【電力機車科普】俄羅斯聯邦高速客運電力機車的探索——EP200型電力機車
文章作者：西瓜昌真濕基（B站和百度暱稱：寧柳跨越）
這些機車是為將來研製的，但是對俄羅斯鐵路而言，這樣的將來又有多久？
提示
- 交—直流電傳動：本文定義是指電力機車從25千伏50赫茲交流電氣化鐵路接觸網受流，經過變壓—整流後，向直流牽引電機供給直流電。蘇聯VL80型電力機車以及在此基礎上出口至中國的8G型電力機車均為交—直流電傳動形式。
- 交—直—交流電傳動：本文定義是指電力機車從25千伏50赫茲交流電氣化鐵路接觸網受流，經過變壓—整流—逆變後，向交流牽引電動機供給交流電。本文提及的俄羅斯聯邦EP200型電力機車，以及中國和諧1D型電力機車均為交—直—交流電傳動形式。
- 直—直流電傳動：本文定義是指電力機車從3千伏直流電氣化鐵路接觸網受流，向直流牽引電動機供給直流電。蘇聯ChS200型、ChS6型、VL10型、VL11型以及VL15型電力機車均為直—直流電傳動形式。
- 直—交流電傳動：本文定義是指電力機車從3千伏直流電氣化鐵路接觸網受流，經過逆變後，向交流牽引電動機供給交流電。俄羅斯聯邦2ES10型電力機車為直—交流電傳動形式。
- 雙電流制電傳動：本文定義是指採用交—直—交流電以及直—交流電雙制式電傳動的電力機車。俄羅斯聯邦EP10型和EP20型電力機車為雙電流制電傳動形式。
- 俄羅斯聯邦科洛姆納工廠簡稱「科廠」，諾沃切爾卡斯克電力機車廠簡稱「諾廠」。
概述
EP200型電力機車⑴，是俄羅斯聯邦鐵路的幹線客運電力機車車型之一，亦是一款試驗性質的交流傳動電力機車，適用於25千伏工頻單相交流制的電氣化鐵路，由科廠在TEP80型內燃機車的基礎上，於1996年研製。
背景
隨著電力電子技術的發展，適合鐵路機車車輛使用的變頻調速控制裝置逐步變得實用化，使交流電動機應用於鐵路機車車輛得以成為現實。蘇聯從1965年便開始同時往兩個方向開展了交流牽引電動機傳動系統的研究工作。
諾廠於1969年到1971年間研製出使用非同步牽引電動機和軸控驅動技術交流傳動系統的VL80A型電力機車⑵，但由於當時非同步牽引電動機的變頻控制技術尚未成熟，蘇聯的非同步牽引電動機研究工作一度停滯。1980年代初，隨著半導體技術的進步，諾廠恢復非同步牽引電動機的研製，並與芬蘭Str?mberg公司合作研製出採用非同步牽引電動機的雙節十二軸大功率貨運電力機車——VL86F型⑶。
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與此同時，為了滿足蘇聯鐵路客運的發展需要，科廠按照蘇聯鐵道部的要求，先後開發研製了TEP70、TEP75型快速客運內燃機車。其中TEP70型機車是蘇聯第一種單機功率達到4000馬力並投入批量生產的內燃機車，而TEP75型機車也是蘇聯第一種單機功率6000馬力的客運內燃機車。兩者在結構上均具有最大程度的統一化。然而，由於TEP75型機車裝用一臺20氣缸的1D49型柴油機，軸重達到24.5噸，高速運行時輪軌作用力過大，因而未批准投入批量生產。
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1988年，科廠研製出採用八軸設計的TEP80型內燃機車。TEP80型機車大量應用了TEP70、TEP75型機車在設計、運用、試驗及改進過程中獲得的經驗和成果，並採用了兩組均衡梁式四軸轉向架。在TEP80型內燃機車上的測試證明，均衡梁式四軸轉向架動力學性能優異，不僅在直線區段上高速運行時具有較高的穩定性，在曲線上亦能大大減少對鋼軌的橫向作用力，因此這種轉向架結構為接下來研製的EP200型電力機車所沿用。
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製造與測試
EP200型電力機車主要電氣設備由全俄電力機車研究與設計院設計，並由諾廠製造牽引電動機，Transformator公司製造主變壓器，而科廠製造機車的機械結構部分。1996年，兩臺EP200型機車於科廠製造完成出廠。
這兩臺EP200型機車出廠後，在莫斯科州謝爾賓卡全蘇鐵道運輸科學研究院環形鐵路試驗基地（以下簡稱「謝爾賓卡環鐵」）進行了長時間的測試，之後返回科廠進行改進以消除測試中發現的不足。2004年，EP200-0001號機車配屬於莫斯科鐵路局維亞濟馬機務段，但很快就回到了科廠封存直到2009年。
其後，EP200-002號機車也配屬於莫斯科鐵路局維亞濟馬機務段，並在維亞濟馬到斯摩棱斯克區間牽引斯摩棱斯克到莫斯科的旅客列車。然而機車的整體可靠性仍然非常不令人滿意，因此這些測試以ChS4T型電力機車為補機進行，並由技術專家陪同。
EP200-0001號機車於2009年7月被轉移到位於莫斯科市裡加站舊址的莫斯科鐵路博物館靜態展示。而EP200-002號機車送往謝爾賓卡環鐵封存至今。
異說
有一個不被接受的說法是：EP200型機車車型代號中的數字「200」表示結構速度或最大速度，一如斯柯達公司於1974年為蘇聯鐵道部製造的雙機重聯高速客運ChS200型電力機車一樣。然而，科廠計劃製造三種相同的設計速度但電傳動不同的電力機車⑷，以及三種較低的設計速度但電傳動不同的電力機車⑸。因此，車型代號中的數字和運行速度的大小之間沒有聯繫。
技術設計
EP200型電力機車為單節八軸的交—直—交流電傳動電力機車，轉向架結構與TEP80型內燃機車相同，機車軸式為（Bo+Bo）-（Bo+Bo），採用晶閘管逆變器、三相交流同步牽引電動機，牽引電動機採用架懸式全懸掛安裝方式。機車最高運行速度為200公里/小時，走行部構造速度為250公里/小時，機車功率為8180千瓦，電制動採用再生制動，機車並設有列車供電系統，能夠向列車提供3000伏直流電源。
轉向架
EP200型機車走行部採用兩組四軸轉向架。與TEP80型機車一樣，EP200型機車既沒有採用TEM7、ChME5型調車機車的中間構架式四軸轉向架，也沒有沿用TE136、2TE126型貨運機車的下縱向牽引梁式四軸轉向架，而是採用了新穎的均衡梁式四軸轉向架⑹。每臺四軸轉向架均以兩臺二軸轉向架為基礎，車輪直徑為1220毫米。
在每臺二軸轉向架中，兩個輪對採用帶球面軸箱軸承的縱向均衡梁聯結，兩軸距離為1.85米，均衡梁的中部通過彈簧支柱與四軸側架相連，從而取消了二軸轉向架構架。來自車體的垂直載荷直接傳到均衡樑上，側向負荷是經過彈簧支柱傳遞。兩臺無構架式二軸轉向架採用帶彈簧支柱的大型側架連接起來，從而構成一臺四軸轉向架。在這種結構中，輪對實際上只能沿轉向架的縱軸相對於轉向架側架垂向移動，轉向架固定軸距達到6.2米，二軸轉向架的均衡梁連接可以使機車通過曲線時所產生的橫向作用力進行重新分配，同時也使各個輪對之間的垂直載荷作均衡分配，以減少軸重轉移。
轉向架的一系懸掛裝置採用由螺旋彈簧及橡膠墊的獨立懸掛結構，均衡梁及側架之間並裝有垂向油壓減震器，一系懸掛的靜撓度為70.5毫米；而二系懸掛裝置為轉向架側架上每側五個的高柔度螺旋圓彈簧，靜撓度為113毫米，車體和轉向架之間亦設有垂向油壓減振器。為了滿足機車高速運行時動力學性能要求，機車採用了輪對空心軸式牽引電動機全懸掛，將牽引電動機全部重量懸掛在轉向架構架上，牽引電動機的扭矩通過單側牽引齒輪、彈性橡膠元件、空心軸套等部件，從而驅動輪對，常規的牽引齒輪傳動比為3.12。基礎制動裝置採用雙側閘瓦踏面制動。
在TEP80型內燃機車上的測試證明，均衡梁式四軸轉向架動力學性能優異，不僅在直線區段上高速運行時具有較高的穩定性，在曲線上亦能大大減少對鋼軌的橫向作用力，因此這種轉向架結構後來也被EP200型電力機車所沿用。
簡評
作為俄羅斯聯邦對高速客運電力機車的探索，EP200型電力機車雖然因為技術上的問題沒有量產⑺，但諾廠此後選擇與法國阿爾斯通公司合作，推出採用雙電流制電傳動的EP20型電力機車。而EP20型機車的成功推出，一定程度上應對了俄羅斯鐵路對雙電流制幹線客運電力機車的需求，然其66臺的產量卻也是俄羅斯鐵路內外交困的一個縮影。
這些機車是為將來研製的，但是對俄羅斯鐵路而言，這樣的將來又有多久？
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注釋
⑴俄語：ЭП200。
⑵俄語：ВЛ80А；其中「А」代表採用非同步電動機。
⑶俄語：ВЛ86Ф；其中「Ф」指四象限脈衝整流器。
⑷分別是採用直—交流電傳動的EP100型電力機車、採用交—直—交流電傳動的EP200型電力機車，以及採用雙電流制電傳動的EP300型電力機車。
⑸分別是採用直—交流電傳動的EP101型電力機車、採用交—直—交流電傳動的EP201型電力機車，以及採用雙電流制電傳動的EP301型電力機車。
⑹蘇聯專利證書號：СССР N 1664634, кл. 61 F 5/00, 1991.
⑺同期諾廠與德國-瑞士Adtranz跨國公司合作研製的雙電流制電傳動EP10型電力機車，也由於設計缺陷的原因，到2006年停產時只製造了12臺。
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