Опытные электропоезда постояного тока ЭР2В

Параллельно с работами по применению широтно-частотных импульсных преобразователей на моторных вагонах электропоездов ЭР2, проводимых Прибалтийской дорогой, велись разработки частотно-импульсных преобразователей для этих поездов. Принципиальную разработку, исследование отдельных элементов системы провели научные работники кафедры электрического транспорта МЭИ. Проект переоборудования поезда выполнен в 1969 г. ПКБ ЦТ МПС.

В начале 1970 г. Московский локомотиворемонтный завод переоборудовал на импульсную систему шестивагонный электропоезд ЭР2-559, состоящий из трех моторных, двух головных и одного промежуточного прицепного вагона (поезд был обозначен ЭР2И). Электропоезд поступил для испытаний на Ярославскую линию Московской дороги, где 25 августа совершил поездку от Москвы до Александрова и обратно.

В отличие от электропоездов ЭР2И Прибалтийской дороги на электропоезде ЭР2И-559 импульсный преобразователь был постоянно включен в цепь тяговых двигателей. При этом напряжение на их выводах могло поддерживаться постоянным, независимо от колебаний напряжения в контактной сети, что позволяло более полно использовать мощность (поднять рабочее напряжение на их выводах с 1500 до 1650 В, т. е. на 10%).

Преобразователь состоял из фильтра и собственно импульсных преобразователей — четырех фаз. В каждой фазе имелось восемь тиристоров ТЛ2-150-8, дросселей насыщения, конденсаторов и 10 диодов ВЛ-200-8. Частота тока в каждой фазе менялась от 25 до 600 Гц. Для перехода на рекуперативный режим служат 12 контакторов, которые работают при отсутствии тока. Система позволяет осуществить абсолютно плавный пуск тяговых двигателей, получить неограниченное число тяговых характеристик (зависимости силы тяги от скорости) и иметь рекуперативное торможение практически до остановки поезда без применения специальных устройств для возбуждения тяговых электродвигателей. Главный барабан контроллера машиниста представляет собой обычное переменное сопротивление. Вспомогательные машины и электропечи электропоезда питаются непосредственно от контактного провода.

Преобразователи, выполненные по схеме МЭИ, оказались более тяжелыми по сравнению с преобразователями электропоездов ЭР2И Прибалтийской дороги и моторные вагоны электропоезда ЭР2И-559 стали иметь вес 58,1 тс . В течение 1971—1973 гг. электропоезд ЭР2И-559 периодически совершал поездки, в том числе и с применением рекуперативного торможения, но затем работы по его испытаниям и наладке МЭИ были прекращены, так как этот поезд предназначался лишь для проверки системы частотно-импульсного регулирования, которое в дальнейшем намечалось использовать на электропоездах ЭР2.

Для опытной проверки системы электрической тяги на постоянном токе с номинальным напряжением 6 кВ, кроме переоборудования электровозов ВЛ22М на это напряжение, в период 1971—1975 гг. велись работы по созданию импульсных преобразователей постоянного тока 6 кВ в постоянный ток 3 кВ для моторвагонных электропоездов. Эти работы выполнялись на основе исследований, проводимых МЭИ, и опыта применения частотно-импульсных преобразователей на электропоезде ЭР2И-559.

За эти годы на Московском локомотиворемонтном заводе вначале по эскизному проекту МЭИ, а затем на основе разработок МЭИ по проектам проектно-конструкторского бюро ЦТ МПС было переоборудовано для работы на постоянном токе 6 кВ три четырехвагонных и один восьмивагонный электропоезд ЭР2, получивших обозначение ЭР2В ("высоковольтные").

Первая двухвагонная секция электропоезда ЭР2В-556 (моторный вагон № 55606 и головной вагон № 867) была смонтирована в 1972 г., вторая секция этого поезда (моторный вагон № 55608 и головной вагон № 868) — в 1973 г. Частотно-импульсные преобразователи на моторных вагонах были расположены под кузовами вагонов, причем тиристоры, диоды и вспомогательное к ним оборудование были размещены в баках, залитых трансформаторным маслом. Каждый моторный вагон имел по четыре фазы, в фазе 13 тиристоров ТЛ-150-8 и 24 диода ВЛ-200-8. Частота тока в фазе менялась, как и на электропоезде ЭР2В-559, от 25 до 600 Гц.

Импульсные преобразователи позволяют плавно поднимать напряжение на выводах двух последовательно включенных тяговых электродвигателей с 0 до 3000 В и поддерживать заданное напряжение независимо от величины напряжения в контактной сети. Для питания двигателей вспомогательных машин на электропоезде были установлены статические преобразователи постоянного тока 6 кВ в постоянный ток 3 кВ. Вес моторного вагона (тары) после переоборудования увеличился до 60,3 тс (на 5,7 тс).

Первоначально электропоезд ЭР2В-556 налаживался и обкатывался на путях завода, а затем в 1974— 1975 гг. на участке Пушкино — Александров — Струнино Московской дороги и экспериментальном кольце ЦНИИ МПС. На этом кольце в июне 1974 г. электропоезд начал совершать поездки при напряжении 6 кВ. В режиме рекуперативного торможения впервые электропоезд испытывался в 1975 г. при напряжении в контактной сети 6 кВ.

Убеждения многих специалистов в недопустимости размещения под кузовом вагонов аппаратов в баках с маслом (хотя под моторными вагонами электропоездов ЭР9П находились трансформаторы с масляным охлаждением, послужили причиной создания проекта импульсных преобразователей с воздушным охлаждением и расположением их на крышах вагонов. С таким расположением преобразователей в 1974-1975 гг. Московский локомотиворемонтный завод смонтировал остальные электропоезда ЭР2В. Вес таких моторых вагонов составил примерно 66 тс.

Идея повышения напряжения в тяговой сети постоянного тока высказывалась еще в 30-е годы. Однако тогда не было технических средств для ее осуществления. Вернулись к этой идее в конце 50-х годов. В МЭИ под руководством д.т.н. проф. В.Е. Розенфельда были разработаны основные концепции системы электрической тяги 6 кВ постоянного тока. В МПС было принято решение переоборудовать на эту систему несколько электровозов и электропоездов. В 1964 г. на ТЭВЗе были начаты работы по проектированию электровоза, предназначенного для участков, электрифицированных на 6 кВ постоянного тока, и в 1967 г. электровоз, получивший обозначение ВЛ8в-001, был построен. Первоначально предполагалось, что преобразователь будет выполнен по инверторной схеме, однако к моменту постройки схема была изменена на частотно-импульсную с применением тиратронов, изготовленных заводом "Светлана". Вторая секция этого электровоза была выполнена на тиристорах, только появившихся к этому времени. Электровоз проделал множество обкаточных рейсов на участке Гори–Цхинвали Закавказской ж.д.

Одновременно решался вопрос создания электропоезда на 6 кВ постоянного тока. Для отработки системы на МЛРЗ был переоборудован шестивагонный электропоезд ЭР2-559. Напряжение сети для него было принято 3 кВ. К 1970 г. этот электропоезд прошел наладку и испытания на кольце ВНИИЖТ. Было принято решение о переоборудовании на МЛРЗ электропоездов ЭР2 на 6 кВ, где для этого была организована специальная конструкторско-технологическая группа. По проекту этой группы был переоборудован четырехвагонный электропоезд ЭР2, состоящий из моторных вагонов 55604 и 55606 и головных вагонов 867 и 868. Этот поезд получил обозначение ЭР2в. В 1974 г. этот макетный поезд был испытан на кольце ВНИИЖТ и направлен для испытаний на Закавказскую дорогу.

В 1970 г. было принято решение перевести на 6 кВ Кахетинскую ветку Закавказской ж.д. ПКБ ЦТ был разработан проект переоборудования электропоезда ЭР2 на 6 кВ, причем частотно-импульсные преобразователи были установлены на крыше моторных вагонов. Преобразователи были разработаны и изготовлены заводом МЭЗ (г. Москва), дроссельное оборудование – МЭМРЗ. В 1976 г. на МЛРЗ были переоборудованы 8 секций электропоездов ЭР2, также получившие обозначение ЭР2в. В процессе разработки пришлось решать не только вопросы, связанные с тяговыми преобразователями, но и с питанием вспомогательных цепей и цепей управления от сети 3 и 6 кВ. Для этого впервые была применена схема из двух инверторов напряжения, соединяемых параллельно на 3 кВ и последовательно на 6 кВ.

Одновременно на ТЭВЗ было переоборудовано несколько старых электровозов ВЛ22м и им присвоено обозначение ВЛ22и. В 1977 г. были проведены тягово-энергетические испытания электропоездов и электровозов на экспериментальном кольце ВНИИЖТ. Они показали увеличенный расход электроэнергии по сравнению с ЭР2 из-за большой массы преобразователей и вынужденного усиления кузова для установки их на крыше, а также потерь в преобразователях, постоянно включенных во время тяги и рекуперации. Кроме того, частотный способ регулирования создавал значительные помехи в линиях связи и СЦБ.

В сентябре 1978 г. при наладочных испытаниях на кольце ВНИИЖТ из-за неисправности статического преобразователя собственных нужд произошел пожар на головном вагоне ЭР2в-881. Этот вагон выгорел практически полностью, был также поврежден сцепленный с ним моторный вагон 63108. Все работы по системе 6 кВ были прекращены, дальнейшая судьба большинства электропоездов и электровозов неизвестна, известно только, что электровоз ВЛ8в-001 сгорел при испытаниях на Закавказской ж.д. из-за отгорания наконечника силового кабеля, а электропоезд ЭР2в-556 был передан ЛИИЖТу и на нем были испытаны несколько разработок, в том числе схема рекуперативно-реостатного торможения и тиристорный шунт для электропоездов ЭР2. Этот поезд и сейчас находится в депо Ленинград-Финляндский.