электрическими локомотивами, Браун заметил, что трехфазные двигатели имели более высокое соотношение мощности к весу, чем двигатели DC , и из-за отсутствия коммутатора было проще в производстве. и поддерживать. Тем не менее, они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и не могли быть установлены в подложек : их можно было перенести только в локомотивные тела. В 1896 году Орликон установил первый коммерческий пример системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л.с.), работающих на трехфазе 750 В 40 Гц, питаемых с двойных накладных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают регенеративное торможение и, таким образом, хорошо подходят для крутых градусных маршрутов; В 1899 году Браун (к тому времени в партнерстве с Уолтером Богери ) предоставил первые трехфазные локомотивы основной линии на 40-километровой железной дороге Бургдорф-Тун (самая высокая точка 770 метров), Швейцария. Первая реализация промышленной частоты однофазной поставок переменного тока для локомотивов была получена из Орликона в 1901 году с использованием проектов Ханса Бен-Эсченбурга и Эмиля Хубер-Стоклара ; Установка на линии Seebach-Wettingen швейцарских федеральных железных дорог была завершена в 1904 году. 15 кВ, 50 Гц 345 кВт (460 л.с.), 48 тонн локомотивов использовали трансформаторы и вращающиеся преобразователи в мощные двигатели DC.

В 1894 году венгерский инженер Калман Кандо разработал новый тип 3-фазный асинхронный электрический привод и генераторы для электрических локомотивов в компании Fives-Lille . Конструкции Кандо в начале 1894 года были впервые применены в коротком трехэтажном трамвае AC в Эвиан-Лей-Байнс (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. В 1918 году, Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь , что позволило электрическим локомотивам использовать трехфазные двигатели, в то время как поставляемые через единую верхнюю проволоку, неся простую промышленную частоту (50 Гц) однофазной AC национальных сетей высокого напряжения.

Прототип электрического локомотива Ganz AC в Вальтеллине, Италия, 1901

Итальянские железные дороги были первыми в мире, которые ввели электрическую тягу для всей длины основной линии, а не просто на короткие сроки. Линия Valtellina 106 км была открыта 4 сентября 1902 года, разработанная Кандо и командой из Ganz Works . Электрическая система была трехфазной при 3 кВ 15 Гц. Напряжение было значительно выше, чем использовалось ранее, и ему потребовались новые конструкции для электродвигателей и коммутационных устройств. Трехфазная двухпроводная система использовалась на нескольких железных дорогах в северной Италии и стала известна как «Итальянская система». Кандо был приглашен в 1905 году провести управление Società Italiana Westinghouse и руководил разработкой нескольких итальянских электрических локомотивов. В течение периода электрификации итальянских железных дорог были проведены тесты относительно того, какой тип мощности использовать: в некоторых разделах было 3600 В. 16 + 2 ~ 3 Гц Трехфазный источник питания, в других было 1500 В, постоянного тока, 3 кВ и 10 кВ переменного тока 45 Гц. После Второй мировой войны была выбрана мощность постоянного тока 3 кВ для всей итальянской железнодорожной системы.

Более позднее развитие Кандо, работая как с Ganz Works, так и с Societa Italiana Westinghouse , было электромеханическим преобразователем , позволяющим использовать трехфазные двигатели из однофазного AC, устраняя необходимость двух накладных проводов. В 1923 году первый локомотив фазового конвертера в Венгрии был построен на основе дизайна Кандо и серийного производства началась вскоре после этого. Первая инсталляция, на 16 кВ 50 Гц, была в 1932 году на 56 -километровом участке венгерских железных дорог между Будапештом и Комаром . Это оказалось успешным, и электрификация была расширена на Hegyeshalom в 1934 году.

Швейцарский RE 420 ведет грузовой поезд вниз по южной стороне линии Gotthard , который был электрифицирован в 1922 году. Мачты и линии контактного контейнера можно увидеть.

В Европе проекты электрификации первоначально были сосредоточены на горных регионах по нескольким причинам: поставки угля были затруднены, была легко доступна гидроэлектростанция , а электрические локомотивы давали больше тяги на более крутых линиях. Это было особенно применимо в Швейцарии, где почти все линии электрифицированы. Важный вклад в более широкое принятие тяги AC вступило из SNCF Франции после Второй мировой войны . Компания оценила промышленную линию AC, направленную через крутой долину Хёллиталента , Германия, которая находилась под французской администрацией после войны. После испытаний компания решила, что производительность локомотивов AC была достаточно разработана, чтобы позволить всем ее будущим установкам, независимо от местности, по этому стандарту, с его связанной более дешевой и более эффективной инфраструктурой. Решение SNCF, игнорируя, когда оно выполняло 2000 миль (3200 км) высоковольтного DC, уже установленного на французских маршрутах, оказало влияние на стандарт, выбранные для других стран Европы.

Little Päässi , небольшой электрический локомотив компании Finlayson в Тампер , Финляндия, в 1950 -х годах

В 1960 -х годах была электрификация многих европейских основных линий. Европейская электрическая локомотивная технология неуклонно улучшалась с 1920 -х годов. Для сравнения, класс Milwaukee Road EP-2 (1918) весил 240 т, с мощностью 3330 кВт и максимальной скоростью 112 км/ч; В 1935 году немецкий E 18 имел мощность 2800 кВт, но весил всего 108 тонн и имел максимальную скорость 150 км/ч. 29 марта 1955 года французский локомотив CC 7107 достиг 331 км/ч. В 1960 году локомотивы SJ Class DM 3 на шведских железных дорогах создали рекордные 7200 кВт. Локомотивы, способные к коммерческому обслуживанию пассажиров в 200 км/ч, появились в Германии и Франции за тот же период. Дальнейшие улучшения были вызваны внедрением электронных систем управления, которые позволили использовать все более легкие и более мощные двигатели, которые можно было бы установить внутри лишера (стандартизация с 1990-х годов на асинхронных трехфазных двигателях, питаемых через инверторы GTO).

В 1980-х годах разработка очень высокоскоростной услуги привела к дальнейшей электрификации. Японский Shinkansen и французский TGV были первыми системами, для которых преданные высокоскоростные линии были построены с нуля. Подобные программы были предприняты в Италии , Германии и Испании ; В Соединенных Штатах единственной новой основной службой стала расширение электрификации над Северо -Восточным коридором из Нью -Хейвена, штат Коннектикут , в Бостон, штат Массачусетс , хотя новые системы электрических легкорельсовых трансляций продолжали строиться.

2 сентября 2006 года стандартный производственный электрический локомотив Siemens Euosprinter Type ES64-U4 ( öbb Class 1216) достиг 357 км/ч (222 миль в час), рекорд для локомотивного поезда, на новой линии между Ingolstadt и Numberberg. Полем Этот локомотив в настоящее время используется в значительной степени немодифицированным öbb для перевозки своего железнодорожного дневника , что, однако, ограничено максимальной скоростью 230 км/ч из -за экономических и инфраструктурных проблем.

Типы

Операционные элементы управления грузовым локомотивом VL80R от российских железных дорог . Колесо управляет мощностью двигателя.

Электрический локомотив, используемый в добыче полезных ископаемых во Флин Флоне, Манитоба . Этот локомотив демонстрируется и в настоящее время не находится в эксплуатации.

Электрический локомотив может быть поставлен с питанием от

• Перезаряжаемые системы хранения энергии такие как батарея или ультракапацепторные , локомотивы .
• Стационарный источник, такой как третий рельс или верхний проволока .

Отличительные дизайнерские особенности электрических локомотивов:

• Тип используемой электрической мощности, переменного тока или постоянного тока .
• Метод хранения (батареи, ультракапациторов) или сбора (передачи) электрической мощности.
• Средства, используемые для объединения тяги на колесах (водители).

Прямой и переменный ток

Наиболее фундаментальное различие заключается в выборе AC или DC. Самые ранние системы использовали DC, так как AC не был хорошо изучен, а изоляционный материал для линий высокого напряжения не был доступен. Локомотивы DC обычно работают при относительно низком напряжении (от 600 до 3000 вольт); Следовательно, оборудование относительно массивное, потому что вовлеченные токи большие для передачи достаточной мощности. Мощность должна подаваться с частыми интервалами, так как высокие токи приводят к большим потери системы передачи.

Поскольку были разработаны двигатели AC, они стали преобладающим типом, особенно на более длинных маршрутах. Высокие напряжения (десятки тысяч вольт) используются, потому что это позволяет использовать низкие токи; Потери передачи пропорциональны квадрату тока (например, вдвое больше тока означает в четыре раза больше потери). Таким образом, высокая мощность может проводиться на больших расстояниях на более легких и более дешевых проводах. Трансформаторы в локомотивах превращают эту мощность в низкое напряжение и высокий ток для двигателей. Аналогичное высокое напряжение, система низкого тока не может быть использована с локомотивами постоянного тока, потому что нет простого способа выполнить преобразование напряжения/тока для DC так эффективно, как достигнуто трансформаторами переменного тока.

Торгин AC по-прежнему иногда использует двойные верхние провода вместо однофазных линий. Полученные трехфазные ток приводят двигатели индукции , которые не имеют чувствительных коммутаторов и позволяют легкой реализации регенеративного тормоза . Скорость контролируется путем изменения количества пар полюсов в схеме статора, с ускорением, управляемым путем переключения дополнительных резисторов в цепь ротора. Двухфазные линии являются тяжелыми и сложными вблизи переключателей, где фазы должны пересекать друг друга. Система широко использовалась в северной Италии до 1976 года и все еще используется на некоторых швейцарских железных дорогах . Простая осуществимость безопасного электрического тормоза является преимуществом системы, в то время как управление скоростью и двухфазные линии проблематичны.

Шведский локомотив RC был первым локомотивом первой серии, который использовал тиристоры с двигателями DC.

Локомотивы выпрямителя , которые использовали передачу мощности переменного тока и двигатели постоянного тока, были обычными, хотя у коммутаторов DC были проблемы как при запуске, так и при низких скоростях. Сегодняшние передовые электрические локомотивы используют бесщеточные трехфазные двигатели переменного тока . Эти полифазные машины питаются из инверторов на основе GTO -, IGCT или IGBT . Стоимость электронных устройств в современном локомотиве может составлять до 50% стоимости транспортного средства.

Электрическая тяга позволяет использовать регенеративное торможение, в котором двигатели используются в качестве тормоза и становятся генераторами, которые превращают движение поезда в электрическую мощность, которая затем подается обратно в линии. Эта система особенно выгодно в горных операциях, поскольку нисходящие локомотивы могут производить большую часть мощности, необходимой для восходящих поездов. Большинство систем имеют характерное напряжение и, в случае мощности переменного тока, частоту системы. Многие локомотивы были оснащены для обработки множественных напряжений и частот, поскольку системы перекрывались или были обновлены. Американские локомотивы FL9 были оборудованы для обработки мощности от двух различных электрических систем, а также могут работать как дизельные электрики.

В то время как современные системы преимущественно работают на AC, многие системы постоянного тока все еще используются - например, в Южной Африке и Великобритании (750 В и 1500 В); Нидерланды , Япония , Ирландия (1500 В); Словения , Бельгия , Италия , Польша , Россия , Испания (3000 В) и Вашингтон, округ Колумбия (750 В).

Передача питания

Современный наполовину пантограф

Третий рельс на в Западном водопаде станции метро недалеко от Вашингтона, округ Колумбия, наэлектризована при 750 вольт. Третий рельс находится в верхней части изображения, с белым навесом над ним. Два нижних рельса - обычные бегущие рельсы; Ток от третьего рельса возвращается на электростанцию ​​через них.

См. Также: Система электрификации железной дороги

Электрические цепи требуют двух соединений (или для трехфазных переменных , трех соединений). С самого начала дорожка использовалась для одной стороны цепи. В отличие от модельных железных дорог, дорожка обычно поставляет только одну сторону, другая сторона (ы) цепи, предоставляемой отдельно.

Накладные линии

Железные дороги, как правило, предпочитают накладные линии , которые часто называют « целевыми » после того, как система поддержки, используемая для удержания проволоки, параллельной земле. Возможны три метода сбора:

• Троллейной шестер : длинный гибкий полюс, который включает линию колесом или обуви.
• Коллекционер лука : рама, который держит длинную сбору с помощью провода.
• Пантограф : шарнирная рама, которая удерживает коллекционную обувь на проволоке в фиксированной геометрии.

Из трех, метод пантографа лучше всего подходит для высокоскоростной работы. Некоторые локомотивы используют как накладные, так и третью железнодорожную коллекцию (например, British Rail Class 92 ). В Европе рекомендуемая геометрия и форма пантографов определены стандартными EN 50367/IEC 60486

Третий рельс

Системы массового транспорта и пригородные линии часто используют третью рельс вместо верхнего провода. Это позволяет иметь меньшие туннели и более низкий клиренс под мостами, и обладает преимуществами интенсивного трафика, что это очень прочная система, не чувствительная к щелчке надводных проводов. Некоторые системы используют четыре рельса, особенно некоторые линии в лондонском подполье. Одна неудача для третьих железнодорожных систем заключается в том, что пересечение уровня становятся более сложными, обычно требуя секции пробела.

Оригинальная электрификация железной дороги Балтимора и Огайо использовала скользящий пикап ( контактная обувь или просто «обувь») в верхнем канале, система, быстро обнаруженная неудовлетворительной. Он был заменен третьим рельсом , на котором пикап ездит под или поверх меньшей рельсы, параллельной основной дорожке, над уровнем земли. Существует несколько пикапов с обеих сторон локомотива, чтобы разместить перерывы на третьем рельсе, необходимых для трек -работы. Эта система предпочтительнее в метро из -за близких зазоров, которые она дает.

Вождение колеса

Один из милуауки-роуд EP-2 «Би-полярная» электрика

Во время первоначальной разработки железнодорожного электрического движения было разработано ряд систем привода, чтобы соединить выходные двигатели на колеса. Ранние локомотивы часто использовались в гонках. В этом расположении тяговый двигатель установлен в корпусе локомотива и проезжает в гокать через набор шестерни. Эта система была использована, потому что первые тяговые двигатели были слишком большими и тяжелыми для крепления прямо на оси. Из -за количества механических деталей было необходимо частые технические обслуживания. Драйв для гонка был заброшен для всех, кроме самых маленьких единиц, когда были разработаны меньшие и более легкие двигатели,

Несколько других систем были разработаны в качестве созревания электрического локомотива. Драйв Бухли представлял собой полностью подпружиненную систему, в которой вес движущих двигателей был полностью отключен от вождения. Впервые используемые в электрических локомотивах 1920 -х годов, Buchli Drive в основном использовался французскими SNCF и швейцарскими федеральными железными дорогами . Примерно в это время также был разработан Quill Drive и установил тяговый двигатель вверху или в сторону оси и соединенный с осью через редуктору и полый вал - перо - гибко соединен с вождением. Локомотив Пенсильвания GG1 GG1 использовал Quill Drive. Опять же, когда тяговые двигатели продолжали сокращаться по размеру и весу, Quill Drive постепенно выпадает из пользы в низкоскоростных грузовых локомотивах. В высокоскоростных пассажирских локомотивах, используемых в Европе, Quill Drive все еще преобладает.

Другим приводом была « биполярная » система, в которой моторная арматура была самой осью, рамкой и полевой сборкой двигателя, прикрепленной к грузовику (Bogie) в фиксированном положении. Двигатель имел два полюса, что позволило ограничить количество вертикального движения арматуры. Эта система имела ограниченную ценность, так как выходная мощность каждого двигателя была ограничена. EP -2 биполярная электрика, используемая дорогой Милуоки, компенсировала эту проблему, используя большое количество мощных осей.

Современные грузовые электрические локомотивы, такие как их дизель-электрические аналоги, почти универсально используют тяговые двигатели с осью, с одним двигателем для каждой мощной оси. В этой договоренности одна сторона корпуса двигателя поддерживается простыми подшипниками, которые едут на земле и полированном журнале, который является неотъемлемой частью оси. Другая сторона корпуса имеет выпуклость в форме языка, которая включает в себя подходящий слот в форме грузовика (Bogie), его целью выступать в качестве устройства реакции крутящего момента, а также поддержки. Передача мощности от двигателя на ось осуществляется за счет шестерни , в которой шестерни на валу двигателя включает в себя бычьи шестерни на оси. Обе шестерни заключены в жидко-протяженное корпус, содержащий смазочное масло. Тип обслуживания, в котором используется локомотив, диктует используемое передаточное число. Численно высокие соотношения обычно встречаются на грузовых единицах, тогда как численно низкие соотношения типичны для пассажирских двигателей.

Расположение колеса

локомотив GG1 Электрический

Система нотации Whyte для классификации паровых локомотивов не подходит для описания разнообразия электрических локомотивных расположений, хотя железная дорога Пенсильвания применяла классы на свои электрические локомотивы, как если бы они были парами. Например, класс PRR GG1 указывает, что он расположен как два локомотива класса G 4-6-0 , связанные с спиной к спине.

Система классификации UIC обычно использовалась для электрических локомотивов, так как она могла обрабатывать сложные расположения приводимых и неопровержимых осей и могла различать связанные и несомненные системы привода.

Аккумулятор локомотив

Лондонский подземный батарея -электрический локомотив на станции Вест Хэм, используемый для перевозки инженеров

Аккумулятор -электрический локомотив (или батарея локомотива) питается на бортовых батареях; Вид аккумуляторного электромобиля .

Такие локомотивы используются там, где дизельный или обычный электрический локомотив будет непригодным. Примером являются эксплуатационные поезда на электрифицированных линиях при выключении электроснабжения. Другое использование для локомотивов аккумулятора-на промышленных заведениях (например, заводы взрывчатых веществ, нефтяные и газовые нефтеперерабатывающие заводы или химические фабрики), где локомотив с сильным сгоранием (то есть паровой или дизельный питание ) может вызвать проблему безопасности из-за рисков пожара Взрыв или пары в ограниченном пространстве. Аккумуляторные локомотивы предпочтительны для шахтных железных дорог , где газ может быть зажигается на тележке, подразделениями которые приносят на коллекционную обувь, или где электрическое сопротивление может развиваться в цепях подачи или возврата, особенно на железнодорожных суставах, и обеспечить опасную утечку тока в землю.

Первым электрическим локомотивом, построенным в 1837 году, был локомотив батареи. Он был построен химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина в Шотландии , и он работал на гальванических клетках (батареи). Еще один ранний пример был на медной руднике Kennecott , Маккарти, Аляска , где 1917 год подземные перевозки были расширены, чтобы позволить работать двумя локомотивами аккумулятора. 4 + 1 ~ 2 коротких тонн (4,0 длинных тонн; 4,1 т). В 1928 году Kennecott Copper заказал четыре электрических локомотива серии 700 с батареями. Эти локомотивы весили 85 коротких тонн (76 длинных тонн; 77 т) и работали на проводе троллейбуса 750 вольт с значительным дальнейшим диапазоном, работая на батареях. Локомотивы предоставили несколько десятилетий обслуживания с использованием технологии Nickel -Iron Battery (Edison). Батареи были заменены на свинцовые батареи , а локомотивы были вскоре после этого. Все четыре локомотива были пожертвованы музеям, но один был отменен. Другие можно увидеть на железной дороге Бун и Житняя Долина , штат Айова, а также в Музее Западной железной дороги в Рио -Виста, штат Калифорния.

ранее Транзитная комиссия Торонто работала в Toronto Subway Electric Locomotive, построенный Nippon Sharyo в 1968 году, и ушел в отставку в 2009 году.

London Underground регулярно управляет аккумуляторными локомотивами для общего обслуживания.

По состоянию на 2022 год Аккумуляторные локомотивы с энергетической емкостью 7 и 14 МВтч были заказаны по железнодорожным линиям и находятся в стадии разработки.

Суперконденсаторский хранилище питания

В 2020 году компания Zhuzhou Electric Locomotive , производители хранимых электроэнергетических систем с использованием суперконденсаторов, первоначально разработанных для использования в трамваях , объявили, что они расширяют свою линейку продуктов, включающие локомотивы.

Электрические локомотивы по всему миру

Европа

Ner № 1 , Музей локомоции, Шилдон

FS Class E656 , сформулированный локомотив Bo'-Bo'-Bo ', легче управлять узкими кривыми, часто встречающимися на итальянских железных дорогах

Британский класс 91

Электрификация широко распространена в Европе, с электрическими несколькими единицами, обычно используемыми для пассажирских поездов. Из -за более высоких графиков плотности эксплуатационные расходы являются более доминирующими в отношении затрат на инфраструктуру, чем в США, а электрические локомотивы имеют гораздо более низкие эксплуатационные расходы, чем дизель. Кроме того, правительства были мотивированы на электрифицировать свои железнодорожные сети из -за нехватки угля, возникающих во время первой и второй мировой войны.

Дизельные локомотивы имеют меньшую мощность по сравнению с электрическими локомотивами для того же веса и размеров. Например, 2200 кВт современного британского дизельного локомотива класса 66 класса 66 были сопоставлены в 1927 году с помощью электрического SBB-CFF-FFS AE 4/7 (2300 кВт), что легче. Однако для низких скоростей тяжкие усилия важнее власти. Дизельные двигатели могут быть конкурентоспособными для медленного грузового движения (как это обычное дело в Канаде и США), но не для пассажирских или смешанных пассажирских/грузовых движений, как на многих европейских железнодорожных линиях, особенно там, где должны работать тяжелые грузовые поезда на сравнительно высоких скоростях ( 80 км/ч или более).

Эти факторы привели к высокой степени электрификации в большинстве европейских стран. В некоторых странах, таких как Швейцария, даже электрические шунтеры распространены, а многие частные походки обслуживаются электрическими локомотивами. Во время Второй мировой войны , когда материалы для строительства новых электрических локомотивов не были доступны, швейцарские федеральные железные дороги установили электрические элементы отопления в котлах некоторых паровых шунтеров , питались из накладных расходов, чтобы справиться с нехваткой импортированного угля.

Недавние политические события во многих европейских странах по улучшению общественного транспорта привели к еще одному повышению для электрической тяги. Кроме того, зазоры в неэлектрифицированной дорожке закрыты, чтобы избежать замены электрических локомотивов на дизель для этих разделов. Необходимая модернизация и электрификация этих линий возможны из -за финансирования железнодорожной инфраструктуры государством.

Британские электрические несколько подразделений были впервые введены в 1890 -х годах, а текущие версии обеспечивают общественный транспорт, а также есть ряд классов с электрическими локомотивами, такие как: класс 76 , класс 86 , класс 87 , класс 90 , класс 91 и класс 92 .

Россия и бывший СССР

См. Также: Электрификация железной дороги в Советском Союзе

Советский электрический локомотив VL60 ^п _K (VL60 ^п _к ), c. 1960

Наиболее мощные грузовые электрические локомотивы России: 3ES10 (для 3 кВ, 12 600 кВт) и 4ES5K (за 25 кВ переменного тока, 12 240 кВт)

Россия и другие страны бывшего Советского Союза имеют сочетание 3000 V DC и 25 кВ AC по историческим причинам.

Специальные «соединительные станции» (около 15 над бывшим СССР - Владимир , Мариинск недалеко от Краснойрски и т. Д.) имеют переключаемую проводку от DC на AC. Замена локомотива необходима на этих станциях и выполняется вместе с переключением контактов.

Большинство советских, чешских (СССР заказали пассажирские электрические локомотивы из Шкоды ), российские и украинские локомотивы могут работать только на перемении или в округ Колумбия. Например, VL80 - это машина переменного тока с версией VL10 A DC. Было несколько полупериментальных небольших серий, таких как VL82, которые могли переключаться с AC на DC и использовались в небольших количествах вокруг города Харкив в Украине , где нет станции Junction во многих линиях. Кроме того, новейший российский пассажирский локомотив EP20 и его полуэкспериментальный предшественник EP10 являются двойной системой.

Исторически 3000 V DC использовалось для простоты. Первый экспериментальный трек был в грузинских горах, тогда пригородные зоны самых больших городов были электрифицированы для эмусов - очень выгодна из -за гораздо лучшей динамики такого поезда по сравнению с паровой, что важно для пригородного обслуживания с частыми остановками Полем Затем большая горная линия между UFA и Chelyabinsk была электрифицирована.

В течение некоторого времени электрические железные дороги считались подходящими только для пригородных или горных линий. Примерно в 1950 году было принято решение (согласно легенде, Джозефом Сталином ) о электрифицировании высокопоставленной простых прерий линии Omsk - Новосибирск . После этого электрификация основных железных дорог при 3000 В.К. стала мейнстримом.

25 кВ AC начался в СССР примерно в 1960 году, когда индустрии удалось построить локомотив на основе выпрямителя DC-мотор (все советские и чешские локомотивы AC были такими; только постсоветские переключились на двигатели индукции с электронным управлением). Полем Первой главной линией с Power AC была Mariinsk-Krasnoyarsk-Tayshet-Zima; Линии в Европейской России, как и Москва-Ростов-на-Дон.

В 1990 -х годах некоторые линии постоянного тока были перестроены как AC, чтобы позволить использовать огромный локомотив AC VL85 в размере 10 МВт. Линия вокруг Иркутска - одна из них. Локомотивы DC, освобожденные этим восстановлением, были переведены в Санкт -Петербургский регион.

Транс -сибирская железная дорога была частично электрифицирована с 1929 года, полностью с 2002 года. Система составляет 25 кВ AC 50 Гц после станции соединения Мариинск недалеко от Краснойрска, 3000 В ДК, и веса поезда составляет до 6000 тонн.

Северная Америка

Канада

CN Boxcab Electric Locomotive покидает гору Королевский туннель , в 1989 году

Исторически, Канада использовала различные электрические локомотивы, в первую очередь для перемещения пассажиров и грузов через плохо вентилируемые туннели. Электрические локомотивы, которые использовались в Канаде, включают St. Clair Tunnel Co. Boxcab Electric , CN Boxcab Electric и GMD GF6C . EXO в Монреале управляют ALP-45DP, которые двигатели с двудизельными локомотивами , чтобы локомотивы пересекали плохо вентилируемый гора Королевский туннель . Локомотивы работают в электрическом режиме вдоль всей длины линии Deux-Montagnes и вдоль линии Mascouche между центральной станцией Монреаля и вокзалом-ахюнсисом . Локомотивы работают в дизельном режиме для оставшейся части линии Mascouche и вдоль трех других неэлектрированных линий. Однако при преобразовании Королевского туннеля в основной линии -метро Réseau Express системы метро и постоянного усечения линии Mascouche до агунтской станции , начиная с января 2020 года, локомотивы проводятся исключительно в режиме дизельного топлива.

Подобно США, гибкость дизельных локомотивов и относительно низкая стоимость их инфраструктуры заставили их преобладать, за исключением случаев, когда юридические или эксплуатационные ограничения определяют использование электроэнергии. Приводя к ограниченной электрической железнодорожной инфраструктуре и, как следствие, электрические локомотивы, работающие сегодня в Канаде. По состоянию на 2021 год сегодня существует только один пример, электрические локомотивы GMD SW1200 мг, управляемые железной рудной компанией Канады для небольшой изолированной железной дороги, перевозящей сырую руду из своего шахты Кэрол -Лейк на переработку.

В будущем Toronto Transit планы по управлению парком новых электрических локомотивов в рамках своей региональной экспресс -железнодорожной инициативы . Также изучается возможность использования локомотивов водородных топливных клеток.

Соединенные Штаты

Основная статья: Железнодорожная электрификация в Соединенных Штатах

Siemens ACS-64

Электрические локомотивы используются для пассажирских поездов в между Amtrak северо -восточном коридоре Вашингтоном , округ Колумбия и Бостоном , с филиалом в Гаррисберг, Пенсильвания и на некоторых пригородных железнодорожных линиях. Системы массового транспорта и другие электрифицированные пригородные линии используют электрические несколько единиц , где каждый автомобиль питается. Все остальные пассажирские услуги на расстоянии и, за редкими исключениями , все грузы перевозят дизель-электрическими локомотивами.

В Северной Америке гибкость дизельных локомотивов и относительно низкая стоимость их инфраструктуры заставили их преобладать, за исключением случаев, когда юридические или эксплуатационные ограничения определяют использование электроэнергии. Примером последнего является использование электрических локомотивов Amtrak и пригородными железными дорогами в северо -восточном коридоре . Amtrak и New Jersey Transit Коридор в Нью-Йорке использует электрические локомотивы, в настоящее время ALP-46 , из-за запрета на эксплуатацию дизельного топлива на станции Пенн и в Гудзоне и туннелей ведущих Ист-Ривер. В некоторых других поездах на станции Пенн используются двойные локомотивы, которые также могут работать от мощности третьего уровня в туннелях и станции.

В эпоху пара были электрифицированы некоторые гористые районы, но они были прекращены. Соединение между электрифицированной и неэлектрифицированной территорией является локацией изменений двигателя; Таким образом, поезда северо -восточного коридора, которые простираются к югу от Вашингтона, округ Колумбия, меняют там локомотивы. Поезда северо -восточного коридора, используемые для проведения длительных остановок в Нью -Хейвене, штат Коннектикут , по мере замены локомотивам, задержка, которая способствовала решению электрифицировать Нью -Хейвен в Бостонском сегменте северо -восточного коридора в 2000 году.

Азия

Китай

См. Также: Список локомотивов в Китае § Электрические локомотивы

Две китайские железные дороги HXD3DS перетаскивают пассажирский поезд на дальние расстояния.

Китай имеет более 100 000 километров (62 000 миль) электрифицированной железной дороги. Благодаря большинству пассажирских поездов с туловищами и пассажирными поездами на длинные дистанции, работающие с использованием высокопроизводительных электрических локомотивов, обычно превышающих 7200 киловатт (9700 л.с.) мощности. Тяжелые грузовые перевозки переносятся с очень высокими многофакторными локомотивами, достигающими до 28 800 киловатт (38 600 л.с.) на серии «Шен 24» из шести сечений электрических локомотивов.

Индия

См. Также: Локомотивы Индии § Электрический

Индийские железные дороги WAP-7 Class Electric Locomotive

Все основные электрифицированные маршруты в Индии используют электрификацию накладных расходов на 25 кВ при 50 Гц. По состоянию на март 2017 года индийские железные дороги перевозят 85% грузовых и пассажирских движений с электрическими локомотивами и 45 881 км железнодорожных линий были электрифицированы.

Япония

Японский электрический локомотив EF65

См. Также: Список систем электрификации железной дороги в Японии

Япония приблизилась к полной электрификации в основном из -за относительно коротких расстояний и горной местности, которые делают электрические услуги особенно экономичными инвестициями. Кроме того, сочетание обслуживания грузов к пассажирам гораздо больше относится к обслуживанию пассажиров (даже в сельских районах), чем во многих других странах, и это помогло ввести государственные инвестиции в электрификацию многих отдаленных линий. Тем не менее, эти же факторы заставляют операторов японских железных дорог предпочтение ЭМУ поверх электрических локомотивов. Подавляющее большинство электрических пассажирских услуг в Японии управляется с ЭМУ, опускающими электрические локомотивы в грузы и выбирают услуги на расстоянии.

Австралия

Квинслендские железные дороги 3100/3200 класс

Викторианские железные дороги и правительственные железные дороги Нового Южного Уэльса , которые в начале 20 -го века стали первыми в Австралии и продолжают эксплуатировать В. 1500

В обоих штатах использование электрических локомотивов на основных межбардированных маршрутах оказалось квалифицированным успехом. В Виктории, поскольку линия Гиппсленда была электрифицирована только линия Гиппсленда , экономические преимущества электрической тяги не были полностью реализованы из -за необходимости изменения локомотивов для поездов, которые выходили за пределы электрифицированной сети. Викторианские железные дороги L были отозваны с службы к 1987 году, и электрификация линии Гиппсленда была демонтирована к 2004 году.

Локомотивы класса Нового Южного Уэльса 86, введенные в Новый Южный Уэльс в 1983 году, имели относительно короткий срок службы, потому что стоимость поддержания инфраструктуры, необходимость изменения локомотивов на конечностях электрифицированной сети и более высокие заряды, взимаемые за электроэнергию. Услуги электрифицированная сеть.

Queensland Rail реализовал электрификацию в 1980 -х годах и использует более позднюю технологию AC 25 кВ с около 1000 км узкой сети , которая теперь электрифицирована. Он управляет парком электрических локомотивов для транспортировки угля для экспорта, самый последний из которых 3000 кВт (4020 л.с.) 3300/3400 .

Смотрите также

• Воздушный тормоз (железнодорожный)
• Болдуин-Вестхаус Электрические локомотивы
• Аккумуляторные вагоны
• Коробочка
• Чарльз Графтон Пейдж - Электрический пионер
• Электрическое множественное устройство
• Электрические локомотивы
• Электромобиль батарея
• Эмили Давенпорт - Пионер электрического локомотива
• Heilmann Locomotive
• Гибридный поезд
• Железнодорожные тормоза
• Система электрификации железной дороги
• Трамвай

Источники

• Даффи, Майкл С. (2003). Электрические железные дороги, 1880–1990 . Стивенэйдж, Англия: Институт инженерии и технологий (IET). ISBN  978-0-85296-805-5 .
• Haut, FJG (1952). Ранняя история электрического локомотива . Ричард Типинг для автора. ASIN   B0007JJNNE .
• Haut, FJG (1969). История электрического локомотива . Лондон: Джордж Аллен и Unwin Ltd. ISBN  978-0-04-385042-8 .
• Haut, FJG (1970). Изображенная история электрических локомотивов (1 -е изд.). Публикации дуба. ISBN  978-0-498-07644-2 .
• Haut, FJG (1970). История электрического локомотива, том второй (1 -е изд.). Южный Брансуик, Нью -Джерси: как Barnes & Co. ISBN  978-0-498-02466-5 .
• Haut, FJG (1977). Электрические локомотивы мира . Бартон. ISBN  978-0-85153-256-1 .
• Haut, FJG (1981). История электрического локомотива. Том 2 . Как Barnes & Co. Asin   B000Rawb64 .
• Haut, FJG (1987). История электрического локомотива, вып. 2: Железнодорожные вагоны и промышленный локомотив . Как Barnes & Co. ISBN  978-0-498-02466-5 .

Внешние ссылки

• Электрическая тяга
• Электрические двигатели архивировали 2010-09-25 на The Wayback Machine
• Железнодорожный постукивания по ветру и солнечной энергии