Электропоезд
ЭЛЕКТРОПОЕЗД - железнодорожный пассажирский поезд, сформированный из моторных вагонов и прицепных вагонов мотор-вагонной тяги. Моторные вагоны получают электроэнергию от тяговой сети через токоприемник либо от собственных аккумуляторов (на магистральных ж. д.) или от контактного рельса (на линиях метрополитена).
История появления
Первые пригородные электропоезда на отечественных железных дорогах начали эксплуатироваться в 1929 г. на участке Москва-Мытищи протяженностью 17,7 км, где использовался сначала постоянный ток напряжением 1,5 кВ, а в дальнейшем постоянный ток напряжением 3 кВ. Первый электропоезд метрополитена появился в Москве в 1935 г.
Вагоны электропоездов строил Мытищинский машиностроительный завод (механическая часть) и Московский электромашиностроительный завод «Динамо» (электрическая часть). С 1947 г. механическая часть пригородных электропоездов строилась Рижским вагоностроительным заводом (РВЗ), а электрическая – Рижским электромашиностроительным заводом (РЭЗ). Прицепные вагоны пригородных электропоездов строились Калининским вагоностроительным заводом.
В 1993 г. началось производство пригородных электропоездов постоянного тока ЭД2Т на Демиховском машиностроительном заводе (ДМЗ) и ЭТ2 на Торжокском вагоностроительном заводе (ТВЗ) с электрооборудованием поставки Рижского электромашиностроительного завода. В 1996-1999 гг. построены пригородные электропоезда постоянного тока ЭД4, ЭД4М и ЭТ2М с электрооборудованием, изготовленным на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ).
В 1995 г. на ДМЗ построен электропоезд переменного тока ЭД9Т с электрооборудованием поставки РЭЗ, а в 2000 г.- электропоезд ЭД9Т с электрооборудованием производства предприятий России (головное предприятие по разработке и изготовлению завод «Электросила»). В 1999 г. на ДМЗ построены междугородные электропоезда повышенной комфортности – ЭД4МК, на ТВЗ -электропоезд ЭТ2Л. Созданы опытные образцы электропоездов нового поколения, оборудованные асинхронными тяговыми двигателями. В 1999 г. на ТВЗ изготовлен опытный четырехвагонный электропоезд постоянного тока ЭТ2А с рекуперативно-реостатным торможением и на НЭВЗ – опытный пятивагонный электропоезд переменного тока ЭНЗ с рекуперативным торможением. На электропоездах ЭТ2А и ЭАЗ применены силовые статические преобразователи на тиристорах и диодах отечественного производства, содержащие трехфазные автономные инверторы тока в цепи асинхронных тяговых двигателей. В 2001 г. на ДМЗ изготовлен опытный шестивагонный электропоезд постоянного тока ЭДб. Вагоны выполнены с кузовами из нержавеющей стали, с новыми тележками; использованы автономные инверторы напряжения в цепи асинхронных тяговых двигателей и преобразователи для питания устройств и оборудования собственных нужд, выполненные на силовых транзисторах; применены микропроцессорные системы управления, контроля и диагностики.
Первый 14-вагонный скоростной электропоезд постоянного тока ЭР200 с конструкционной скоростью 200 км/ч построен в 1973 г. на Рижском вагоностроительном заводе с поставкой электрооборудования РЭЗ. На линии Москва-Санкт-Петербург эксплуатируются два электропоезда ЭР200. В 1999 г. по проекту Центрального конструкторского бюро морской техники (ЦКБ МТ) «Рубин» на заводе «Трансмаш» (г. Тихвин) построен двух-системный высокоскоростной опытный б-вагонный электропоезд «Сокол» на напряжение 3 кВ постоянного тока и 25 кВ переменного тока частотой 50 Гц (конструкционная скорость 250 км/ч).
Классификация
В зависимости от назначения различают электропоезда метрополитенов и городские, следующие на расстояния до 60 км, пригородные – до 150 км и местные – до 700 км. Конструкционная скорость электропоездов метрополитенов и городских составляет 80-100 км/ч, пригородных – 100-140 км/ч, местных – до 160 км/ч на обычных магистральных линиях, до 250 км/ч на скоростных линиях и до 350 км/ч на специализированных высокоскоростных линиях.
В соответствии с принятыми системами электрической тяги различают электропоезда по роду тока: постоянного, переменного тока двухсистемные, а также многосистемные. На магистральных железных дорогах России эксплуатируются электропоезда с номинальным напряжением на токоприемнике 3 кВ постоянного тока, 25 кВ переменного тока частотой 50 Гц. За рубежом на магистральных железных дорогах, кроме того, работают электропоезда постоянного тока напряжением 1,5 кВ, переменного тока напряжением 15 кВ частотой 162/3 Гц, а также многосистемные электропоезда различных исполнений. Например, во Франции применяются пригородные и высокоскоростные двухсистемные электропоезда напряжением 25 кВ частотой 50 Гц и 1,5 кВ постоянного тока. В Испании на электрифицированных линиях 25 кВ частотой 50 Гц и 3 кВ постоянного тока эксплуатируется двух-системный электропоезд ABE (AVE). Между континентом и Великобританией через тоннель под проливом Ла-Манш курсирует четырехсистемный электропоезд «Евростар» (напряжением переменного тока 25 кВ частотой 50 Гц, 1,5 и 3 кВ постоянного тока с питанием от контактной сети и 750 В постоянного тока с питанием от контактного рельса). В Германии разработан высокоскоростной электропоезд ИСЭ-М (ICE-M) в различных исполнениях, в т. ч. четырехсистемном (15 кВ, 1б2/3 Гц и 25 кВ, 50 Гц переменного тока; 1,5 кВ и 3 кВ постоянного тока).
Электроснабжение электропоездов метрополитена осуществляется обычно от контактного (третьего) рельса или от контактной сети. Используется постоянный ток напряжением 600-800 В или 1500 В. Номинальное напряжение электропоездов отечественных метрополитенов составляет 750 В постоянного тока. За рубежом в отдельных городах электропоезда движутся на наземных участках с поднятыми токоприемниками, а при въезде в тоннель питание переключается машинистом на третий рельс.
Обозначения
Для магистральных электропоездов России приняты следующие обозначения: первая буква Э – электропоезд, вторая буква (заглавная) – завод-изготовитель (Р – Рижский вагоностроительный завод, Д – Демиховский машиностроительный завод, Т – Торжокский вагоностроительный завод, Н – Новочеркасский электровозостроительный завод, М – Московский локомотиво-ремонтный завод), одна, две или три цифры – типоисполнение электропоезда. Последующие одна или две буквы указывают модификацию электропоезда: Т – с электрическим торможением (реостатное или рекуперативно-реостатное), Р – с рекуперативно-реостатным; М – модернизированный, К – повышенной комфортности, Л – люкс, П – с подвагонным расположением выпрямительных установок, Е – с естественным охлаждением электрооборудования набегающим потоком воздуха при движении электропоезда (выпрямительной установки, тягового трансформатора и реактора), А – с асинхронными тяговыми двигателями (см. таблицу).
Для электропоездов, эксплуатируемых на ж. д. СНГ, принято указывать составность: число и типы вагонов. Цифрами указывают количество вагонов и их групп, а буквами -вид вагонов: М – моторный (оборудованный тяговыми электродвигателями), МТ -моторный с токоприемником, П – прицепной (без тяговых двигателей), Птр – прицепной (с трансформатором), Г – головной прицепной с кабиной управления, Гм – головной моторный; к – количество вагонов и их групп в составе электропоезда. Принята следующая основная составность электропоездов. Для пригородных электропоездов: 2Г + 5М + ЗП-ЭР1, ЭР2, ЭР9, ЭР9П, ЭР9М, ЭР9Е, ЭР9Т, ЭД2Т, ЭД4, ЭД4М, ЭТ2, ЭТ2М, ЭД9Т; 2(Гм + 2П + Гм)-ЭР22; 2Г + 5М + 4П-ЭД6; 2(2Г+2М + П)-ЭНЗ. Для скоростных поездов: 2Г + к(МТ + М), к = б (в эксплуатации 3 и 4) – ЭР-200; к(Г + М + Птр) + к(П + М + Птр); к = 2 – электропоезд «Сокол». Для вагонов метрополитена: кхМ – вагоны серии Г, Д, Е; 2Гм + кхМ, к = б – вагоны серии 81-717/81-714.
Каждый вагон пригородного электропоезда имеет нумерацию, состоящую из последовательно записанных номера электропоезда и двузначного номера вагона. При 12-вагонном электропоезде моторные вагоны обозначены: 02, 04, 06, 08, 10, 12; головные – 01, 09; прицепные – 03, 05, 07, 11.
Устройство
Вагоны имеют механическое, пневматическое и электрическое оборудование. К механическому оборудованию относятся кузов, тележки и тягово-сцепные приборы; к пневматическому оборудованию – пневматические аппараты и приборы тормозной системы, краны, резервуары, звуковые сигналы, стеклоочистители и т. п.; к электрическому оборудованию – токоприемники, коммутационно-защитная и пускорегулирующая аппаратура, тяговые электродвигатели, тяговые трансформаторы и выпрямительные установки (на электропоездах переменного тока), вспомогательные машины, системы обеспечения комфорта (освещение, вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха) и т.д. Кузов электропоезда выполнен цель-нонесущим. Применяют для облегчения при изготовлении каркаса нержавеющую сталь или алюминий, различные профили. Используется обычно тяговая передача второго класса с расположением тягового электродвигателя и редуктора на раме тележки. На высокоскоростных электропоездах ТЖВ (Франция) и ИСЭ (Германия) применяют тяговую передачу третьего класса с размещением тягового электродвигателя и редуктора на раме кузова. Планировка вагонов электропоездов определяется их назначением и климатическим исполнением. В вагоне метрополитена предусмотрены с каждой стороны четыре входные двери шириной 1300 мм, расположение мест для сидения – вдоль вагона, большая свободная площадь для стоящих пассажиров. Пригородные электропоезда магистральных ж. д. России рассчитаны для эксплуатации на участках, оборудованных высокими и низкими платформами. Вагоны имеют по две входные двери шириной 1250 мм (электропоезда серий ЭД и ЭН) и 980 мм (серий ЭР и ЭТ), тамбуры по концам вагона, открытый салон с расположенными поперек вагона местами для сидения по схеме 3 + 3, багажные полки. Тамбуры и часть площади пассажирского салона оставляют свободными для стоящих пассажиров. Передний и задний вагоны электропоезда имеют кабины машиниста, в каждой из которых находится пульт управления. Вагон скоростного и местного электропоезда оборудован мягкими креслами для сидения, имеет помимо багажных полок специальное отделение для багажа, гардероб для верхней одежды, купе проводника и т. п. Некоторые вагоны оборудуют барами-буфетами с подсобными помещениями, междугородными телефонами-автоматами и т. п.
Обычно применяются электропоезда с моторвагонной тягой. При моторвагонной тяге силовое оборудование распределено по длине электропоезда под кузовом и на крыше моторных вагонов, используемых для перевозки пассажиров. Вследствие коротких перегонов и большой интенсивности движения в пригородных зонах электропоезд с моторвагонной тягой должен обеспечивать высокие ускорения и замедления, что необходимо для реализации высоких участковых скоростей на коротких перегонах (средняя длина для электропоездов постоянного тока 3,0 км и для электропоездов переменного тока -3,5 км). Электропоезд должен иметь также достаточную конструкционную скорость для реализации высоких участковых скоростей на длинных перегонах и при безостановочном движении с обеспечением возможно меньших расходов электроэнергии и тормозных колодок.
На электропоездах с электровозной тягой все силовое оборудование размещено в головных моторных вагонах, выполненных как электровозы без пассажирских салонов. Такие электропоезда применяют на участках, где не требуются высокие ускорения и замедления (например, высокоскоростные электропоезда ТЖВ, ИСЭ-1, ИСЭ-2, ABE, а также пригородный электропоезд ЭД1 для участков с неинтенсивным движением).
Для пуска, регулирования скорости в режимах тяги и торможения, изменения направления движения электропоезда выполняют переключения в силовых цепях с помощью аппаратов, приводимых в действие машинистом или системой автоведения через промежуточные аппараты цепей управления. Для этого используют электронные приборы и аппараты с электромагнитным и электропневматическим приводом. На российских серийных электропоездах постоянного и переменного тока устанавливают коллекторные тяговые электродвигатели постоянного и пульсирующего тока соответственно.
Регулирование скорости электропоезда осуществляют следующими способами. На электропоездах постоянного тока изменяют напряжение на зажимах тяговых электродвигателей с помощью пусковых резисторов, включенных последовательно с электродвигателями; переключают электродвигатели на различные соединения (последовательное, последовательно-параллельное); производят регулирование тока возбуждения либо используют плавное тиристорное импульсное регулирование напряжения на зажимах обмоток электродвигателей. На электропоездах переменного тока скорость регулируют изменением числа витков вторичной обмотки тягового трансформатора, а также напряжения с помощью тиристорного преобразователя либо изменением силы тока возбуждения. На электропоездах с бесколлекторными тяговыми электродвигателями скорость регулируют изменением частоты тока и питающего напряжения с помощью полупроводниковых преобразователей и систем автоматического регулирования. На всех электропоездах предусматривают их эксплуатацию по системе многих единиц.