Чем отличается рекуперативное торможение локомотива от реостатного?

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от положения органов управления электровоза и напряжения контактной сети. Так, при скорости ниже нейтрали электровоз будет тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам. Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор. б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при буксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10). в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или же КЗ на самом электровозе. Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети). В основном, рекуперативным торможением оборудуются электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭД в режим генератора (схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11, в ней решены все три описанные выше проблемы). В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей. Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности. Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств. Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на мотор-вагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением. Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций. Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум — необходима установка инверторов. Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал — Симская (Челябинская область). Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.

Реостатное торможение (реостатный тормоз) — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, поглощается на самом подвижном составе в тормозных резисторах.

В режиме реостатного торможения тяговые электродвигатели, как правило, отключаются от контактной сети, а их обмотки возбуждения реверсируются и подключаются к независимому источнику. Обмотки якорей в свою очередь замыкаются на тормозные резисторы. Основное преимущество данного вида торможения перед рекуперативным, заключается в его независимости от напряжения контактной сети, так как потребитель электрической энергии размещён на самом подвижном составе. Благодаря этому реостатное торможение можно применять не только на электровозах и электропоездах, но и на любом другом подвижном составе с тяговыми электродвигателями, например на тепловозах. Также реостатное торможение возможно применять в достаточно большом диапазоне скоростей, из-за чего им оборудованы многие скоростные (например российский ЭР200) и высокоскоростные поезда, в том числе электропоезда TGV и ICE. Основной же недостаток реостатного тормоза — дополнительный вес от оборудования (возбудитель, тормозные реостаты) и некоторое усложнение конструкции. Также нужен возбудитель и тормозной переключатель, а вместо тормозных реостатов нужны добавочные резисторы, что с точки зрения сложности конструкции почти одно и то же, при том, что отсутствует экономия в электроэнергии.

Преимущества реостатного торможения перед торможением колодками:

1. меньший износ колодок и меньший риск их перегрева

2. начавшийся юз происходит куда более щадящим образом — колесная пара продолжает вращаться, хотя и медленнее, чем требовалось бы для безюзового движения, в то время как при торможении колодками возможна и полная остановка пары

3. процесс линейный, зависимость тормозного момента от положения органа управления — линейная, что крайне упрощает создание автоматики торможения и снижения скорости, такой как автоматика МВПС ЭР2Р (ЭР2T), а также аппаратура БУРТ электровозов ВЛ80. Зависимость же тормозного момента от давления в магистрали для пневматического тормоза сильно нелинейна.

Реостатный тормоз редко применяют на электровозах постоянного тока, ибо там весьма несложна и схема рекуперативного тормоза, однако проблемы рекуперативного торможения в пассажирских локомотивах и в электровозах переменного тока привели к тому, что производились пассажирские электровозы постоянного тока (ЧС2Т, ЧС6, ЧС7) и грузовые электровозы переменного тока (ВЛ80Т и ВЛ80С) с реостатным торможением.

На советских магистральных железных дорогах реостатный тормоз впервые был применён на электровозе ПБ21 (1933), впоследствии стал применяться и на ВЛ19. В настоящее время реостатный тормоз активно применяется на подвижном составе трамвая, метрополитена, магистральных и промышленных электровозах (ЧС2^т,ЧС6, ВЛ80Т и ВЛ80С), пригородных и междугородних электропоездах (ЭР9Т, ЭР200), а также на тепловозах (2ТЭ116, ТЭП70).

На электропоездах постоянного тока чаще используют рекуперативно-реостатное торможение — гибрид реостатного и рекуперативного видов торможения.