Электровоз ВЛ86ф

ВЛ86Ф — опытный магистральный двухсекционный электровоз переменного тока, созданный в СССР. Индекс «Ф» означает фазовая передача тока. На момент выпуска (1985 г.) это был самый мощный электровоз в мире и вершина советского локомотивостроения.
 

• 1Техническое описание
• 2Основные сведения
• 3Конструктивные особенности
• 4Технические характеристики
• 5История создания и испытаний
• 6Судьба локомотива
• 7Значение

Техническое описание

Переход от коллекторных машин к бесколлекторным при одновременной замене контакторных систем бесконтактным электронным оборудованием позволяет резко снизить объем ремонта локомотива и трудовых затрат по уходу за ним. Кроме того, электронное оборудование, как показывает опыт создания электровозов ВЛ80Р и ВЛ85, позволяет применять более рациональные технические решения при автоматизации процессов управления локомотивом и легче получать заданные характеристики в режимах тяги и торможения. Однако отсутствие силовых электронных преобразователей и электронного оборудования для систем управления, отвечающих не только по своим параметрам, но и по надежности условиям работы на локомотивах, не позволяли долгое время создать электровозы с бесконтактными электрическими машинами и аппаратами, имеющие более высокие технико-экономические показатели по сравнению с электровозами с контактной аппаратурой и коллекторными тяговыми электродвигателями. Построенный в 1971 г. НЭВЗом опытный восьмиосный грузовой электровоз В Л80 -751 с асинхронными тяговыми электродвигателями из-за несовершенства электронной элементной базы того времени, а также низких удельных технических показателей конденсаторов не смог реализовать заданные тяговые характеристики. Дальнейшее совершенствование электронных приборов позволило в начале 80-х годов вновь вернуться к работам по созданию электровозов с асинхронными тяговыми электродвигателями. В соответствии с программой Государственного комитета по науке и технике ВЭлНИИ, НЭВЗ и ряд других научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций в течение одиннадцатой пятилетки вели разработки двух вариантов двенадцатиосных грузовых электровозов с асинхронными тяговыми электродвигателями. Один из вариантов после выполнения рабочего проекта был завершен в конце 1985 г. постройки НЭВЗом совместно с финской фирмой «Кюми-Стрёмберг» опытного электровоза ВЛ86ф-001 (рис. 13 и 14).

Механическая часть этого электровоза выполнена по типу механической части электровоза ВЛ85 с изменениями отдельных узлов, связанными с применением на локомотиве другого оборудования и иного его размещения. Сохранена опорно-осевая подвеска тяговых электродвигателей, применена двусторонняя зубчатая передача; передаточное число редуктора 88:21=4,19.

На каждой секции электровоза установлен трансформатор ОНДЦЭ-10 000/25-83 УХЛ2, имеющий шесть тяговых обмоток для питания преобразователей и обмотку собственных нужд. Номинальное напряжение на тяговых обмотках 830 В, на обмотке собственных нужд 397 В, на ее отпайке 216 В.

От трансформатора через три преобразовательные установки (по одной на тележку) получают питание тяговые электродвигатели. Преобразователи однофазного тока частотой 50 Гц в трехфазный ток переменных частоты и напряжения выполнены аналогично преобразователям электровозов Е120 с асинхронными тяговыми двигателями, построенных фирмой ВВС для железных дорог ФРГ. Каждый преобразователь имеет по два четырехквадрантных устройства (по одному выпрямителю с широтно-импульсной модуляцией на тяговый электродвигатель), работающих на общий емкостный фильтр. После промежуточного звена постоянного тока происходит инвертирование постоянного тока по методу широтно-импульсной модуляции в трехфазный ток с плавным изменением частоты и напряжения. Преобразовательные установки охлаждаются жидкостью (силиконовое масло), тепло от которой отбирается прогоняемым вентиляторами через радиаторы воздухом.

Для опытного электровоза НЭВЗом были изготовлены трехфазные короткозамкнутые тяговые электродвигатели НБ-607, выполненные по типу электродвигателей НБ-602, установленных на электровозе ВЛ80а-751. В процессе работы над электродвигателем НБ-607 первоначально были проведены необходимые исследования на электродвигателях НБ-602Ф (модификация НБ-602). Электродвигатели НБ-607 при напряжении 1300 В, частоте тока 45 Гц и расходе охлаждающего воздуха 100 м3/мин имеют мощность режимов: часового 950 кВт, продолжительного 900 кВт и частоту вращения ротора при продолжительном режиме 890 об/мин. Обмотки электродвигателя соединены по схеме «звезда» без нулевого вывода. Масса электродвигателя 4060 кг.

Управление электровозом осуществляется с помощью контроллера машиниста, имеющего главную (штурвал), реверсивно-режимную рукоятку и рукоятку скорости. С валами главной рукоятки и рукоятки скорости механически связаны потенциометры. Напряжение на выводах потенциометра главной рукоятки пропорционально углу ее поворота. Это напряжение подается на преобразователь напряжение — частота (инвертор), чем задается необходимая нагрузка. Изменением напряжения на потенциометре рукоятки скорости задается скорость движения электровоза. Если машинист выбирает нагрузку меньше необходимой для заданной скорости, то эта скорость не будет достигнута.

Электрическое оборудование электровоза рассчитано на применение рекуперативного торможения и управление двумя электровозами по системе многих единиц.

Вентиляторы трансформатора и тяговых электродвигателей, а также компрессоры приводятся трехфазными электродвигателями АНЭ-225Ь4-УХЛ2, получающими питание через фазорасщепитель (такой же электродвигатель). Для привода вентиляторов и масляных насосов преобразовательных установок использованы трехфазные асинхронные электродвигатели HXVR/B-365A1 фирмы «Кюми-Стрёмберг». Аккумуляторная батарея 42КН-125 заряжается от статического преобразователя Масса электровоза 300 т (нагрузка от колесной пары на рельсы 25 тс); конструкционная скорость 110 км/ч, сила тяги при скорости 50 км/ч 804 кН (82 000 кгс) при часовом режиме; 765 кН (78 000 кгс) при продолжительном режиме; при конструкционной скорости 343 кН (35 000 кгс).

Основные сведения

Страна постройки: СССР.

Завод‑изготовитель: Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ).

Год постройки: 1985.

Единственный экземпляр: ВЛ86Ф‑001.

Род службы: грузовой.

Род тока и напряжение: переменный, 25 кВ, 50 Гц.

Конструктивные особенности

Асинхронные тяговые двигатели НБ‑607 (в отличие от коллекторных у большинства советских электровозов).

Система регулирования на базе четырёхквадрантных преобразователей (4qS) — передовая для своего времени технология, совмещающая функции выпрямителя и трёхфазного инвертора.

Механическая часть выполнена по типу ВЛ85, но с изменёнными узлами и иным расположением оборудования.

Опорно‑осевая подвеска тяговых двигателей сохранена.

Двусторонняя зубчатая передача с передаточным отношением 21 : 88 (≈ 4,19).

Технические характеристики

Осевая формула: 2(2₀–2₀–2₀) (12‑осный).

Полный служебный вес: 300 т.

Нагрузка от движущих осей на рельсы: 25 тс.

Длина локомотива: 45 000 мм.

Диаметр колёс:

новые — 1 320 мм;

среднеизношенные — 1 220 мм.

Ширина колеи: 1 520 мм.

Конструкционная скорость: 110 км/ч.

Часовая мощность ТЭД: 12 × 950 кВт = 11 400 кВт (11,4 МВт).

Сила тяги часового режима: 82 000 кгс (804 кН) при 50 км/ч.

Длительная мощность ТЭД: 12 × 900 кВт = 10 800 кВт (10,8 МВт).

Сила тяги длительного режима: 78 000 кгс (765 кН).

Электрическое торможение: рекуперативное.

История создания и испытаний

Предыстория. В 1960‑е годы начались опыты с асинхронными ТЭД. В 1967 г. НЭВЗ выпустил ВЛ80‑238 с асинхронными двигателями ЭТА‑1200.

Разработка. В силовой схеме управляемый выпрямитель и автономный инвертор заменили на четырёхквадрантный преобразователь (технология, тогда только появившаяся на немецких железных дорогах). Преобразовательные установки изготавливала финская фирма «Стрёмберг».

Постройка. В конце 1985 г. завершён выпуск ВЛ86Ф‑001.

Доработка в Финляндии. В ноябре 1986 г. локомотив отправили в Финляндию для настройки преобразователей и систем управления.

Испытания:

1988 г. — тягово‑энергетические испытания на кольце НЭВЗ;

передача в опытную эксплуатацию в депо Батайск (Северо‑Кавказская ж. д.);

1989 г. — испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа (Щербинка), демонстрация на выставке «Желдортранс‑89».

Судьба локомотива

Из‑за экономического кризиса и распада СССР серийный выпуск не начался (планировалось 21 единица).

Электровоз расцепили:

секция А возвращена на завод, порезана на металлолом в 2013 г.;

секция Б оставалась в Щербинке, порезана в апреле 2019 г.

Значение

ВЛ86Ф стал технологическим прорывом:

впервые в СССР применены асинхронные ТЭД и четырёхквадрантные преобразователи;

достигнуты рекордные показатели мощности и силы тяги;

опыт проекта повлиял на последующие разработки (например, ЭП10).

Сегодня ВЛ86Ф остаётся символом неосуществлённых возможностей советского железнодорожного машиностроения.