Принцип работы системы электрической тяги

Все преобразования электроэнергии в энергетической цепи 5 — 9 приводят к ее потерям, величина которых может быть оценена с помощью кпд устройств электроснабжения .

Следовательно, до 20 % энергии, выработанной на электростанции, теряется при передаче ее к электрифицированным железным дорогам постоянного тока.

От контактной сети через токоприемник электрический ток напряжением 3 кВ поступает к электрическим аппаратам (ЭА) силовой цепи электровоза и распределяется ими по тяговым электродвигателям 5 постоянного тока. Механическая энергия от якоря ТЭД с помощью тягового редуктора передается на колесные пары 6 и реализуется при взаимодействии колес с рельсами в работу силы тяги (см. рис. 9).

На электрифицированной железной дороге переменного тока на тяговой подстанции происходит лишь понижение напряжения до 27,5 кВ. Однофазный переменный ток 25 кВ от контактной сети поступает на электровоз переменного тока, тяговые электродвигатели которого являются все же машинами постоянного тока.

Поэтому на электровозы такого типа дополнительно устанавливают тяговые трансформаторы и выпрямительные установки, с помощью которых однофазный электрический ток преобразуется в постоянный, а затем электрическими аппаратами силовой цепи распределяется по ТЭД электровоза.

Кпд электровозов с учетом затрат энергии на собственные нужды составляет 80 — 85 %. Перемножив значения кпд основных элементов энергетической цепи электрифицированных железных дорог ТЭС (35 — 36 %), устройств электроснабжения (80 — 85 %), электровоза (80 — 85 %), получим, что среднее значение кпд электрической тяги при электроснабжении от ТЭС может быть равным 23 — 26 % (см. рис. 9,б).

Контактная сеть. Важное место в системах постоянного и переменного тока электрических железных дорог занимает контактная сеть, которая работает на открытом воздухе и подвержена воздействию климатических факторов (температура и другие параметры воздуха, скорость ветра, гололед и др.), механическому воздействию (силы трения скольжения) со стороны токоприемников, а также электрохимическое и тепловое действие тяговых и других токов.

Контактная сеть с контактной подвеской в общем случае может состоять из следующих основных элементов (рис. 10): контактный провод 1, несущий трос 2, опоры 3 сети, консоли 4, изоляторы И, струны 5, усиливающий провод 6 и арматура 7 контактной сети (компенсаторы, анкеры, фиксаторы и др.).

Наиболее ответственным элементом контактной сети является контактный провод 1. На отечественных дорогах применяют контактные провода специального профиля, изготавливаемые из электротехнической меди, с площадью поперечного сечения 75, 100, 120 и 150 мм2. В России контактный провод маркируют буквами и цифрами, указывающими материал, профиль и площадь сечения в мм2 (например, МФ-120 — медный, фасонный, площадь сечения 120 мм2).

В процессе эксплуатационной работы контактные провода из-за механического трения с токоприемниками ЭПС изнашиваются, наблюдаются случаи их пережога и разрыва вследствие искрения и воздействия электрических дуг, возникающих в зоне контакта токоприемников и провода.

электровоз железный дорога тяга

Рис. 10. Общее устройство контактной сети: 1 — контактный провод; 2 несущий трос; 3 — опора сети; 4 — консоли; 5 — струны; 6 — усиливающий провод; 7 — арматура; И — изоляторы; Н — высота подвешивания контактного провода

В результате контактные провода подвергаются ремонту или замене на новые. Зная плотность меди (= 8,96 г/см3), несложно определить массу, например, контактного провода марки МФ-150 длиной 1 км для однопутного пути — 1344 кг. Таким образом, «упрощение» конструкции неавтономных локомотивов по сравнению с автономными видами тяги неизбежно приводит к появлению на железных дорогах достаточно сложной в техническом отношении и дорогостоящей системы.