Virginian EL-3A

The Virginian RailwayEL-3A was a class of 11 kV 25 Hz AC electric locomotives built for coal haulage over the electrified Elmore to Roanoke route. They were some of the largest and most powerful locomotives at the time when they were delivered.^[1][2]

According to Westinghouse, the contract for the electrification of the 133.6 miles (215.0 km) long section through the Allegheny Mountains was the world's largest railroad electrification scheme at the time. The contract, costing 15 million US dollars, includes the installation of the necessary infrastructure, as well as the delivery of 36 locomotives. 30 of these were coupled into 10 semi-permanent triple-units classified as the EL-3A, while the remaining six locomotives were designated as the single-unit EL-1A.^[3] Each individual unit was numbered EL-1 to EL-36.^[4]

The first of the triple-unit locomotives were built at Westinghouse's Pittsburgh plant in 1925.^[5] Electric services commenced on September 14, 1925, on the western side of the Allegheny Mountains from Elmore to Clark's Gap, with electrification reaching Princeton on October 1, and to Roanoke on September 16, 1926.^[6]

Two EL-3A sets, one at each end, hauled 6,000 short tons (5,443 t; 5,357 long tons) trains over the 21-‰ grade from Elmore to Clarks Gap at 23 km/h (14 mph). On the 6-‰ grade section between Whitethorne and Merrimac, traction was sufficient to handle 9,000 short tons (8,165 t; 8,036 long tons) trains. Electric operations doubled the capacity on the line because they could handle the 21 ‰ grade twice as fast as steam locomotives, which could only haul 5,500 short tons (4,990 t; 4,911 long tons) at 11 mph (18 km/h) over the same stretch of track. On downhill trips, the regenerative braking the locomotives were fitted not only reduced wear and tear, but also saved up to 15,000 MWh of energy per year.^[7]

تولت عشر قاطرات كهربائية من طراز EL-3A ثلاثية الوحدات، والتي أطلق عليها الموظفون اسم " رؤوس مربعة" ، مهام التشغيل من 48 قاطرة من طراز ماليت . ^{[ 8 ]} على الرغم من أن تكلفة شراء قاطرات EL-3A كانت ضعف تكلفة شراء قاطرة بخارية ذات قوة مماثلة، إلا أن الأولى تطلبت صيانة أقل بكثير، مما برر التكاليف الإضافية. لم يكن بالإمكان استخدام القاطرات البخارية لجر القطارات إلا نصف الوقت بسبب فترات التسخين الطويلة، واضطرارها إلى العودة في وجهاتها، وحاجتها إلى صيانة مكثفة، بينما كانت القاطرات الكهربائية متاحة لجر القطارات في معظم الأوقات. ^{[ 2 ]}

في عام 1948، تمّ تعزيز أسطول قاطرات EL-3A بأربع قاطرات EL-2B نظرًا لزيادة حجم حركة النقل، وفي عام 1955 تمّ تعزيزه باثنتي عشرة قاطرة EL-C . وظلّت قاطرات EL-3A في الخدمة حتى تمّ إخراجها من الخدمة عام 1959. أما شركة نورفولك وويسترن للسكك الحديدية ، التي كانت قد استوعبت شركة فيرجينيان، فقد أوقفت عملياتها الكهربائية عام 1962. ^{[ 9 ]}

تألفت قاطرة EL-3A من ثلاثة أقسام متصلة بوصلات شبه دائمة، وكان بالإمكان تشغيلها من كابينة سائق واحدة. كما سمحت دوائر التحكم بالتحكم المتعدد في أربعة أقسام، إلا أن هذه الميزة لم تُستخدم عمليًا. يتمتع كل قسم بالقدرة على العمل بشكل مستقل. تم توريد المكونات الكهربائية من قبل شركة وستنجهاوس، بينما تم الحصول على هيكل القاطرة من شركة ALCO . احتوى كل قسم على هيكل خارجي على طراز كابينة الصندوق ، والذي تم تركيبه، دون نقل أي قوة جر، على عربتين، تحتوي كل منهما على أربع عجلات دافعة وعجلتين خلفيتين . ^{[ 10 ]}

كانت آلية الدفع تتم عبر قضبان توصيل متصلة بعمود وسيط ، يقع بين عجلات التوجيه وأول زوج من عجلات القيادة. وقد زُوّد هذا العمود بأذرع كرنك شعاعية، تُدار بواسطة محرك حثي ثلاثي الأطوار في دائرة داهلاندر مع دوار حلقي انزلاقي . ^{[ 10 ]}

صُممت القاطرة كقاطرة محولة، حيث يتم تحويل التيار المتردد أحادي الطور المُغذى من السلك العلوي إلى طاقة كهربائية ثلاثية الأطوار عبر مولدات كهربائية ، والتي تُستخدم بدورها لتغذية محركات الجر . صُممت المحركات الحثية كمحول أحادي العضو غير متزامن، يُسمى أيضًا محول الفجوة، ومزودة بجهاز بدء التشغيل. ^{[ 11 ]}

The current from the overhead wires was fed via a pantograph to an oil-cooled main transformer, which minimalized the voltage. The cooling circuit of the transformer was equipped with a forced circulation and a forced-ventilation cooler. The converter was connected to the secondary side of the transformer, which converted the single-phase energy into three-phase electric power to supply the traction motors. The locomotive had only two continuous speeds (23 and 46 km/h (14 and 29 mph)), which were achieved by the pole switching of the traction motors. The start was carried out using a liquid starter connected to the slip ring circuit of the asynchronous motor, where the level of the electrolyte was controlled by the engineer from a control stand in the locomotive's cab.^[10][12]

When descending downhill, regenerative braking was automatically activated without any intervention from the driver and without changing the circuit. Driven by the wheels, the asynchronous motors began to work as generators as soon as their speed exceeded the synchronous speed of the motor, and the generated electricity was fed back into the overhead line via the converter. The braking power was as great as the drive power, so that a train could be kept at a constant speed of 15 mph (24 km/h) when travelling downhill without using air brakes, which could be used to bring the train to a stop.^[10][12]

• Staples, E.I. (June 1925). "The First Virginian Electric Locomotive". Railway and Locomotive Engineering. 38 (6).
• Swezey, Kenneth M. (February 1932). "Is the Iron Horse Doomed?". Popular Science. pp. 132–133.
• EuDaly, Kevin (2014). "The Electric Virginian / Virginians New Electrics meet all requirements". The Arrow. Vol. 30, no. 3.
• Sachs, Karl (2013) [1928]. "Vierter Teil Umformerlokomotiven Einleitung A PhasenumformerLokomotiven" [Fourth Part Converter Locomotives Introduction A Phase Converter Locomotives]. Elektrische Vollbahnlokomotiven[Electric mainline locomotives] (in German). Springer-Verlag. ISBN 9783642518478.
• Lovell, Alfred H. (March 1924). "Recent Developments in Heavy Electric Traction". The Michigan Technic. 37: 19–20.
• Solomon, Brian; Yough, Patrick (July 15, 2009). Coal Trains: The History of Railroading and Coal in the United States. Voyageur Press. ISBN 9781616731373.