ЧС4 (чехословацкого производства, тип 4; заводские обозначения типа — с 52E0 по 52E5) — пассажирский односекционный шестиосный электровоз переменного тока. Создан заводом Škoda в 1964 году (опытный образец ЧС4-001) и выпускался там же серийно с по годы для советских железных дорог. С года завод перешёл на выпуск модели ЧС4Т, отличающейся формой кузова, конструкцией отдельных аппаратов, а также наличием реостатного тормоза.
Краткая история и модификации В 1962 году, по заказу Совнархоза СССР, народное предприятие Škoda, также известное тогда как Пльзеньский завод им. В. И. Ленина (город Пльзень, Чехословакия) приступило к разработке и проектированию шестиосного электровоза переменного тока для железных дорог СССР. В году был построен первый опытный электровоз S 699.001 (32E), ставший основой строительства электровозов переменного тока ЧС4 (52Е). В конце 1965 года в Советский Союз для испытаний в депо Кавказская прибыл первый шестиосный пассажирский электровоз серии ЧС4-001 с заводским обозначением типа 52E0. В эксплуатацию электровозы этой серии поступили в депо Киров, Ростов-Главный, Брянск-2, Россошь, Киев-Пассажирский, позднее были переданы в депо Саратов, Балашов.
В 1971 году на дороги вышла глубокая модернизация ЧС4 — электровоз ЧС4Т, заводское обозначение серии 62Е. Впоследствии число выпущенных ЧС4Т превысило число ЧС4 и составило более пятисот машин, с № 232—740, и опытный, ЧС4Т−161, то есть всего 510 единиц.
В 1968 году на основе конструкции ЧС4 завод Škoda начал выпуск четырёхосных электровозов переменного тока серии S 499.0.
Основные характеристики Пассажирский магистральный электровоз серии ЧС4 рассчитан на напряжение контактной сети 25 кВ, имеет мощность 5100 кВт, скорость часового режима — 101,5 км/ч, сила тяги электровоза составляет 17900 кгс. Конструкционная скорость электровоза — 180 км/ч. Собственный вес электровоза с 2/3 запаса песка — 123 тонны.
Конструкция
Электровоз имел значительные отличия в конструкции от выпускавшихся в то время электровозов постоянного тока серии ЧС2 и был совершенно не похож по конструктивным решениям на электровозы, выпускавшиеся в СССР.
Механическая часть Рама электровоза ферменно-раскосной конструкции, обшивка кузова и кабины машиниста выполнена из стеклопластика. Значительные размеры лобовых стёкол, характерные очертания стёкол прожектора и буферных фонарей, округлые обводы стеклопластиковой обшивки создавали неповторимый облик электровоза. Автор дизайна — чешский дизайнер .
Кузов опирается на две трёхосные тележки, имеющие сварные рамы. Диаметр колёс при новых бандажах равен 1250 мм, тяговый редуктор односторонний с передаточным отношением 1:2,187, тяговый привод системы Шкода с карданными муфтами и проходящим через полый якорь двигателя валом (это сделано для уменьшения углового отклонения вала при перемещении его конца), как и на электровозах серии ЧС2. Для сцепления с вагонами поезда и другим подвижным составом по концам кузова установлена автосцепка СА-3.
Электрическая часть Для обеспечения токосъёма с контактной сети использованы два токоприёмника типа пантограф, расположенные по концам электровоза. От токоприёмников через крышевой разъединитель и главный выключатель (ГВ) высокое напряжение 25 кВ поступает на первичную обмотку тягового трансформатора. Трансформатор понижает напряжение контактной сети до значений, необходимых для работы тяговых электродвигателей (ТЭД) и вспомогательного оборудования, а также обеспечивает регулирование напряжения на ТЭД.
Силовая схема электровоза выполнена с регулировкой напряжения по высокой стороне, то есть с переключениями в цепи первичной обмотки трансформатора, а не вторичной, как на электровозах серий ВЛ60 и ВЛ80. Переключение выполняется с помощью переключателя ступеней (ПС) TPPL, имеющего 32 позиции. Благодаря регулированию напряжения на первичной обмотке трансформатора уменьшаются токи на контактах ПС, выполняющих коммутацию. Это позволило значительно облегчить конструкцию ПС и использовать в качестве материала контактов не серебро, а медь, но изоляцию всех элементов переключателя ступеней приходилось выполнять на полное напряжение контактной сети. Переключатель ступеней состоит из заполненного маслом избирателя ступеней (собственно переключателя) и блока из четырех контакторов с дугогашением. ПС приводится во вращение 4-цилиндровым пневматическим двигателем, управление которым осуществляется стандартным контроллером машиниста 21KR.
Тяговый трансформатор имеет две силовые вторичные обмотки для питания тяговых двигателей. От этих обмоток переменное напряжение поступает в две тяговые выпрямительные установки (ВУ), где преобразуется в постоянное. Выпрямительные установки состоят из диодов, включённых по мостовой схеме. От каждой выпрямительной установки выпрямленное напряжение поступает на три коллекторных тяговых двигателя, включённых параллельно друг другу. Тяговые двигатели имеют последовательное возбуждение. Для регулирования скорости движения электровоза, кроме изменения напряжения с помощью трансформатора, предусмотрены 5 ступеней ослабления возбуждения тяговых двигателей. В режиме ослабления возбуждения параллельно обмоткам возбуждения двигателей подключаются шунтирующие сопротивления (шунты). Подключение этих сопротивлений выполняется электропневматическими контакторами, управление которыми также осуществляется с контроллера машиниста.
Электровозы ЧС4 №002-011 были оборудованы электродинамическим реостатным торможением. В режиме реостатного торможения тяговые двигатели электровоза работают как генераторы с независимым возбуждением. Энергия движения поезда превращается ими в электрическую, а электрическая энергия в тормозных сопротивлениях переходит в тепловую. Переключение цепей тяговых двигателей в режим реостатного торможения выполнялось электропневматическими переключателями 071, используемыми и для отключения неисправных тяговых двигателей. В режиме реостатного торможения каждые два якоря тяговых двигателей включались последовательно и подключались к отдельной группе тормозных сопротивлений. Таким образом, получались три контура тормозного тока. Для обеспечения независимого возбуждения тяговых двигателей обмотки возбуждения всех 6 двигателей включались последовательно и подключались к тяговой выпрямительной установке. Величина тока возбуждения, а значит, величина тока якорей и тормозная сила электровоза изменялась путем переключения позиций переключателя ступеней от нулевой до 16-й. Данная система реостатного тормоза не была автоматизирована и имела ряд серьёзных недостатков, поэтому электровозы, начиная с ЧС4-012, выпускали без реостатного торможения.
Питание электродвигателей вспомогательных машин и других вспомогательных цепей электровоза осуществляется от обмотки собственных нужд тягового трансформатора однофазным переменным напряжением. При нормальном напряжении контактной сети (25 кВ) двигатели вспомогательных машин (вентиляторов и компрессоров) подключены к выводам d0-d1 обмотки собственных нужд, напряжение между которыми составляет 213 В. При снижении напряжения в контактной сети до 19 кВ эти двигатели можно подключить к выводам d0-d2 обмотки собственных нужд. Напряжение между этими выводами при напряжении 19 кВ в контактной сети составляет 200 В, а при напряжении 25кВ в контактной сети - 260 В. Электродвигатели насосов и другие вспомогательные цепи в зависимости от напряжения контактной сети автоматически подключаются либо к выводам d0-d1 либо к выводам d0-d2 обмотки собственных нужд. Все вспомогательные цепи электровоза питаются через трёхполюсный рубильник 201, который подключает эти цепи либо к обмотке собственных нужд либо к розетке питания вспомогательных цепей от сети депо.
На электровозе ЧС4 в качестве электродвигателей мотор-вентиляторов и мотор-компрессоров использованы коллекторные двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Поэтому эти электродвигатели питаются от обмотки собственных нужд через две вспомогательные выпрямительные установки (обозначение по схеме 220). Эти установки размещаются в тех же шкафах, что и тяговые выпрямительные установки и также состоят из диодов, включённых по мостовой схеме. Каждая установка питает половину электродвигателей вспомогательных машин - 1 электродвигатель компрессора и 4 электродвигателя вентиляторов. Для снижения пульсаций выпрямленного тока в цепь этих электродвигателей включены сглаживающие реакторы, по 3 на каждую выпрямительную установку. Включение электродвигателей вентиляторов и компрессоров осуществляется путём их подключения к выпрямительным установкам с помощью электромагнитных контакторов.
Для охлаждения электрооборудования на электровозе установлены восемь осевых (аксиальных) мотор-вентиляторов. Четыре мотор-вентилятора с диаметром рабочих колёс 425 мм охлаждают выпрямительные установки, два мотор-вентилятора с диаметром рабочих колёс 710 мм — тяговые двигатели. Ещё два вентилятора с диаметром колёс 560 мм обдувают блоки охлаждения, включающие в себя маслоохладители тягового трансформатора, сопротивления ослабления возбуждения тяговых двигателей (шунты) и сглаживающие реакторы тяговых двигателей и вспомогательных машин. Включение вентиляторов осуществляется как вручную из кабины машиниста, так и автоматически при наборе позиций. На первой позиции переключателя ступеней автоматически включаются мотор-вентиляторы выпрямительных установок и блоков охлаждения, на второй — тяговых двигателей. При работе мотор-вентиляторы издают довольно громкий многоголосый свист, похожий на звук работающих реактивных двигателей.
Получение сжатого воздуха на электровозе обеспечивают 2 главных мотор-компрессора. Подобно мотор-вентиляторам, мотор-компрессоры электровоза ЧС4 также приводятся во вращение двигателями постоянного тока. Сжатый воздух, вырабатываемый компрессорами, поступает в главные резервуары, а оттуда через питательную магистраль и систему трубопроводов поступает к потребителям сжатого воздуха. На электровозе ЧС4 сжатый воздух используется для работы пневматических тормозов электровоза и поезда, ряда электрических аппаратов электровоза (токоприёмников, главного выключателя (ГВ), электропневматических контакторов, пневмодвигателя переключателя ступеней, реверсоров), пневмоприводов стеклоочистителей, системы подачи песка под колёса, звуковых сигналов - свистка (тихий высокого тона) и тифона (громкий низкого тона). Для подъёма токоприёмника и включения главного выключателя при отсутствии сжатого воздуха на электровозе ЧС4 установлен вспомогательный компрессор с приводом от электродвигателя постоянного тока, работающего от аккумуляторной батареи.
Для питания электрического отопления вагонов поезда тяговый трансформатор имеет отдельную вторичную обмотку с выходным напряжением 3000 В, называемую обмоткой отопления поезда. С этой обмотки переменное напряжение 3000 В подаётся электропневматическим контактором на две розетки и два штепселя отопления поезда. Мощность обмотки отопления позволяла подключать на электроотопление 17 пассажирских вагонов. Цепи управления и освещения электровоза ЧС4 питаются постоянным напряжением 50 В от стабилизатора ASL2, находящегося за второй кабиной справа от пневматической панели: переменный ток регулируется магнитным усилителем, понижается трансформатором и выпрямляется диодным выпрямителем.