Історія електротранспорту

kol_etram

Історія електротранспорту розпочинається в далеких 1830-х роках, коли видатний фізик Майкл Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції. Експерименти англійця показали, що для отримання електрики не обов’язково використовувати гальванічні елементи, які на самому початку ХІХ століття вийнайшов італієць Алессандро Вольта. Фарадей відкрив, що електричний струм можна індукувати переміщуючи провідник у магнітному полі. Зробивши це відкриття, фізик провів багато дослідів із великим магнітома. В результаті був сконстуйований перший електромашинний генератор струму, відомий як “Диск Фарадея”.

DYSK_FARAD

Перший в світі електромашинний генератор – диск Фарадея

У 1834 році видатний фізик та електротехнік Б.С. Якобі побудував перший електродвигун постійного струму, дія якого базувалася на притяганні і відштовхуванні електромагнітів. Аналогічні за принципом дії двигуни сконструювали у різний час також Т. Девенпорт, П. Фроман і Ч. Пейдж. Усі ці пристрої мали великі розміри, малу потужність та низький коефіцієнт корисної дії. Тому від часу винайдення електродвигуна до часу його практичного застосування минуло близько 50 років.

DV_JACOBI

Перший двигун постійного струму, сконструйований Борисом Якобі

Через 50 років після відкриття електродвигуна постійного струму з’явився електродвигун змінного струму. Винахід цього двигуна належить італійському фізику Г. Ферарісу та американському вченому сербського походження Н. Тесла, як незалежно один від одного встановили, що при подачі змінних струмів на дві або більше котушки індуктивності можна отримати обертове магнітне поле. Це було у 1885 році. П’ятьма роками пізніше російський фізик М. Доліво-Добровольський сконструював перший у світі трифазний двигун постійного струму.

3phase-rmf-180f-airopt

Обертове магнітне поле у трьохфазному електродвигуні змінного струу

Хоча ідея використання електроприводу на транспорті була висловлена іще у 1830-роки, через слабкість технічних рішень ця ідея отримала практичне застосування лише майже через 50 років.

Як не дивно, вперше електропривід було застосовано … на флоті. У 1838 році Б. Якобі встановив електродвигун постійного струму із живленням від гальванічних батарей на шлюпці. Двигун приводив в дію гребні колеса. Мешканці Петербурга “витріщалися на те, як невідома сила крутить колеса і штовхає вперед шлюпку із 14-ма пасажирами” – писали столичні газети.

У 1838 роцы Р. Девідсон здійснив дослідні поїздки с двовісним візком масою 5 тон на ділянці залізниці Глазго – Едінбург.  1845 році професор Паж висуває пропозицію по створенню електричної залізниці довжиною 7,5 км. на ділянці Вашингтон – Бланденсбург.

Як  виглядали перші у світі електровози ми можемо довідатися із популярного у ті часи журнала “Бібліотека для читання”:

“Дирекція залізниці,  яка будується між Едінбургом і Глазго запропонувала досвідченому механіку пану Девідсону випробувати на цій дорозі винайдену ним електромагнітну машину. Досвід виявився дуже вдалим.  Машина Девідсона складається із шести потужних гальванічних батарей, із цими батареями сполучаються великі магнітні спіралі, які іншим кінцем доторкаються до трьох великих намагнетизованих приладів, які вміщено у три циліндри, в яких обертаються три осі локомотива, приводячи його шість коліс.

Ця величезна колісниця, у якій ваги більше трьохсот пудів одразу покатилася рейками, лиш тільки завантажили металеві пластини у ящик, наповнений сірчаною кислотою. Дивний феномен вразив глядачачів при цьому досліді. Часті блискавки супроводжували рух локомотива, який йшов не так швидко, як паровоз, але всеж не так уже і помалу, щоб не можна було надіятися на дійсну користь від використання електромагнітизму на залізниці.

Нажаль перші електровози мали дуже значну ваду – для живлення електродвигунів у них використовувалися гальванічні елементи, які були важкими і мали малий коефіцієнт корисної дії. Тому масового застосування електролокомотиви із приводом від гальванічних батарей не отримали.

Tram_Pir

Вагон конки із електроприводом – перший у світі електричний трамвай Піроцького

Вважається, що перші практичні досліди по використанню електроприводу від віддаленого джерела для громадського транспорту у 1876 році розпочав українець, уродженець Полтавської губернії Федір Аполонович Піроцький. На ділянці залізниці між Білоостровом і Сестрорецьком на околиці Петербурга він випробував принип передач електроенергії через рейки. У 1880-му році він провів дослідження по використання ектроприводу в міському електричному транспорті. 22 травня 1880 року під час проведення дослідів за допомогою електродвигуна був приведений у дію пасажирський вагон конки із імперіалом. Ця подія жваво обговорювалася у тогочасній пресі, проте через інертність царських чиновників експеримент так і залишився експериментом.

Українець Федір Піроцький ділить славу винахідника трамваю із німцем Вернером фон Сімменсом, американцем Лео Дафтом та угорцем Кальманом Кандо.

el_simm

Перший в світі потяг на електричній тязі, сконструйований Сімменсом

Детальніше про винахід і розвиток основних видів наземного міського електротранспорту Ви можете прочитати у розділах, присв’ячених винайденню трамваю і тролейбусу. Також Ви можете ознайомитися із короткою історією електротранспорту Львова.

Тут ми у кількох словах розкажемо про інші види електротранспорту.

Залізничні електровози та електропотяги

Електровози із живленням від рейок (системи Піроцького) у 1883 році побудував американський винахідник Лео Дафт. Він створив електролокомотиів “Ампер”. Ця машина мала дві тонни ваги і могла приводити в рух вагони із масою до 10 тон.  Потужність електродвигуна складала 25 кінських сил, що забезпечувало йому швидкість 9 миль/год (16,7 км/год) – це був значний прогрес порівняно із локомотивом Сімменса.  Дафт також збудував більш досконалі локомотиви “Вольта” і “Пачінотті”.

Інтерес до електричної тяги на залізниці зріс в останні десятиліття ХІХ століття.  Значний внесок у розвиток електроприводу на залізниці внесли угорські вчені і винахідники, які співпрацювали із угорською фірмою “Ganz”. Ця фірма відома не продукцією для залізниць, але і потужним електротехнічним виробництвом.  Команді угорських вчених Каролю Зіперновскі, Отто Блажи, Міксу Дері, Іштвану Сєчєні та Кальману Кндо належить цілий ряд винахід, без яких широке використання електроприводу на залізниці було б неможливим. Ці вчені удосконалили трансформатор, винайшли турбогенератор та гідрогенератор, розробили системи передачі струму не великі відстані.  Кальман Кандо теоретично обгрунтував можливість застосування змінного струму для приводу локомотивів на залізниці. У 1898 р. під його керівництвом на фірмі “Ganz” було побудовано електровоз із живлення від трьохфазної мережі змінного струму, а після Першої світової війни – електровоз однофазного змінного струму.

Першою електрофіковану залізницю загального користування було побудовано у США у 1895 році. Вона сполучила міста Балтимор і Огайо. 1903 року фірма “Сімменс” на ділянці залізниці Цоссен – Марієнфельде було випробувано перший електричний моторний вагон – із цього часу почалася історія електропотягів.

До середини ХХ століття на залізниці переважала електрифікація на постійному струмі. Використовувалися системи із напругою 650, 750, 1200 і 1500 Вольт. На території колишнього Радянського союзу перші ділянки залізниці електрифікували на напругу 1500 В, згодом перейшли на напругу 3000 В.  У другій половині ХХ століття на залізницях почав широко використовуватися змінний струм із напругою 25 кВ і частотою 50 Гц. За таким стандартом електрофіковані залізниці в Україні.  За кордоном іноді використовується струм напругою 15 кВ і частотою 16,66 Гц. Електрофіковані вузькоколійні та промислові залізниці електрифікують постійним струмом напругою 250, 550 і 1500 В або змінним напругою 10 кВ.

Пасажирські перевезення на залізниці виконують потягами, що приводяться електровозами (в основному потяги дальнього сполучення), а також електропотягами (приміського і далекого сполучення). Наразі пасажирські електропотяги є найбільш швидкісним видом громадського залізничного транспорту. В Україні в останні роки організоване швидкісне сполучення потягами “Hundaі” та “Skoda”.

Метрополітен і підземний трамвай

Перший у світ метрополітен (підземна міська залізниця) був збудований у 1863 році у столиці Великобританії Лондоні. Напочатках для приводу вагонів метрополітену використовували паровози. Спорудження метрополітену у Лондоні було пов’язане із тим, що у ті часи столиця Великобританії була найбільшим містом світу і існуюча мережа наземних шляхів сполучення уже не могла задовільнити потреби у переміщенні великих пасажиропотоків. Потяги метрополітену під землею рухалися набагато швидше, а ніж карети і омнібуси на її поверхні, що забезпечило велику популярність підземки серед пасажирів.

Наприкінці ХІХ століття лондонський метрополітен було електрифіковано.

У метрополітені використовується система живлення рухомого складу від контактної рейки. Використовується постійний струм напругою 750 В.

Із середини ХХ століття у деяких містах почали будувати підземні трамвайні лінії (метротрам).  На території колишнього СРСР перший метротрам було збудовано у Волгограді.  У 1986 році розпочав свою роботи Криворізький метротрам.

Фунікулер

Фунікулер є прямими родичем трамваю із канатним приводом.  На відміну від канатного трамваю траси фунікулера є відносно короткими, проте мають значні ухили.  Типова конструкція фунікулера передбачає наявність двох безмоторних вагонів,  які з’єднані тросом,  перекинутим через привідний барабан.  Рейковий шлях фунікулера – це одноколійка із роз’їздом посередині.  При обертанні привідного барабану синхронно один вагон опускається, а другий підіймається. Перший в Україні фунікулер було споруджено в Одесі в 1902 році, у 1905 році було збудовано фунікулер у Києві.

Окрім фунікулеру із канатним приводом на ділянках із крутими підйомами і спусками використовується також інша система – трамвай із третьою (зубчастою) рейкою. В зачеплення із рейкою входить спеціальне зубчасте колесо, яке забезпечує можливість підйому такого трамваю на ділянках із значними ухилами.  “Зубчастий трамвай” також називають фунікулером.  Такі системи  розповсюджені у гірських місцевостях Швейцарії,  фунікулер такої системи діє також у столиці Угорщини – Будапешті.

koll_elltran

© Антон Лягушкін, Андрій Марчук, 2014 Frontier Theme