Достоинства и недостатки двух основных систем тягового электроснабжения

Наука и техникаHi-Tech

Быстрее поездá, выше напряжение – сильнее промышленность!

Варгатый Иван, https://dzen.ru/vivan755

...На хвосте электровоза висел красно-желтый почтовый вагон от «Урала» и полтора десятка простых зеленых – состав поезда «Свердловск – Симферополь». На дворе давно стоял XXI век, и город назывался Екатеринбург, но станции «Свердловск-Пассажирский» и «Свердловск-Сортировочный» пока носили советские названия. Электровоз же был приписан к депо «Самара»: вместе с городом оно сменило название полтора десятилетия назад. А вела поезд уфимская бригада – инструктор и обкатываемый им в пассажирское движение машинист. Немаленький поезд набирал ход после остановки, которых на западе Башкортостана немерено. Сидящий слева инструктор скомандовал:

– Дай ему параллель.

– Паралле-ель?!

– Да, разгони его 120.

Несколько нажатий на кнопку, толчок ручки... За фанерной стенкой отыграло сложную мелодию механическое пианино контакторов, два столбика на дисплее сменились тремя. Электровоз прямо прыгнул вперед, скорость на глазах выросла почти до 110. Смысла гнать нет... Несколько движений ручкой назад, третий столбик пропал, теперь кнопка «Шунты +»! Хватит и СП5, параллельное соединение ни к чему, побережем коллекторы.

Чехословацкий электровоз ЧС2 при модернизации в Ярославле в ЧС2К вместо штурвалов контроллера получил так называемые ручки Абеля (слева) – в честь предложившего их машиниста М.Ю. Абеля (1957–2020). 1 – кнопка быстрого сброса, 2 – кнопки шунтов, 3 – бланк ограничений скорости, 4 – управление сигналами, прожектором и др.

В предыдущем номере журнала в статье «От пара и лошади – к электричеству. Начала электротяги» было рассказано, как важно значение напряжения на коллекторе тягового двигателя и как с помощью разных схем соединения двигателей (тех самых СП и «параллели») регулируется сила тяги. Приведены и две формулы, по сути, описывающие основы работы машины постоянного тока: M = CФI и Е = СФn. С первой все просто: крутящий момент равен магнитному потоку статора (Ф), умноженному на ток ротора (I) и на конструктивный коэффициент машины (С).

Со второй тоже все просто, если машина работает в режиме генератора: электродвижущая сила (ЭДС) равна магнитному потоку статора, умноженному на обороты (n) и на конструктивный коэффициент. Хорошо видно работу этой формулы, например, в старых автобусах ПАЗ, коими кишат многие города: стоит на холостых оборотах – освещение салона горит слабо, дал газу – разгорелось ярко. Растут обороты – растет ЭДС, то есть напряжение. Однако при работе машины в режиме генератора формула тоже не спит, причем ЭДС направлена против питающего напряжения и называется «противоЭДС».

Естественно, чем выше обороты двигателя, тем выше противоЭДС, тем больше она снижает ток якоря, и тем ниже момент двигателя (падает I в первой формуле). Поэтому что троллейбус, что электродрель стартует бодро, а с ростом оборотов «успокаивается» и в итоге приходит в равновесие: момент двигателя сравнивается с моментом сопротивления, разгон прекращается. Чтобы повышать обороты дальше, можно поднять напряжение на коллекторе. Но если оно уже на пределе, о чем рассказано в предыдущей статье, то повышать некуда.

Фрагмент силовой схемы электровоза ЧС8 (Skoda 81E): красное – цепь непосредственно тягового тока, 054 (круг с цифрой «4») – якорь, 01 … 04 ниже – контакты реверсора, 054₁ – обмотка возбуждения, четыре резистора слева – шунты

Тогда, казалось бы, вопреки логике можно понизить поток возбуждения. Момент машины должен упасть – «съежится» переменная Ф в формуле М = СФI, однако резко упадет противоЭДС, это столь же резко поднимет ток якоря. В итоге рост I окажется больше падения Ф, и момент машины возрастет. Подобный метод называется ослаблением возбуждения, в советском электровозостроении нередко звался ослаблением поля, а в переводной чешской документации назван «шунтировкой поля». Хотя шунтируется не поле, для этого понадобились бы магнитные шунты в конструкции двигателя. Шунтируется обмотка возбуждения (ОВ) – параллельно ей включается резистор, так как двигатели обычно включены по схеме последовательного возбуждения: ОВ и якорь включены последовательно.

Сопротивление шунтов сравнимо с сопротивлением самой ОВ – сотые доли ома. Но до бесконечности ослаблять возбуждение нельзя: магнитным полем якоря ослабшее поле возбуждения искажается настолько, что двигатель перестает нормально работать, это называется реакцией якоря. Однако на 60–80% зашунтировать обмотки возбуждения можно. К примеру, на старых маневровых тепловозах ЧМЭ3 (чехословацкий маневровый с электропередачей, тип 3) вторая ступень шунтировки равна 20%: всего 20% тока якоря протекает по полюсам и 80% идет по шунтам. На электровозах поменьше – там напряжение на коллекторе выше и искажение потока возбуждения переносится тяжелее.

Таким образом, шунтировка позволяет менять момент двигателя (силу тяги) без изменения схемы соединения двигателей и без ввода реостата. Ни дать ни взять – делитель коробки передач («половинки») КАМАЗа и других грузовиков. А на современном российском грузовом электровозе 2ЭС6 возбуждение независимое – от отдельного электронного преобразователя. Последовательное возбуждение и шунты оставлены как аварийная схема. Кроме того, независимое возбуждение здорово упрощает управление, но об этом будет рассказано в следующих статьях.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Время Змееносца. Летнее небо Время Змееносца. Летнее небо

Змееносец — крупное экваториальное созвездие, пересекающее эклиптику

Наука и жизнь
От древнеримских вилл до дальнего космоса От древнеримских вилл до дальнего космоса

Как умами ученых и политиков овладела перспектива создания ядерного оружия

Наука и техника
Острова притяжения Острова притяжения

Чем привлекают к себе горожан окруженные водой территории

РБК
От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды

История осознания и становления собой через взаимодействие с мировой культурой

РБК
Не плохой парень. Интервью с актером Андреем Максимовым Не плохой парень. Интервью с актером Андреем Максимовым

Андрея Максимова все чаще можно встретить в главных кино- и сериальных проектах

СНОБ
Трезвость особая Трезвость особая

«Москва — Петушки» как путь праведника

Weekend
Микроэлектронику растят льготами Микроэлектронику растят льготами

Радиоэлектронная промышленность получит дополнительные преференции

Монокль
Красота Красота

Шорт-лист самых интересных бьюти-запусков года

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Как можно использовать мяту в быту: 8 потрясающих идей Как можно использовать мяту в быту: 8 потрясающих идей

Вариантов, как можно применить мяту в быту, на самом деле целое множество!

ТехИнсайдер
Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня

С кем по материнской линии связаны неандертальцы из пещеры Стайня?

N+1
Надо радоваться Надо радоваться

Оксана Лаврентьева уверяет: любые кризисы – вовсе не повод предаваться унынию

VOICE
Польза лаврового листа: 6 свойств Польза лаврового листа: 6 свойств

Зачем нужен лавровый лист и какими качествами он обладает

РБК
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Космизмом сегодня называют целый ряд философских течений

Наука и жизнь
Дом архитектора Дом архитектора

Линии судьбы наших героев пересеклись с линиями Васильевского острова

Seasons of life
Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель

Дирижер Филипп Чижевский — о музыке, путешествиях и эмоциях

СНОБ
10 поступков женщин на первом свидании, которые отталкивают всех мужчин 10 поступков женщин на первом свидании, которые отталкивают всех мужчин

Первые свидания все время заканчиваются неудачно?

Psychologies
Главный помощник рыбаков: как эхолот помогает выследить добычу Главный помощник рыбаков: как эхолот помогает выследить добычу

Как чудо техники, эхолот, помогает выследить рыбу и не сесть на мель

ТехИнсайдер
Плакун-трава Плакун-трава

Яркий акцент пейзажа, как вызов цветовому постоянству — это зацвёл дербенник!

Наука и жизнь
Гигантский оползень в Гренландии услышали сейсмостанции всего мира Гигантский оползень в Гренландии услышали сейсмостанции всего мира

USO вызвало цунами на исследовательской станции в гренландском фьорде Диксон

ТехИнсайдер
Нечестный процент Нечестный процент

Вместо честной годовой доходности по вкладу банки демонстрируют чудеса хитрости

Монокль
«Пушкинская 10»: из сквота в арт-кластер «Пушкинская 10»: из сквота в арт-кластер

«Пушкинская 10» — пространство свободы и искусства в самом центре Петербурга

Psychologies
Убивают микробы и увлажняют воздух: какие домашние растения помогут вашему здоровью Убивают микробы и увлажняют воздух: какие домашние растения помогут вашему здоровью

Какие растения помогут поддерживать здоровье экосистемы под родной крышей

ТехИнсайдер
5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения 5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения

Несложные настройки, чтобы обезопасить старшее поколение от риска потери гаджета

CHIP
«Я лечила свои раны»: Виктория Маслова рассказала, как ее спасли съемки в сериале «Триггер» «Я лечила свои раны»: Виктория Маслова рассказала, как ее спасли съемки в сериале «Триггер»

Актриса Виктория Маслова о съемках в сериале «Триггер» и экранной героине

VOICE
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

Ученые обнаружили нервные клетки, которые вызывают кашель или чихание у мышей

ТехИнсайдер
Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи

Андрей Шаповалов о том, почему шаманские ритуалы не такие, как думают обыватели

СНОБ
Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие

Почему одним людям мукбанг нравится, а других раздражает?

Psychologies
Тёплая осень 1964-го Тёплая осень 1964-го

«Не прошу милости — вопрос решён» — так Никита Хрущёв завершил своё выступление

Дилетант
«Жизнь превращается в ад»: 6 фильмов и сериалов об эмоциональном насилии «Жизнь превращается в ад»: 6 фильмов и сериалов об эмоциональном насилии

Манипулятивные приемы из фильмов и сериалов

Psychologies
Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт

Почему из-за социальных сетей люди чаще вовлекаются в парасоциальные отношения?

Forbes
Открыть в приложении