ЧС1 (чехословацкого производства, тип 1; заводские обозначения типа — 24Е0, с 41E0 по 41E2, а также 29E0) — пассажирский односекционный четырёхосный электровоз постоянного тока напряжения 3 кВ. Выпускался в Чехословакии заводом Škoda для железных дорог СССР с 1957 по 1960 годы. Всего было построено 102 электровоза серии, эксплуатировавшихся с 1957 до середины 1980-х годов, а в качестве служебной электромотрисы — по 2011 год.
История создания и выпуска
К середине 1950-х годов пассажирские электрифицированные маршруты в СССР обслуживались электровозами ВЛ19 и ВЛ22, которые по своим тяговым характеристикам и динамическим качествам не соответствовали пассажирской службе. В связи с этим было принято решение о постройке пассажирского электровоза нового типа. Новочеркасский электровозостроительный завод к концу года разработал эскизный проект пассажирского электровоза, однако текущая загрузка завода производством грузовых электровозов не позволила приступить к производству новой пассажирской серии.
Чтобы ускорить решение вопроса, в ноябре года Советский Союз подписал контракт с предприятием Škoda, также известным как Пльзеньский завод им. В. И. Ленина, в Чехословакии. В послевоенные годы Чехословацкое правительство закупило для фирмы Škoda лицензию на производство четырехосных универсальных электровозов у швейцарской фирмы Winterthur с конструкцией опорно-рамного привода фирмы Secheron. Под обозначением Е499.0 этот электровоз стал поступать на чехословацкие железные дороги (заводской тип 12Е). Именно этот электровоз с внесением некоторых изменений в конструкцию было решено закупить для железных дорог СССР в качестве пассажирского локомотива.
В начале года первые два локомотива ЧС1 (заводской тип 24Е0) поступили в Советский Союз. На основании данных, полученных в результате испытаний опытных электровозов, фирма Škoda внесла в конструкцию ЧС1 необходимые изменения и с года стала строить их серийно. В 1959 году были изготовлены № 003—005 (заводской тип 41Е0) и 006—017 (41Е1), в году — электровозы № 018—101 (41Е2). У электровозов серии 41Е песочницы помещались в кузове, изменилась форма окон в машинном отделении (прямоугольные с форточками вместо круглых), буферных брусьев, путеочистителя, тележки получили новую систему рессорного подвешивания, внесён ряд изменений в механическую часть. Также в 1960 году на последнем из построенных электровозов данной серии ЧС1-102 (заводской тип 29Е0) в качестве эксперимента были применены новые тяговые электродвигатели (ТЭД) увеличенной мощности c увеличенным сечением проводников обмотки якоря и главных полюсов. В дальнейшем была выпущена целая серия подобных локомотивов, названная уже ЧС3 (29Е1 и 29Е2).
Технические характеристики Основные технические характеристики электровозов ЧС1 и ЧС3: Параметр Значение по моделям ЧС1(24E, 41Е) ЧС1-102,ЧС3 (29E) Осевая формула 20−20 Размеры Длина, мм по осям автосцепок по буферным брусьям Ширина, мм по кузову 3030 Высота, мм по крыше кузова 3960 по полозу опущенного токоприёмника 5100 по полозу поднятого токоприёмника 5400 — 6900 Высота оси автосцепок, мм 1055 Размеры ходовой части, мм Шкворневая база 8170 Полная колёсная база Колёсная база тележек 3330 Диаметр новых колёс 1250 Ширина колеи 1520 Весовые характеристики Рабочая масса, т 85 Нагрузка на ось, тс 21,25 Тягово-энергетические характеристики Род тока постоянный Напряжение, кВ 3 Мощность тяговых электродвигателей, кВт в часовом режиме 4 × 586 = 2344 4 × 700 = 2800 в длительном режиме 4 × 508 = 2032 4 × 618 = 2472 Скорость, км/ч в часовом режиме 62,3 70,5 в длительном режиме 65,4 74,7 конструкционная 140 Сила тяги, тс в часовом режиме 13,5 14,3 в длительном режиме 11,1 11,9
Конструкция Механическая часть
Кузов электровоза установлен на двух двухосных тележках с опорно-рамным приводом II класса — тяговые электродвигатели установлены на раме тележки (подрессорены), а тяговые редукторы стоят на осях колёсных пар. Так как ТЭД и редукторы жёстко не связаны, то крутящий момент от двигателя к редуктору передаётся через упругие крестовины и вал. Такой привод с упругими крестовинами называется приводом системы Сешерон — по названию фирмы-изобретателя, швейцарской Secheron. По сравнению с серией 12Е, у электровозов ЧС1-001 и ЧС1-002 для возможности установки автосцепок СА-3 была удлинена рама кузова. Электровозы были оборудованы автосцепками СА-3, кранами машиниста «Škoda 0», утеплёнными кабинами машиниста. Для уменьшения разгрузки передних по ходу колёсных пар тележек установлены противоразгрузочные устройства — четыре пневматических цилиндра, штоки которых нажимают на концевые брусья рам тележек, устраняя вздыбливание тележек. Для управления ПРУ служат клапан выравнивания осевых давлений, регулирующий давление подаваемого в цилиндры воздуха в зависимости от тока двигателей (так, при токе 360 А давление будет равно 2,6 кг/см2, при токе 600 А — уже 4,4 кг/см2), и два вентиля, подающие воздух к передним по ходу цилиндрам.
Электрическая часть
Тяговые двигатели и мощные вспомогательные потребители электровоза питаются напряжением 3000 В постоянного тока. На электровоз это напряжение подаётся из контактного провода через два токоприёмника типа "пантограф", установленные на крыше на кронштейнах и обозначенные в электрической схеме 001, 002. От каждого токоприёмника напряжение 3000 В через крышевой разъединитель 011 (либо 012) с ручным приводом поступает:
через ограничивающее сопротивление – к сигнальной неоновой лампе 571 контроля наличия высокого напряжения; через высоковольтный предохранитель 145 – в цепи реле напряжения 150, цепи двух вольтметров контактной сети (851 и 852) и цепь питания счётчика электроэнергии 870; через контакты быстродействующего выключателя 021 – в цепи тяговых двигателей и отопления поезда, цепь помехоподавляющего конденсатора; также через контакты быстродействующего выключателя 021, переключатель питания вспомогательных цепей 243, демпферное сопротивление 242 и высоковольтный предохранитель 241 – в цепи вспомогательных машин и электропечей отопления кабин.
Пройдя через тяговые двигатели, вспомогательные машины, электропечи и другое оборудование, ток высокого напряжения уходит в рельсы через шунт 193 счётчика электроэнергии, заземляющие устройства электровоза и колёсные пары.
Тяговые двигатели и управление ими
Электровоз имеет 4 тяговых электродвигателя постоянного тока типа AL4846zT. Основные параметры двигателей были следующими: номинальное напряжение на зажимах — 1500 В; мощность часового режима — 586 кВт (продолжительного 508 кВт); ток часового режима — 415 А (продолжительного 360 А); частота вращения якоря в часовом режиме — 600 об/мин, в продолжительном — 630 об/мин, максимальная — 1200 об/мин; крепление обмотки якоря — клиновое, класс изоляции обмоток — B, число главных полюсов — 6; число добавочных полюсов — 6; масса электродвигателя — 5200 кг. Особенностью электродвигателей являлось слабое насыщение их магнитной системы, позволяющее путем глубокого ослабления возбуждения изменять скорость электровоза в широких пределах. Электродвигатели имели независимую вентиляцию.
Для изменения скорости и силы тяги электровоза использовались: переключение соединений тяговых двигателей (2 соединения) и ослабление возбуждения двигателей. Для ограничения тока и силы тяги при включении двигателей и при их переходе с одного соединения на другое использовался неавтоматический реостатный пуск.
В режиме тяги тяговые электродвигатели имели два соединения:
последовательное, оно же сериесное (С). Все 4 двигателя включены последовательно, номинальное напряжение на одном двигателе (при выведенных реостатах) — 750 В; параллельное (П). Тяговые двигатели включены в две параллельные группы по 2 последовательных двигателя в каждой, номинальное напряжение на одном двигателе — 1500 В.
Трогание электровоза с места происходило на последовательном соединении, по мере разгона машинист мог перейти на параллельное соединение.
Бросок напряжения, а значит, тока и силы тяги электровоза при включении двигателей, а также при переходе с одного соединения двигателей на другое ограничивался путём включения в цепь тяговых двигателей пусковых резисторов (пускового реостата). По мере разгона и снижения тока машинист ступенчато выключал эти резисторы. Пусковые резисторы были чугунными, находились под крышей в средней части кузова электровоза и имели принудительное воздушное охлаждение.
На последовательном соединении тяговых двигателей при полностью выведенном пусковом реостате было возможно применение четырех ступеней ослабления возбуждения (80, 60, 50 и 40 %); а на параллельном соединении (также при полностью выведенном реостате) — пяти (80, 60, 50, 40 и 35 %). На электровозах ЧС1 №001 и 002 первая ступень составляла 86 %, а на параллельном соединении имелась дополнительная ступень 70%, поэтому на параллельном соединении было 6 ступеней ослабления возбуждения. Особенностью электровозов ЧС1 по сравнению с отечественными электровозами было разное число ступеней ослабления возбуждения на разных соединениях, а также то, что перед переходом на параллельное соединение было необходимо обязательно применить все 4 ступени ослабления возбуждения.
Все переключения в цепях тяговых двигателей (кроме реверсирования и отключения двигателей) выполнялись одним аппаратом — главным контроллером типа 13KH. Это был многопозиционный аппарат, имевший 36 контакторов с общим электропневматическим приводом (на электровозах ЧС1 №001 и 002 переключатель имел 39 контакторов). Привод переключателя представлял собой 4-цилиндровый пневматический двигатель, управляемый контроллером машиниста из любой кабины. Главный контроллер (как и штурвалы контроллера машиниста) имели 47 позиций: нулевая; подготовительная (позиция «х», на ней не замыкаются контакторные элементы, а проверяется работа цепей управления и движение вала переключателя); 24 пусковых позиции на последовательном соединении двигателей (24-я — безреостатная, допускающая длительную езду); 4 позиции ослабления возбуждения (I-IV); три позиции мостового перехода на параллельное соединение двигателей, на штурвале они нефиксированные; 9 пусковых позиций на параллельном соединении — 8 реостатных и также одна безреостатная; 5 позиций ослабления возбуждения на параллельном соединении (I-V). На электровозах ЧС1 №001 и 002 этих позиций было 6, поэтому у этих электровозов переключатель имел 48 позиций.
Система управления, как и на других электровозах постоянного тока того времени — реостатно-контакторная. Элементы реостата установлены под крышей в средней части кузова, для их охлаждения поступает часть воздуха от обоих мотор-вентиляторов. Для выбора направления движения установлены два реверсора, которые также служат отключателями двигателей — реверсор неисправной пары двигателей вручную выводился в среднее положение, при котором подвижные и неподвижные контакты не замкнуты. По одному двигатели не отключаются, так как, как и на других электровозах постоянного тока, каждый ТЭД рассчитан на половину напряжения контактной сети и они постоянно соединены в пары последовательно.
Аппараты защиты тяговых двигателей
Защита от пробоя изоляции