Первое знакомство с электропоездом для начинающих

Примечание: для лучшего понимания этого рассказа тем, кто не читал рассказ "Первое знакомство с электровозом", рекомендуется сначала прочитать рассказ про электровоз.

Электропоезд – это мотор-вагонный поезд, приводимый в движение электродвигателями и получающий энергию для их питания от контактной сети или от аккумуляторов. Этим электропоезд отличается, например, от дизель-поезда. В отличие от электровоза, электропоезд (как и любой другой моторвагонный подвижной состав) может передвигаться самостоятельно (без локомотива) и одновременно перевозить пассажиров. Электропоезда (или, как их называют пассажиры, электрички) используются для перевозок пассажиров на пригородных железнодорожных линиях, на линиях метрополитена, а также для скоростного и высокоскоростного сообщения между городами.

Электропоезд состоит из нескольких вагонов, сцепленных между собой подобно секциям электровоза. Каждый вагон электропоезда, подобно секции электровоза, также состоит из кузова, опирающегося на тележки. У подавляющего большинства отечественных электропоездов каждый вагон опирается на две двухосные тележки. Следовательно, такой вагон имеет четыре колёсные пары и является 4-осным. Тележки электропоездов, как и тележки электровозов, имеют раму, колёсные пары, буксы, рессоры и гасители колебаний, шкворни. Эти элементы выполняют те же функции, что и на электровозах. На современных электропоездах кузов опирается на тележку через рессоры, представляющие собой не пружины, а резиновые баллоны со сжатым воздухом. Такие рессоры, называемые пневматическими, значительно повышают плавность хода.

В отличие от электровозов, у которых каждая секция имеет тяговые электродвигатели, в электропоезде тяговыми двигателями могут быть оборудованы не все вагоны. Вагоны электропоезда, имеющие тяговые двигатели, называют моторными вагонами, а вагоны без тяговых двигателей – прицепными (немоторными). В электропоезде моторными вагонами могут быть все вагоны или часть вагонов. В последнем случае на определённое число прицепных вагонов приходится один моторный вагон. Группа вагонов, состоящая из моторного вагона и прицепных вагонов, относящихся к нему, называется секцией электропоезда.

Тележки моторных вагонов, подобно тележкам электровозов, оборудованы тяговыми электродвигателями и редукторами, через которые эти двигатели вращают колёсные пары. А тележки прицепных вагонов тяговых двигателей и редукторов не имеют. Отечественные электропоезда, как и электровозы, имеют индивидуальный тяговый привод: каждая колёсная пара моторного вагона приводится во вращение отдельным двигателем. Подобно тележкам электровозов, на тележках электропоездов также устанавливают тормоза, обеспечивающие снижение скорости и остановку поезда. Электропоезда аналогично электровозам оборудованы пневматическими и ручными тормозами, а современные электропоезда – и стояночными пружинными тормозами. Почти все отечественные электропоезда имеют электрическое торможение с помощью тяговых двигателей.

Кузов вагона электропоезда служит для размещения пассажиров и оборудования, а при наличии в вагоне кабины машиниста – и машиниста с его помощником. На большинстве отечественных электропоездов кабины машиниста есть только по концам электропоезда – в первом и последнем вагонах. Поэтому вагоны с кабиной машиниста называют головными вагонами. Кабина машиниста электропоезда, аналогично кабине машиниста электровоза, имеет лобовые и боковые окна, пульт управления с приборами и органами управления электропоездом; кресла для локомотивной бригады, тепло- и звукоизоляцию и т. д.

Большую часть кузова каждого вагона электропоезда вагона занимает помещение для пассажиров – пассажирский салон. На большинстве электропоездов по концам каждого вагона находятся тамбуры – небольшие помещения для входа и выхода пассажиров, а также для перехода в другие вагоны. Пассажирский салон имеет широкие окна, сиденья для пассажиров, полки для ручной клади и багажа. Вагоны электропоездов оборудованы электрическим освещением, отоплением и вентиляцией, а вагоны современных электропоездов – и кондиционированием воздуха. Во всех электропоездах предусмотрены громкоговорители (динамики). Через них система автоматического информирования (или машинист) делает пассажирам голосовые объявления – например, о том, какая остановка будет следующей. Чтобы пассажиры могли сообщить машинисту о возникновении какой-либо чрезвычайной ситуации, все вагоны электропоездов оборудованы системой связи «Пассажир-машинист».  Двери электропоездов, предназначенные для входа и выхода пассажиров, открываются и закрываются дистанционно – из кабины машиниста. Поэтому эти двери называют автоматическими дверями.

Поскольку почти всё пространство в кузове вагона электропоезда занято помещениями для пассажиров, оборудование электропоезда размещают в основном под вагоном в специальных ящиках (камерах). Часть оборудования находится на крыше вагона и в электрических шкафах, обычно расположенных в тамбурах. Оборудование в ряде шкафов и ящиков электропоезда при поднятом токоприёмнике также находится под высоким напряжением. Поэтому такие шкафы и ящики оборудованы устройствами, автоматически опускающими токоприёмник при попытке открытия шкафа (ящика). Опускаясь, токоприёмник снимает высокое напряжение с оборудования, что исключает попадание людей под напряжение при попытке доступа к высоковольтному оборудованию.

В шкафах, ящиках и на крыше находится большая часть электрического оборудования электропоезда. Конструкция этого оборудования также зависит от тока, на котором работает электропоезд, от типа тяговых двигателей и конкретного типа электропоезда. Во многом это оборудование аналогично оборудованию электровозов. Оно также служит для управления тяговыми двигателями и другими системами электропоезда, защиты оборудования от аварийных режимов, для питания электропоезда необходимым напряжением. На электропоездах также используют косвенную систему управления, при которой высоковольтным оборудованием управляют дистанционно из кабины машиниста с помощью электрических сигналов низкого напряжения.

На электропоездах, как и на электровозах, используются вспомогательные машины – мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, мотор-насосы. Их электромоторы, как правило, питаются через аппаратуру, которая преобразует напряжение контактной сети в напряжение, подходящее для электромоторов вспомогательных машин. Вспомогательные машины размещают под вагонами, а управляют этими машинами из кабины машиниста.

Мотор-компрессоры, состоящие из компрессора и его электромотора, вырабатывают сжатый воздух. На сжатом воздухе работают токоприёмники и другие электрические аппараты электропоезда, а также основные тормоза и автоматические двери.

Оборудование электропоезда (например, тяговые двигатели) имеет меньшую мощность, чем на электровозе, и нагревается слабее. Поэтому на электропоездах обычно не устанавливают мотор-вентиляторов для охлаждения оборудования. Небольшие мотор-вентиляторы используют только для подачи воздуха в пассажирский салон и кабину машиниста. А для охлаждения, например, тяговых двигателей используют вентиляторы, установленные прямо на валах двигателей. Они вращаются при вращении валов двигателей и обдувают двигатели потоком воздуха. Такая система называется самовентиляцией.

Как и на ряде электровозов, на ряде электропоездов оборудование охлаждают с помощью жидкости. Так, трансформаторы на электропоездах переменного тока охлаждают с помощью масла, а электронные преобразователи современных электропоездов – специальной охлаждающей жидкостью. Масло или другую охлаждающую жидкость прокачивают через охлаждаемое оборудование с помощью мотор-насосов.

Как и на электровозах, значительная часть оборудования электропоездов не может работать от высокого напряжения. Часть оборудования питается переменным током напряжением 220 или 380 В (например, электромоторы вспомогательных машин), а часть – низким напряжением 110 или 50 В постоянного тока (например, система управления поездом). Для получения этих напряжений на электропоездах используют оборудование, преобразующее напряжение контактной сети в переменное напряжение 220 или 380 В, а также в напряжение 110 или 50 В постоянного тока. На ряде электропоездов постоянного тока таким оборудованием является мотор-генератор. Он состоит из электродвигателя постоянного тока и генератора переменного тока. Электродвигатель работает от напряжения контактной сети и вращает вал генератора переменного тока. Генератор вырабатывает переменное напряжение 220 В для питания части оборудования. На современных электропоездах вместо мотор-генератора используют электронный преобразователь, называемый преобразователем собственных нужд. Когда электропоезд не подключён к контактной сети, оборудование низкого напряжения 50 и 110 В питается от аккумуляторов (как и на электровозе).

На электропоезде электрические цепи с низким напряжением тоже называют низковольтными цепями или цепями управления. Оборудование электропоезда, которое не находится под высоким напряжением, установлено вне высоковольтных шкафов и ящиков (например, в кабине машиниста и в остальных шкафах). К этому же оборудованию относятся и различные органы управления, в т.ч. контроллер машиниста – аппарат с одной или несколькими рукоятками для управления двигателями электропоезда, установленный в кабине машиниста.

Как и на электровозах, на электропоездах также широко применяется автоматика, выполняющая ряд действия без участия машиниста. О развитии этой автоматики и её назначении было сказано в рассказе "Первое знакомство с электровозом". В силу особенностей электропоездов некоторая автоматика появилась на электропоездах раньше, чем на электровозах. Например, уже на электропоездах первой половины 20 века использовалась автоматика, без участия машиниста поддерживающая необходимый ток двигателей при разгоне поезда. На современных электропоездах применяются компьютерные системы управления, диагностики и автоведения. Разрабатываются и беспилотные электропоезда.

В настоящее время на отечественных железных дорогах эксплуатируются электропоезда постоянного тока серий ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2Т*, ЭД4М*, ЭТ2*, ЭТ2М*, ЭП2Д*, ЭС2Г* «Ласточка», ЭВС1 «Сапсан»; электропоезда переменного тока серий ЭР9Т, ЭД9Т*, ЭД9М*, ЭД9Э*, ЭП3Д*; электропоезда двойного питания серий ЭС1 «Ласточка» и ЭВС2 «Сапсан». Значком* выделены электропоезда, выпускавшиеся и выпускаемые в России.