ЭЛЕКТРОВОЗ, локомотив, предназначенный для перевозки вагонных составов, приводится в действие находящимися на нем электродвигателями. По назначению Э. делятся на пассажирские, товарные, маневровые, промышленные, применяемые на подъездных, заводских и фабричных путях, и рудничные, применяемые в шахтах и рудниках. По источникам получения энергии Э. делятся на контактные, электродвигатели к-рых питаются посредством токоприемника от контактного провода (см. Электрические железные дороги), и аккумуляторные, имеющие для питания своих электродвигателей специальную аккумуляторную батарею. — Для работы Э. используются следующие системы тока и напряжения: а) постоянный ток низкого (250—600 V), среднего (750—1.500 V) и высокого (1.500—3.000 V) напряжения; б) однофазный ток: низкой частоты (16⅔ и 25 пер., 11.000—15.000—22.000 V), нормальной частоты (50 пер., 15.000—22.000 V); в) трехфазный ток (16⅔ и 45—50 пер., 3.000—6.000 V); г) Э. с преобразователями системы тока на самом Э. (см. Электрические железные дороги).
История электровозостроения. Впервые идея использования электричества для движения экипажа возникла в 1834 у Томаса Давенпорта в Америке, к-рый изготовил однако только игрушечный Э. Первые же попытки практического применения Э. нужно отнести к 1838, когда Р. Давинсоном в Англии был построен первый Э. с первичными батареями и с магнитоэлектрическим двигателем. Наиболее успешным и получившим наибольшую известность был Э. Сименс Гальске, построенный для ж. д. на берлинской выставке в 1879. Мощность его была всего 3 л. с. В то же время в Америке Эдисон построил Э. примерно такой же мощности и некоторое время эксплоатировал его на ж. д. Норзерн-Пассифик. В 1882 был построен первый рудничный Э. фирмой Сименс Гальске. Рудничный Э., построенный в 1896, работал вполне успешно до 1913. Уже в 1893 американская фирма Всеобщая компания электричества построила 4-осный Э. постоянного тока, 500 вольт, весом 30 т и мощностью 240 л. с., со скоростью движения 46 км в час. В 1902 был построен первый Э. переменного тока, трехфазный, для итальянских казенных ж. д., мощностью 900 л. с. В 1907 в Америке фирмой «Вестингауз» для ж. д. Нью Гевен—Хартфорт были построены Э. на 11 т. V в контактном проводе, мощностью 960 л. сил. В 1909 в Италии уже работало до 180 шт. 3-фазных Э.; в то же время появились первые Э. однофазного тока на германских и австрийских ж. д. В 1915 были построены уже сверхмощные Э. весом 275 т для ж. д. Норфек—Вестерн и вслед затем в 1917 для ж. д. Чикаго—Мильвоки—Сан-Поль (см. Электрические железные дороги).
В 1932, по данным Американской ассоциации ж. д., имелось всего ок. 3.600 Э. для дорог магистрального значения, из них постоянного тока низкого напряжения ок. 270, постоянного тока высокого напряжения 1.000, переменного тока однофазного 1.300, трехфазного 780, Э. с преобразователями ок. 100 шт. Современные Э. строятся в одной единице до 5.400 л. с., весом до 300 т , причем такие тяговые единицы могут быть соединены вместе в т. наз. совместную тягу и располагать двойной мощностью. Управление двух соединенных между собой Э. производится из одного пункта управления так же просто, как при одном Э.
Особенности Э. по сравнению с другими тяговыми машинами след.: 1) неограниченная мощность Э. — несколько сцепных осей могут быть соединены в тележки под одним Э. Два или три подобных Э. без препятствий и без больших неудобств могут быть соединены для двойной и тройной тяги. Так. обр. первое и самое большое преимущество Э. перед паровозами — это возможность увеличения пропускной способности дороги без прокладки дополнительных путей. 2) Второй особенностью Э. является его гибкость и приспособляемость к условиям работы. 3) Особенностью Э. является его экономическая выгодность: Э. может заменить 2 или 3 паровоза и тем сократить эксплоатационные расходы. Кроме того путем использования районных центральных станций для подачи энергии к электровозам мы избегаем сжигания высокосортного угля или нефти под котлами паровозов, заменяя ценное топливо малоценным или водной энергией. Коэффициент использования топлива, т. е. термический кпд Э., примерно в два раза выше, чем паровоза. — В отношении экономии топлива с Э. может равняться до известной степени лишь тепловоз.
Э. строятся при различных напряжениях и системах тока. О причинах выбора того или иного напряжения и системы тока в Э. см. Электрические железные дороги.
Э. рудничные и промышленные, предназначенные для дорог подъездных и внутризаводских и фабричных, почти исключительно строятся на постоянном токе низкого напряжения или в крайнем случае на среднем напряжении. Аккумуляторные Э. строятся всегда на низкое напряжение от 85 V до 600 V. Особо следует отметить рудничные аккумуляторные Э.; они значительно отличаются от других своими размерами и конструкцией. Эти Э. по весу колеблются от 3 т до 12 т, причем разделяются помимо источника получения энергии на Э. нормальной конструкции и взрывозащитные; последние применяются на всех газовых рудниках и шахтах и имеют конструкцию, безопасную в том отношении, что устраняется опасность взрыва в газовой шахте по причине возможного искрения в аппаратах и машинах Э. Принцип конструкции взрывозащитности заключается в том, что все машины и аппараты, устанавливаемые на Э. совершенно закрытого типа, причем кожух, аппаратов и машин выдерживают взрыв газа внутри этих машин и аппаратов без всякого их повреждения; кроме того все аппараты и машины сконструированы таким образом, что нигде не имеется зазора больше 0,25 мм и ширина между стыками двух поверхностей имеет не менее 25 мм. Взорвавшийся внутри газ без всякого повреждения наружного кожуха может выходить наружу через зазоры и другие отверстия, но, проходя через такие узкие щели, горячий газ охлаждается до температуры, безопасной для взрыва. Такие Э. могут быть конструированы только аккумуляторными, так как от контактного Э. можно ожидать искры между контактным проводом и токоприемником, чего более или менее простой конструкцией невозможно устранить.
В наст. время в системе постоянного тока применяются исключительно тяговые двигатели последовательного возбуждения, т. наз. сериесные тяговые двигатели (см. Двигатель электрический) как наиболее подходящие к условиям ж.-д. работы. В качестве двигателей однофазного тока применяется сериесный двигатель с компенсационными обмотками. — Напряжение на зажимах современных тяговых двигателей однофазного тока невелико и не превосходит 300—600V, что, естественно, при применении высокого напряжения в контактном проводе требует установки понизительного трансформатора с воздушным или масляным охлаждением на самом Э. Выполнение обмотки трансформатора в виде отдельных секций, позволяющих менять напряжение, подводимое к двигателю, дает прекрасное средство для пуска двигателей в ход и получения целого ряда экономических скоростей.
На Э. трехфазного тока применяются асинхронные индукционные двигатели (см. Двигатель электрический). Отсутствие коллектора позволяет питать их при напряжении в 3.000—4.000 V непосредственно от сети без промежуточных трансформаторов. При применении более высоких напряжений (10.000 V) в контактном проводе становится необходимым применение и здесь трансформатора. — Свойство асинхронных трехфазных двигателей сохранять почти неизменным при всех нагрузках число оборотов вызвало необходимость в целях получения нескольких экономических скоростей применения на Э. 2-х двигателей, дающих при каскадном соединении (см.) половинную скорость. Применяют также переключение числа полюсов. Комбинация переключения полюсов с каскадным соединением дает четыре экономических скорости. Передача усилия тягового двигателя ведущим осям может быть выполнена в виде индивидуальных или групповых приводов.
Индивидуальные приводы устраиваются в случае желания передать усилие лишь одной ведущей оси, с к-рой двигатель непосредственно связан. В целях применения более быстроходных двигателей современные индивидуальные приводы выполняются с применением зубчатых передач.
Основным требованием, предъявляемым ко всякого рода приводам, является возможно полная защита тяговых двигателей от ударов, являющихся следствием прохода подвижного состава по неровностям пути, при одновременной постоянной механической связи между двигателями и ведущим колесом. — Рис. 1Рис. 1 При расположении тяговых двигалей на уровне осей локомотива привод выполняется т. о., что с корпусом мотора заодно отливаются и подшипники (рис. 1 и 1 а), через которые проходит ось колесного ската, большое зубчатое колесо укрепляется на оси ската и на него действует малая зубчатка, сидящая на оси двигателя. Рис. 1 аРис. 1 аЗубчатые колеса, в целях лучшей смазки и предохранения от пыли, заключаются в общий кожух, прикрепленный к корпусу мотора при помощи особых приливов (привод этот, введенный Спрегом, применяется и на трамваях). В случае применения моторов большой мощности зубчатая передача устраивается двухсторонней и зубчатые колеса делаются пружинными. — При моторах, расположенных выше оси локомотива и жестко установленных на раме, применяется зубчатая передача в соединении с полым валом (рис. 2). Этот полый вал, несущий на себе большое зубчатое колесо, с одной стороны жестко связан с корпусом мотора, с другой — при помощи муфты эластично связан с колесами ската. Рис. 2Рис. 2 Благодаря такому устройству все толчки от неровностей пути, испытываемые незарессоренными массами, не передаются тяговым двигателем, а вместе с тем передача тягового усилия от мотора к осям остается непрерывной. Привод этот введен Вестингаузом.
Большим распространением гл. образом на скорых Э. пользуется также рычажно-шарнирный привод с зубчатой передачей (рис. 3) (система Бухли). Особенностью этого привода является расположение зубчатых колес вне рамы электровоза, чем достигается лучшее использование места между колесами ската. Малое зубчатое колесо, для эластичности передачи выполненное пружинным, сцепляется с большим и жестко с ним связано при помощи особой стальной рамы, укрепленной на главных рамах Э. Большое же зубчатое колесо соединено с ведущей осью при помощи подвесок B и зубчатых рычагов C.
Рис. 3Рис. 3 Групповые передачи устраиваются в случае необходимости передать усилие одного тягового двигателя нескольким ведущим осям электровоза. Неотъемлемой принадлежностью всякой групповой передачи являются спарники, связывающие между собой отдельные оси. В последнее время групповые передачи б. ч. представляют комбинацию зубчатой передачи со спарниково-шатунной (рисунок 4). Для амортизации толчков, получаемых осями электровоза от неровностей пути при высоко расположенных двигателях, применяется привод спарников через посредство холостого вала, расположенного на уровне осей. Недостатком системы является наличие тяжелого холостого вала. Рис. 4Рис. 4 При передаче усилия от двух двигателей применяются передача при помощи треугольного шатуна, действующего непосредственно на кривошип одной из ведущих осей с амортизирующим приспособлением в виде кулисы, или же особого вида шарнирные четырехугольные рамы, носящие название рам Кандо или Бианки, по имени их изобретателей.
Рамы Э. подобно паровозным выполняются листовыми или брусковыми; иногда применяются литые рамы. Внутренние рамы применяются при всякого рода групповых передачах и при передаче системы Бухли; наружные рамы — при индивидуальных передачах. Для облегчения движения многоосных Э. на кривых обычно применяется расположение осей Э. в двух- и трехосных тележках. Рама Э. опирается на тележки при помощи шкворней и подушек. Во избежание передачи тяговых усилий через шкворни отдельные тележки в мощных Э. взаимно связываются шарнирами. Широко применяются также бегунки вне оси, в особенности в пассажирских Э. Рис. 5Рис. 5 Кроме Э. с жесткими рамами иногда устраиваются двойные Э. с шарнирной рамой. Шарнир может заменяться особой сцепкой, чтобы каждая половина Э. могла работать самостоятельно с кабиной управления с одной стороны.
Кузов Э. — металлический из железных листов толщиною 3—5 мм, с остовом из уголкового железа. Крыша, снабженная большими люками, делается из освинцованного железа.
Внешний вид Э. имеет много общего с видом обыкновенного вагона (рис. 5 и 6). Все машины и аппараты высокого напряжения, а также тяговые двигатели, при верхней зубчатой и шатунной передачах, располагаются в средней части кузова — машинном отделении. По обоим концам кузова располагаются кабины машиниста. По бокам машинного отделения внутри кузова устраиваются узкие коридоры для сообщения одной кабины с другой. В некоторых случаях, когда это позволяют размеры размещаемых внутри Э. машин и приборов, кузов имеет пониженные концы, устраиваемые с таким расчетом, чтобы видимость пути из кабин, расположенных в средней части, была удовлетворительной.
Большая мощность тяговых двигателей и высокое напряжение в контактном проводе не позволяют применять на современных Э. непосредственное управление тяговыми двигателями при помощи приборов контроллерного типа (см. Контроллер). Рис. 6Рис. 6 В силу этого, а также и в целях безопасности обслуживающего персонала, управление Э. производится током низкого напряжения (50—120 V), вырабатываемым на Э. в преобразователе моторгенераторного типа. — В этом случае все необходимые при работе Э. переключения моторов и пусковых сопротивлений или ступеней трансформатора производятся при помощи целого ряда специальных выключателей, т. н. контакторов, замыкание и размыкание которых производится при помощи соленоидов, обтекаемых током управления (рис. 7). Возбуждение соленоидов, а следовательно включение и выключение контакторов, производится при помощи небольших размеров контроллеров, позволяющих посылать ток управления в тот или иной соленоид контактора и именно в той последовательности, к-рая соответствует правильной работе Э.
В целях уменьшения силы тока управления и получения надежного и энергичного действия контактора применяют так называемые электропневматические контакторы (рис. 8), где выпуском или впуском сжатого воздуха в цилиндр контактора замыкается и размыкается цепь тока. Рис. 7, 8 и 9Рис. 7, 8 и 9Применяются также групповые системы управления, в которых включение контакторов производится при помощи вращающегося кулачкового вала (рис. 9), замыкающего их в известной последовательности по мере поворота. — Новейшие Э. оборудуются по преимуществу индивидуальными электропневматическими системами как дающими более быстрое и четкое замыкание отдельных контакторов.
Для снимания тока с контактного провода на Э. применяются токособиратели, т. наз. пантографы (рис. 10), в виде шарнирных пятиугольных рам из легких стальных трубок, снабженных вверху токоснимающей частью в виде легкой алюминиевой дужки при однофазном токе и стальных полозьев, покрытых медными накладками, при постоянном токе. Рис. 10Рис. 10 Подъем и опускание пантографа производятся помощью сжатого воздуха, выпускаемого в цилиндр, лежащий на уровне главных осей. Подъемная часть пантографа располагается на раме из углового железа, опирающегося на изоляторы. В случае токоснимания по третьему рельсу токособиратели устраиваются в виде железных башмаков, укрепленных на раме Э.
Для защиты оборудования Э. от атмосферных разрядов, перенапряжений и чрезмерных сил тока применяют громоотводы, индукционные катушки и максимальные автоматы, выполняемые при постоянном токе в виде быстродействующих выключателей, а при переменном токе в виде масляных выключателей.
Вспомогательными машинами Э. являются: 1) вентиляторы для охлаждения тяговых двигателей и трансформаторов; 2) моторкомпрессоры для получения сжатого воздуха; 3) моторгенераторы для получения тока низкого напряжения, обслуживающего цепь управления, освещения, и т. п. — Отопление Э. производится электрическими печами, устанавливаемыми только в кабинах машиниста; иногда на Э. устанавливается небольшой паровой котел для отопления вагонов пассажирских поездов. — Чрезвычайно важным свойством Э. является то, что на больших уклонах он может возвращать энергию в сеть [рекуперация электрической энергии (см. Электрические железные дороги)].
Э. работают не только на магистральных дорогах, но нашли также самое широкое применение на промышленных и рудничных дорогах. На последних применяются двухосные Э. простейшего типа, сцепным весом от 2 до 10 т, как с питанием от верхнего привода, так и аккумуляторные (в газовых шахтах); в промышленном транспорте пользуются 2- и 4-осными Э., сцепным весом от 15 т до 70 т. В СССР Э. строятся заводами «Динамо» (электрическая часть), Коломенским и «Пароремонтом».
Лит. см. Электрические железные дороги.