Перемещение состава в пределах тягового плеча происходит в основном по
горизонтали, но обычно профиль поездо-участка представляет собой
примерно горизонтальную линию с чередующимися подъемами и спусками. От
профиля пути существенно зависит как критическая масса поезда, о чем
было сказано выше, так и режим ведения поезда по участку. Для
углубленного понимания этих вопросов данную проблему целесообразно
рассматривать с точки зрения энергетических процессов движения поезда.
Для этого сначала используем метод баланса мощности. По диаграмме (рис.
1.17) видно, что мощность Мо, потребляемая электровозом из
Однако в конечном итоге важна не мощность, а общие
затраты энергии на перемещение поезда тяговому плечу. Поэтому ниже
рассмотрены именно вопросы энергопотребления.
Железнодорожный транспорт потребляет около 4% всей электроэнергии,
вырабатываемой в нашей стране. Поэтому ее экономия на железных дорогах
приобретает важное значение, особенно в настоящих условиях, когда
стоимость электрической энергии неуклонно растет.
Основная часть энергии на железнодорожном транспорте расходуется на
движение поездов. При электрической тяге энергия, забираемая из
контактной сети при движении поезда, равна сумме энергии, затрачиваемой
на работу, совершаемую тяговыми двигателями, потерям энергии при ее
преобразовании в узлах э.п.с. и энергии, расходуемой на собственные
нужды поезда. В процессе передачи этой энергии от тяговой подстанции на
э.п.с. неизбежны ее потери, обусловленные электрическим сопротивлением
контактной сети. Кроме этого, энергия теряется в преобразовательных
устройствах тяговых подстанций.
После отключения тяговых двигателей движение поезда продолжается за счет
накопленной кинетической энергии. Преодолевая при этом силу
сопротивления движению, поезд уменьшает скорость. Для увеличения
скорости приходится вновь потреблять энергию из контактной сети.
Часть электрической энергии, потребляемой поездом, расходуется при
движении на подъемах на изменение его потенциальной энергии. На спусках
потенциальная энергия поезда, накопленная при подъеме, уменьшается и
расходуется на преодоление основного сопротивления движению и
сопротивления в кривых, а на крутых спусках поглощается частично в
тормозах.
Потери энергии происходят также в тормозах при подтормаживаниях, при
остановках поезда и снижении скорости перед кривыми, стрелками, перед
станциями. Неизбежны потери энергии также в тяговых двигателях и тяговых
передачах, преобразовательных и пусковых устройствах э.п.с.
Электрическая энергия, забираемая из контактной
сети, расходуется также на собственные нужды э.п.с. - на работу
приводных двигателей мотор-компрессоров, мотор-вентиляторов,
мотор-генераторов управления. Кроме того, из сети должно быть
дополнительно подведено некоторое количество энергии для питания цепей
отопления и в пассажирских поездах.
В тех случаях, когда нет кривых тока, потребляемого электровозом,
ведущим поезд данного веса, для расчета расхода электроэнергии на тягу
используют другие методы. Из них рассмотрим сущность метода расчета по
составляющим расхода электроэнергии, а также принципы статистического и
базового методов расчета.
В современных трудных условиях работы железных
дорог приобретает большое значение базовый метод планирования расхода
электроэнергии на предполагаемый объем перевозочной работы, учитывающий
основные параметры этого плана: веса поездов по направлениям, удельные
нагрузки вагонов, путевое развитие станций, места установки светофоров и
т.д., позволяющий более полно учесть условия эксплуатация на данном
участке.
В отношении расхода электроэнергии условия движения поездов, ведомых
электровозами на магистральных участках, существенно отличаются от
условий движения пригородных электропоездов. При электровозах основная
часть электроэнергии тратится на преодоление сопротивления движению и
подтормаживание на вредных спусках. Потери в тормозах перед остановками
и потери при пуске составляют в этом случае, особенно на двухпутных
участках, лишь небольшую часть общего расхода энергии: они не превышают
10-20%. Наименьший расход энергии получается при движении грузовых
поездов на равнинных двухпутных участках с редкими остановками. В
пригородном движении, для которого характерны короткие перегоны между
остановками, тормозные и пусковые потери достигают 60-70% общего расхода
энергии на движение поезда.
Чтобы снизить расход энергии на движение поездов, стремятся прежде всего
уменьшить основное сопротивление движению поезда. Для этого необходимо
содержать в требуемом состоянии подвижной состав и путь, обеспечивать
полновесную загрузку вагонов и повышать средний коэффициент полезного
действия э.п.с., уменьшать потери в тормозах на вредных спусках.
В существующих условиях эксплуатации потери энергии в двигателях можно
несколько снизить, широко применяя регулирование их возбуждения, так как
при средних и больших нагрузках двигателя заметную роль играет
уменьшение потерь в цепи возбуждения. Значительно ухудшается КПД
двигателей и преобразователей при работе в режиме пониженного
напряжения. Они спроектированы так, что их максимальный КПД
обеспе-чивается при номинальном напряжении. Поэтому следует избегать
езды на последовательном соединении тяговых двигателей или на позициях
пониженного напряжения э.п.с. с преобразователями.
Очень велик расход энергии на вентиляцию преобразователей и тяговых
двигателей электровозов переменного тока: в некоторых случаях он
достигает 15% общего расхода энергии. Регулируя частоту вращения
вентиляторов в зависимости от нагрузки тяговых двигателей, можно
уменьшить количество потребляемой ими энергии в 2,5-3 раза.
Заметную экономию электрической энергии дают ускоренные трога-ние и
разгон поезда: чем больше ток тягового двигателя, тем выше ускорение
поезда, меньше скорость выхода на номинальную характеристику э.п.с. и
меньше время потребления этого тока из контактной сети.
Существенную экономию электрической энергии дает
применение рекуперативного торможения. На магистральных электрических
железных дорогах рекуперация применяется преимущественно для торможения
на крутых затяжных спусках. На горных участках при этом получают в
среднем 12-15% экономии электрической энергии. При электропоездах эффект
рекуперации проявляется в процессе торможения перед остановками. Так как
потери в их тормозах достигают 40-50% общего расхода электроэнергии, то,
применяя рекуперацию, можно получить экономию энергии в размере 20-30%.
Кроме того, при рекуперативном торможении, как и любом другом виде
электрического торможения, значительно уменьшается износ тормозных
колодок и бандажей, что дает экономический эффект, соизмеримый со
стоимостью сэкономленной энергии.
Как при электровозной, так и при мотор-вагонной тяге существенное
влияние на расход электрической энергии оказывает организация движения
поездов. Потери энергии в случае непредвиденных остановок перед
запрещающими сигналами, движение на станциях по предупреждениям с
пониженной скоростью и т.п. связаны, как правило, с дополнительными
торможениями поезда, а при полной остановке и с дополнительными пусками,
т.е. с дополнительным расходом электроэнергии.
Существенное уменьшение расхода энергии можно было бы получить, снижая
скорость движения, так как при этом уменьшились бы сопротивление
движению и потери в тормозах перед остановками. Однако расход энергии не
может служить единственным критерием для выбора оптимального режима
работы поезда, так как снижение скорости может вызвать потери в
эксплуатации, превышающие стоимость сэкономленной энергии. Поэтому режим
движения поезда выбирают на основании экономических расчетов, учитывая,
с одной стороны, расходы, зависящие от скорости движения, а с другой -
от количества израсходованной энергии.
Из всех вариантов, отвечающих заданным техническим требованиям, выбирают
оптимальный, т.е. требующий наименьших приведенных затрат на перевозку
грузов или пассажиров, при учете всех затрат.
