Электростанции на колесах

Пожалуй, самой первой областью применения электродвигателей стал транспорт. Конно-железные дороги в разросшихся городах не справлялись с пассажиропотоком. Паровой транспорт не устраивал горожан из-за грязи, дыма и копоти.

Сначала инженерная мысль вертелась вокруг создания автономных тяговых устройств. Гальваническая батарея или аккумуляторы размещались на лодке или в самом экипаже, там же стоял и питаемый ими двигатель. Эта система требовала совершенствования аккумуляторов и зависела от них.

Электрический локомотив фирмы «Сименс и Гальске» для рудников

После изобретения генератора Грамма внимание изобретателей перекинулось на неавтономные системы, в которых электрическая энергия передавалась по проводам к двигателю, установленному на экипаже.

В 1879 году фирма «Сименс и Гальске» построила на Берлинской промышленной выставке небольшую электрическую железную дорогу, способную перевозить пассажиров. Электроэнергия по отдельному контактному рельсу подводилась к двигателю моторного вагона, напоминающего современный электрокар. Обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд, состоящий из моторного вагона и трех тележек. На них размещалось 18 пассажиров.

Затем американский инженер Ван-Депуль и Вернер фон Сименс независимо друг от друга изобрели питание моторного вагона от верхнего контактного провода. Новоизобретенный способ передвижения быстро завоевал популярность, и буквально в считанные годы во многих городах были построены электрические железные дороги (трамвайные линии). Нашли они применение и в горнодобывающей промышленности.

Один из первых американских трамваев с контактным проводом

Слово «трамвай» составлено из двух английских: tram – вагон и way – путь. В России первый трамвай был пущен в Киеве в 1892 году. Городские власти долго сопротивлялись постройке линии. Были испробованы конная и паровая тяги для подъема по крутой горке с окраинного Подола к Крещатику. Но ни то ни другое средство осилить подъем не смогло. Пришлось строить электрический трамвай.

Первый трамвай побежал по берлинским улицам, вернее, в берлинском пригороде в 1881 году. Электрический ток по рельсам подводился к двигателям мощностью всего по 4,5 лошадиных силы. Вагоны с открытыми площадками были рассчитаны на 24 пассажира. Потом американцы предложили верхний контактный провод с роликовым токоприемником, а еще через год немецкие изобретатели сделали контактную петлю.

С этого момента трамвай начал быстро распространяться и в европейских странах, и в США. Некоторые компании пробовали составить ему конкуренцию, вводя омнибусы с аккумуляторами, которые устанавливались под пассажирскими сиденьями. Но они оказались дороже в обслуживании и вообще в эксплуатации. Тем не менее городской электрический транспорт с автономным питанием довольно долго не сдавал своих позиций.

Немецкий трамвай с контактной петлей

В местах, где городские власти не разрешали вешать воздушные провода, применялись вагоны с комбинированным питанием. В Ганновере, например, аккумуляторные батареи заряжались во время пробега вагона по пригородным участкам пути, снабженным контактным воздушным проводом, и запасали достаточно энергии, чтобы провести вагон по беспроводному центру города.

Теснота берлинских улиц, загруженность их транспортом и пешеходами вызывали неизбежное снижение скорости передвижения и это привело Вернера фон Сименса к мысли о постройке воздушной дороги. Однако он встретил категорическое противодействие со стороны полицейского управления. Десять лет проект пролежал под спудом, обрастая новыми подробностями. И когда в 1891 году фирма «Сименс и Гальске» добилась пересмотра своего предложения, то чиновники магистрата увидели план, на котором была изображена обширная сеть не только воздушных, но и подземных дорог. Город согласился на постройку одной линии, идущей от Варшавского моста к Зоологическому саду, с ответвлением к Потсдамскому вокзалу. И в 1893 году железные виадуки первой воздушной электрической дороги в Берлине с положенными на них рельсами были воздвигнуты.

Электрическая воздушная дорога в Берлине

Примерно тогда же директор газомоторной фабрики Ланген предложил другую систему воздушной электрической железной дороги. Он пустил вагон не по рельсам, а подвесил его под ними. И «Акционерное общество Шуккурт и К^о» построило висячую железную дорогу Эльберфельд-Бармен в долине реки, соединив ряд городов.

В 1882 году родился новый вид городского транспорта – троллейбус. Первая троллейбусная линия была построена в Германии, в Шпандау.

Слово «троллейбус» состоит из двух английских: trolley (так называется контактный провод с роликовым токоприемником) и bus – омнибус, автобус.

В России первые троллейбусы, построенные заводом «Динамо», появились в Москве в 1933 году.

Троллейбусы имеют много преимуществ перед трамваями и автобусами: они не столь шумны, не загрязняют атмосферу и очень просты в обслуживании, особенно в холодное время года.

Чтобы освободить улицы городов, дорожники уже давно строили подземные переезды, по которым шли поезда с обычными паровозами. Метрополитены строили разным способом. В Лондоне прокладывали тоннели. В Будапеште рыли канавы вдоль улиц и перекрывали их мостовыми. С тех пор эти способы принципиально мало изменились. Разве что техника на строительства пришла другая. Сегодня метрополитен даже более привычен, чем трамвай, доживающий свое время. Главная проблема городского транспорта по-прежнему – теснота улиц. Большие города без подземок просто не могли бы существовать. И конечно, для движения в тоннелях электродвигатели оказались вне конкуренции.

Так выглядели аккумуляторные батареи в вагоне «Большого берлинского общества городских дорог»

Повсеместно на электрическом транспорте получил применение постоянный ток. Он обеспечивал удобное регулирование и надежную работу электродвигателей. Дальше, по мере перехода энергетического хозяйства на переменный ток, для транспорта и для других промышленных нужд пришлось разрабатывать и сооружать подстанции, преобразующие переменный ток в постоянный.

Сегодня электрический транспорт настолько развился, что его целесообразно разделить на системы. Сначала это железнодорожный и городской транспорт, а также подъемно-транспортное оборудование. За ним следуют судовые электроэнергетические системы. Наконец, авиационное и авиакосмическое электрооборудование. Каждая из систем имеет свою историю развития и свои особенности.

Электрическая висячая дорога Эльберфельд-Бармен

В железнодорожном транспорте по-прежнему существует два вида тягового подвижного состава. Один из них – автономный, с первичным двигателем (обычно дизелем) на локомотиве и связанным с ним генератором постоянного или переменного тока (синхронного). От генератора электропитание идет к тяговым электродвигателям, связанным с колесными парами, которые и гонят состав по рельсам.

Существует и неавтономный подвижной состав – хорошо знакомые всем нам «электрички», поезда метрополитена… Их двигатели получают электроэнергию через линию электропередачи от электростанции.

Строительство подземной дороги в Будапеште

В зависимости от потребляемого тока, электрическая тяга бывает трех видов: постоянного тока с номинальным напряжением на токоприемнике 3 кВ, однофазного переменного тока промышленной частоты с напряжением 25 кВ (в этом случае на электровозе приходится ставить понижающий трансформатор и выпрямитель) и, реже, однофазного тока пониженной частоты.

В 1924 году на Коломенском машиностроительном заводе был построен отечественный тепловоз с электрической передачей по проекту инженера Якова Гаккеля. А первые восемь электровозов СССР получил в 1932 году из США. Кстати, на шести из них уже стояли отечественные двигатели, выпущенные заводом «Динамо». В том же году «Динамо» совместно с Коломенским машиностроительным заводом изготовил два отечественных аналога американских электровозов, и в проектном бюро начались работы по созданию отечественного электровоза, более подходящего для российских железных дорог. Первый шестиосный грузовой электровоз был выпущен в СССР в 1936 году. И дальше развитие электровозов постоянного тока шло по пути наращивания мощности, чтобы они могли таскать за собой более длинные составы.

После Великой Отечественной войны выпуск электровозов был освоен на восстановленном паровозостроительном заводе в Новочеркасске. В 60-70-х годах наши железные дороги получали электровозы из Чехословакии и Грузии. Но после распада СССР эти поставки прекратились.