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

Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Jetour: как новая марка смогла быстро выйти в лидеры Jetour: как новая марка смогла быстро выйти в лидеры

Эксперты объяснили успех Jetour в России широким выбором в популярном сегменте

РБК
Жизнь им к лицу Жизнь им к лицу

Как биохакеры пытаются победить переутомление, болезни и смерть

РБК
Домашняя роскошь Домашняя роскошь

Тонкий баланс между уютом и роскошью — золото, натуральные материалы

SALON-Interior
Сладкая жизнь Сладкая жизнь

Белок – но сладкий. Может ли такое быть? Да!

ТехИнсайдер
Шутки в сторону. Почему «Джокер: Безумие на двоих» одновременно и разочарование, и удача? Шутки в сторону. Почему «Джокер: Безумие на двоих» одновременно и разочарование, и удача?

«Джокер: Безумие на двоих»: фильм, который одновременно восхищает и раздражает

Правила жизни
Как в России научились делать джины и при чем здесь бармены Как в России научились делать джины и при чем здесь бармены

Чем интересен российский джин

СНОБ
Сила в форме Сила в форме

«Чума»: новая глава в истории якутского кино

Weekend
С первого взгляда С первого взгляда

Как расширить маленькую прихожую визуально и не только: подсказки и лайфхаки

Добрые советы
Калифорния или Филадельфия? Узнайте, чем полезны и вредны суши для здоровья! Калифорния или Филадельфия? Узнайте, чем полезны и вредны суши для здоровья!

Какие риски для здоровья скрывают в себе наши любимые суши?

ТехИнсайдер
Две жизни Хеди Ламарр Две жизни Хеди Ламарр

Скандальная кинозвезда или женщина, без которой не было бы Bluetooth и Wi-Fi

Вокруг света
Надо радоваться Надо радоваться

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

VOICE
«Всё сам. Всё сам» «Всё сам. Всё сам»

Ход обсуждения, а фактически — судилища, был зафиксирован Владимиром Малиным

Дилетант
Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться

Почему люкс загоняет нас в психологическую ловушку?

Forbes
Монике Беллуччи — 60: семь выдающихся ролей итальянской актрисы Монике Беллуччи — 60: семь выдающихся ролей итальянской актрисы

Вспоминаем самые знаменитые роли Моники Беллуччи

Forbes
Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека? Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека?

Вас никогда не интересовало, как по паспорту зовут главных героев — Чука и Гека?

ТехИнсайдер
Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа

Как ультануть перед ребенком и почему вайб теперь может оказаться с минусом

Forbes
От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни

Собрали в подборку семь роковых леди кинематографа, способных на многое

Maxim
Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам

Почему соискатели не готовы рассматривать вакансии в компаниях-франчайзи?

Forbes
Сам и носи Сам и носи

Александр Цыпкин и не думает защищать независимость мужского гардероба

VOICE
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
Корали Фаржа: Наше общество только в начале длинного пути достижения гендерного равенства Корали Фаржа: Наше общество только в начале длинного пути достижения гендерного равенства

Корали Фаржа о работе с Деми Мур и репрезентации женского тела

СНОБ
На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков

Историо-Терапия: можно ли в прошлом найти ответы на непростые вопросы?

Psychologies
Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене

Как не наломать дров, пока пытаешься справиться с болью от измены партнера

VOICE
Опасный гипноз: как не попасть в руки к шарлатану Опасный гипноз: как не попасть в руки к шарлатану

Как выбрать мастера гипноза и кому доверить вторжение в собственную голову?

Psychologies
Мне нужна твоя одежда Мне нужна твоя одежда

Глеб Клинов смело заглянул в глубины шкафа и непостижимой женской души

VOICE
Более 5000 живущих у американцев тигров не помогут увеличить генетическое разнообразие диких сородичей Более 5000 живущих у американцев тигров не помогут увеличить генетическое разнообразие диких сородичей

Тигры, живущие у частных владельцев, не помогут обогатить генофонд диких тигров

N+1
Микроэлектронику растят льготами Микроэлектронику растят льготами

Радиоэлектронная промышленность получит дополнительные преференции

Монокль
Теннисистка Анастасия Пивоварова рассказала, как справляться с любыми трудностями Теннисистка Анастасия Пивоварова рассказала, как справляться с любыми трудностями

Теннисистка Анастасия Пивоварова поделилась своими рецептами успеха

Psychologies
Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться» Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться»

Как помочь ребенку в начале учебного года?

Psychologies
Открыть в приложении