Самым сложным по конструкции является коллекторный тяговый
электродвигатель, работающий на однофазном токе нормальной частоты,
потом идет коллекторный электродвигатель однофазного тока пониженной
частоты, далее пульсирующего тока и затем постоянного тока.
Наиболее простым и требующим минимального ухода в
эксплуатации является асинхронный тяговый электродвигатель с
короткозамкнутым ротором. Поэтому у специалистов, занимающихся
проектированием и эксплуатацией локомотивов, уже давно возникло желание
использовать асинхронные тяговые электродвигатели на электровозах и
тепловозах. Достаточно длительный опыт эксплуатации за рубежом
асинхронных электродвигателей на электровозах переменного тока с
машинными преобразователями или с двухпроводной контактной сетью
показал, что такие электродвигатели работают весьма устойчиво. В то же
время наличие громоздкого машинного преобразователя (расщепителя фаз) и
крайне ограниченные возможности регулирования скорости сдерживали
распространение на локомотивах асинхронных тяговых электродвигателей.
Развитие электронной техники, позволяющей создать преобразователи для
регулирования скорости в широких пределах и свести к минимуму работу по
уходу за оборудованием локомотивов и его ремонту, вновь повысили интерес
к бесколлекторным машинам. В 1967 г. Новочеркасский
электровозостроительный завод построил макетную секцию восьмиосного
электровоза переменного тока, а в 1971 г.— восьмиосный электровоз
ВЛ80д-751 с асинхронными тяговым электродвигателями. После этого
Ворошиловградский тепловозостроительный завод спроектировал и совместно
с электротехническими заводами создал макетный шестиосный грузовой
тепловоз ТЭ120-001 с асинхронными тяговыми электродвигателями (рис. 45).
Монтаж оборудования на этом тепловозе был закончен в
1975 г., а испытания электрического оборудования начались с января
1976 г.
Кузов и главная рама опытного тепловоза унифицированы с кузовом и
главной рамой тепловоза серии 132,
представляющего видоизмененный для колеи 1435 мм тепловоз ТЭ109; тележки
схожи с бесчелюстными тележками тепловоза серии 130, в них использован
также ряд узлов тележек тепловозов 2ТЭ116 и серии 140, изготовляемых для
железных дорог ГДР. Основным отличием тележек опытного тепловоза от
тележек тепловоза 2ТЭ116 является применение колесно-моторных блоков с
опорно-рамной подвеской тяговых электродвигателей, полых валов и
резинокордных элементов. Колеса тепловоза имеют диаметр 1050 мм,
передаточное число редукторов 75:22=3,41. Длина тепловоза по осям
автосцепок 27 670 мм.
На тепловозе установлен дизель-генератор 2-9ДГ (см. также тепловозы
2ТЭ116 и ТЭП70), состоящий из дизеля 2-5Д49 (16ЧН 26/26) номинальной
мощностью 4000 л.с. (2942 кВт), тягового агрегата А-711 и
смонтированного на нем стартер-генератора СТГ-7. Дизель четырехтактный,
16-цилиндровый, V-образный. Номинальная частота вращения коленчатого
вала 1000 об/мин, расход топлива при номинальной мощности 155±8 г/э.л.с-
ч. Тяговый агрегат А-711 состоит из синхронного тягового генератора
ГС-504А и вспомогательного генератора ГС-507. Генератор ГС-504А
мощностью 2800 кВт (напряжение 350/575 В, ток 2X2480/2X1500 А) весит
6500 кг. Совмещение в одном агрегате тягового и вспомогательного
генераторов, а также самовозбуждение генератора собственных нужд и
возбуждение тягового генератора с использованием генератора собственных
нужд осуществлены впервые в отечественном тепловозостроении.
Вырабатываемый тяговым генератором переменный ток (статорные обмотки
генератора соединены в две «звезды») частотой 35—100 Гц преобразуется
выпрямительной установкой УВКТ-5 в постоянный. Эта установка ранее была
применена на
тепловозах ТЭ109, а затем 2ТЭ116. Постоянный ток с
помощью преобразователя частоты ПЧТ-ЗУ2, имеющего шесть автономных
инверторов ШИ-1БУ2 (по одному на тяговый электродвигатель) преобразуется
в трехфазный регулируемый от 0,4 до 120 Гц частоты. Номинальная мощность
преобразователя 6X250 кВт. Асинхронные тяговые электродвигатели ЭД-900
имеют номинальную мощность 380 кВт, номинальный ток 415 А, фазное
напряжение 380/550 В, частоту вращения ротора 490/2460 об/мин,
коэффициент полезного действия в продолжительном режиме 90 %; масса
электродвигателя 2390 кг.
Тяговый агрегат А-711 и тяговые электродвигатели изготовлены Харьковским
заводом «Электротяжмаш», выпрямительная установка — Таллиннским
электротехническим заводом.
Величина подводимого к тяговым электродвигателям напряжения регулируется
возбудителем тягового генератора. Имеются три зоны регулирования тяговых
электродвигателей; пусковая, постоянной мощности и
ограничения напряжения. Для автоматического регулирования используются
изменения тока возбуждения тягового генератора и изменение магнитного
потока тяговых электродвигателей. Частота напряжения тяговых
электродвигателей регулируется путем введения, отрицательной обратной
связи по магнитному потоку электродвигателя, а в зоне ограничения
напряжения — введением отрицательной обратной связи по напряжению в
звене постоянного тока преобразователя частоты.
На тепловозе установлены компрессор ПК-5,25, приводимый
электродвигателем, и аккумуляторная батарея 48ТН-450.
Общая масса тепловоза 132 т; расчетная длительная сила тяги при скорости
30 км/ч 255 кН (26000 кгс); конструкционная скорость 120 км/ч;
минимальный радиус проходимых тепловозом кривых 125 м. Запас топлива
6000 кг, песка 450 кг.
В декабре 1978 г. тепловоз совершил первую поездку по путям МПС в ходе
наладочных испытаний. В 1979 г. ВНИТИ проводил испытания тепловоза в
эксплуатационных
условиях на участке Ново-Кондрашевская —
Старобельск Донецкой железной дороги. Испытания показали, что при
скорости 35—100 км/ч коэффициент полезного действия тепловоза составляет
0,29, а к.п.д. передачи при скорости 55—57 км/ч достигает 0,85.
Установлено также, что тепловоз при скоростях ниже 35—40 км/ч склонен к
боксованию.
На основании результатов испытаний макетного образца тепловоза с
асинхронными тяговыми электродвигателями была сделана рекомендация о
постройке опытного двухсекционного тепловоза 2ТЭ120.