Устройство электропоездов

На электропоездах устанавливают тяговые двигатели постоянного тока с питанием от контактной сети напряжением 3000 В и двигатели пульсирующего тока, питающиеся через преобразователи от контактной сети напряжением 25 000 В. Тяговые двигатели имеют последовательное возбуждение. Мощность тяговых двигателей электропоездов значи­тельно ниже, чем двигателей электровозов, и в часовом режиме составляет 200 кВт. На каждом моторном вагоне установлено по четыре тяговых двигателя и, следовательно, десятивагонный электропоезд приводят в движение тяговые двигатели общей мощностью 4000 кВт.
Сравнительно небольшая мощность тяговых двигателей и специфика режима работы электропоездов позволяют применить систему самовентиляции; вентилятор устанавливают на валу двигателя. При самовентиляции внутри двигателя создается разрежение, которое способствует проникновению пыли и снега внутрь двигателя. Поэтому на электропоездах забор воздуха осуществляется в верхней части кузова вагона. Воздух проходит через очистительные фильтры и отстойные камеры, а затем через гибкие патрубки, которые соединяются с тяговыми двигателями. При разгоне электропоезда в течение некоторого времени тяговые двигатели работают с током, большим номинального (продолжительного режима) значения. Скорость движения и расход воздуха невелики, что вызывает быстрый нагрев обмоток двигателя. Затем почти во всех случаях происходит движение электропоезда в режиме выбега с достаточно высокой скоростью и торможение. Температура тягового двигателя к очередному пуску после стоянки успевает значительно снизиться.
Пуск тяговых двигателей электропоездов постоянного тока производится при включенном пусковом реостате на последовательном соединении тяговых двигателей моторного вагона с последующим переходом на последовательно-параллельное соединение (по два двигателя в каждой цепи). Напомним, что для электровозов такое соединение условно считают параллельным. При таком способе пуска потери электроэнергии в пусковых реостатах моторного вагона снижаются до 33% всей энергии, затраченной на пуск, вместо 50%, если бы пуск производился без перегруппировки тяговых двигателей. Это очень важно в условиях пригородного движения со сравнительно частыми остановками и пусками электропоездов.
Переход с одного соединения двигателей на другое осуществляется по мостовой схеме. Как и на электровозах, для увеличения числа скоростных характеристик в электропоездах используется ослабление возбуждения. Обычно применяют две его ступени. Направление движения изменяют, переключая обмотки возбуждения.
На электропоездах переменного тока ЭР9 всех индексов к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме подключена выпрямительная установка, собранная из кремниевых диодов; она питает пульсирующим током тяговые двигатели. Тяговые двигатели соединены постоянно в две параллельные группы: по два последовательно в каждой группе. Для регулирования подводимого напряжения и, следовательно, скорости движения вторичная обмотка трансформатора имеет восемь секций с одинаковыми напряжениями в каждой секции; напряжение каждой секции вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе составляет 276 В. Следовательно, максимальное напряжение вторичной обмотки равно 276-8= 2208 В. В силовую цепь электропоездов, помимо тяговых двигателей, входят в основном те же аппараты, что и на электровозах,— токоприемники, реверсоры, аппараты защиты и т. п. Работой аппаратов силовой цепи управляют с помощью контроллеров машиниста. Но, в отличие от электровозов, необходимые переключения при пуске, разгоне и движении осуществляются автоматически. Применение автоматического управления стало возможным, потому что в отличие от поезда с электрическим локомотивом в голове, где масса состава может изменяться в больших пределах, масса электропоезда определяется в основном тарой вагонов, т. е. практически постоянна. Автоматические переключения происходят под контролем реле ускорения, которое срабатывает в зависимости от значения тягового тока.
Основным групповым аппаратом, производящим все переключения в силовой цепи моторного вагона ЭР2, служит реостатный контроллер, в электро­поездах ЭР9 — главный контроллер.
Главная рукоятка контроллера машиниста, с помощью которого управляют работой тяговых двигателей, имеет только четыре положения вместо более трех десятков на электровозах. При постановке ее в положение I реостатный контроллер под контролем реле ускорения, поворачиваясь и производя соответствующие переключения, выводит из цепи управления ступени пускового реостата при последовательном соединении тяговых двигателей. В положении II главной рукоятки контроллера машиниста включается первая, а затем автоматически вторая ступень ослабления возбуждения. Положение III главной рукоятки контроллера соответствует параллельному соединению двигателей. Все необходимые переключения также осуществляются под контролем реле ускорения. Если главная рукоятка контроллера машиниста установлена в положение IV, производится дальнейший разгон электропоезда, так как автоматически поочередно включаются две позиции ослабления возбуждения. Кроме того, главная рукоятка контроллера машиниста имеет маневровое положение, в котором при включенном пусковом реостате и последовательно соединенных двигателях электропоезд перемещается с низкой скоростью.
Столько же положений имеет главная рукоятка контроллера машиниста электропоездов ЭР9. В зависимости от ее положения под контролем реле ускорения поворачивается вал главного контроллера. В результате изменяется число подключенных к выпрямительной установке секций вторичной обмотки трансформатора, а также ступеней ослабления возбуждения.
Защита силовых цепей электропоездов аналогична защите таких цепей на электровозах: начиная от быстродействующего или главного выключателя и кончая защитой от радиопомех. Для предохранения буксовых подшиников колесных пар от электрокоррозии устанавливают по два заземляющих устройства на каждую тележку моторного вагона.
Для обеспечения работы электропоездов устанавливают вспомогательные машины: мотор-компрессоры, мотор-генераторы, мотор-вентиляторы, электро­насосы для циркуляции охлаждающего масла в тяговом трансформаторе моторных вагонов ЭР9, расщепитель фаз и др.
В отличие от электровозов двигатели мотор-компрессоров электропоездов постоянного тока работают при номинальном напряжении 1,5 кВ. Для получения напряжения 1,5 кВ устанавливают специальную машину постоянного тока, называемую делителем напряжения.
Все тележки моторных и прицепных вагонов являются двухосными с двойным рессорным подвешиванием. Первая ступень рессорного подвешивания расположена в буксовом узле и называется надбуксовым подвешиванием, а вторая, расположенная в центре тележки,— центральным подвешиванием. В рессорном подвешивании применены только цилиндрические пружины. Листовые рессоры не применяют, поскольку они обладают значительным внутренним трением между листами. При движении электропоезда возникают высокочастотные колебания, которые не гасятся листовыми рессорами. Эти колебания передаются вагону в виде шума, тряски, вибрации. Цилиндрические же пружины, не имея внутреннего трения, обеспечивают вагону плавный и бесшумный ход. В устройстве тележек предусмотрены и другие дополнительные гасители колебаний.
Колесные пары моторных и прицепных вагонов электропоездов имеют разную конструкцию. Колесная пара моторного вагона, как и на электровозе, состоит из колесных центров, на которые насаживают бандажи. На них имеется также подшипниковый узел редуктора. Колесная пара прицепного вагона состоит только из оси и двух цельнокатаных колес.
На электропоездах ЭР2 и ЭР9П (М, Е) применено рамное подвешивание тяговых двигателей. Тяговый привод односторонний, состоит из большого цилиндрического прямозубого колеса и шестерни, которые заключены в литой корпус, обеспечивающий неизменную централь, и эластичной муфты. Эластичная муфта передает вращающий момент от двигателя к зубчатой передаче и компенсирует несоосность валов двигателя и шестерни, возникающую в результате взаимного перемещения полностью подрессоренного двигателя и неподрессо-ренной колесной пары при движении вагона.
Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСН) и поездной автостоп, обновленные в головных вагонах электропоездов, повышают безопасность движения, способствуют повышению пропускной способности железных дорог. Устройства АЛСН допускают проследование желтого огня путевого светофора со скоростью не более 60 км/ч. Когда на локомотивном светофоре горит красный огонь, скорость не должна превышать 20 км/ч. При превышении указанных скоростей движения сработает автостоп и произойдет принудительная остановка электропоезда, предотвратить которую машинист уже не может. Основным прибором автостопа является электропневматический клапан, связывающий электрическую часть с пневматической тормозной системой электропоезда.
Оборудование электропоездов в основном располагают под кузовами вагонов. Под кузовом моторного вагона на электропоезде постоянного тока располагают пусковые реостаты, резисторы ослабления возбуждения, индуктивные шунты, быстродействующий выключатель и др. На крыше устанавливают токоприемник, устройство для защиты от радиопомех, разрядники, опорные изоляторы с соединяющей шиной для параллельной работы токоприемников электропоезда. В лобовой части вагона устроены два шкафа: один для высоковольтных аппаратов (реле ускорения, счетчик, амперметр и т.д.), другой — для низковольтной аппаратуры.
В головном и прицепном вагонах под кузовом установлены аккумуляторная батарея, мотор-компрессор, генератор управления и другое оборудование. Головной вагон имеет кабину машиниста с аппаратами, необходимыми для управления электропоездом.
В электропоездах ЭР9П(М, Е) также основное оборудование расположено под вагонами, в том числе тяговый трансформатор, сглаживающие реакторы и др. Главный выключатель установлен на крыше моторного вагона.