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

Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Озарение, приди: как выйти из творческого кризиса Озарение, приди: как выйти из творческого кризиса

Что делать, когда нужно решить какую-то необычную задачу, а идей нет?

ТехИнсайдер
Аккумуляторная независимость Аккумуляторная независимость

TI решил расспросить экспертов о том, какова сейчас ситуация с литием в России

ТехИнсайдер
Между первым и вторым Между первым и вторым

«Чужой: Ромул»: очень осторожный новый эпизод культовой франшизы

Weekend
Электрический адреналин Электрический адреналин

Арно Жакар первым преодолел маршрут Africa Eco Race на электрическом байке

ТехИнсайдер
«Отряд Икс: Секретные еврейские коммандос во Второй мировой войне» «Отряд Икс: Секретные еврейские коммандос во Второй мировой войне»

Какая задача стояла перед секретными еврейскими коммандос в операции «Юбилей»

N+1
Шахматы с удочкой Шахматы с удочкой

Насколько появление доступных эхолотов изменило процесс рыбалки

ТехИнсайдер
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
Дочь Доминика Пелико рассказала о том, как справилась с осознанием, что ее отец — насильник Дочь Доминика Пелико рассказала о том, как справилась с осознанием, что ее отец — насильник

Как быть детям, чьи родители совершили ужасные вещи?

Psychologies
Неподкупное содержание Неподкупное содержание

Искусствовед Сергей Попов — о диктате денег в современном арт-мире

СНОБ
Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать

Почему лучше воздержаться от советов, если ребенок о них не просит

Psychologies
Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II

Как проходила панихида по Елизавете II

Правила жизни
Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона

Пинкертоны: одно из первых детективных агентств

ТехИнсайдер
Роборука отсоединилась от манипулятора и поползла Роборука отсоединилась от манипулятора и поползла

Роборука передвигается на пальцах и захватывает предметы

N+1
Два алтаря для одной жертвы Два алтаря для одной жертвы

Как героиня греческого мифа Ифигения из символа подвига стала символом отчаяния

Weekend
«...Умер Плеханов. Его съела родина...» «...Умер Плеханов. Его съела родина...»

9 июня страна провожала в последний путь выдающегося человека своего времени...

Дилетант
Психологический рубеж: зачем нужен возраст согласия и какие проблемы он не решает Психологический рубеж: зачем нужен возраст согласия и какие проблемы он не решает

Как появился возраст согласия? Могут ли секс-преступники избежать наказания?

Forbes
«Ужасающее число»: как разобраться в устройстве мира с помощью математики «Ужасающее число»: как разобраться в устройстве мира с помощью математики

Как математические идеи и методы могут быть применены к реальным проблемам?

Forbes
Идеолог «Архстояния»: «Сначала деревня помогла мне, а потом я помог ей» Идеолог «Архстояния»: «Сначала деревня помогла мне, а потом я помог ей»

Художник Николай Полисский — о современном искусстве и побеге из города в село

РБК
Гастромир изнутри Гастромир изнутри

Что делает гастросцену России такой уникальной и успешной?

Men Today
Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов

Герпетологи описали новый вид миниатюрных хамелеонов из рода Brookesia

N+1
Неожиданные концовки в литературе: книги, которые взорвали наши умы Неожиданные концовки в литературе: книги, которые взорвали наши умы

Произведения, которые оставляют долгий след в памяти благодаря своим финалам

Maxim
Почему доминирование — это архаичная форма лидерства Почему доминирование — это архаичная форма лидерства

Как меняются формы лидерства?

Forbes
Отнюдь не проявление грусти: почему у кота слезятся глаза и когда стоит бить тревогу Отнюдь не проявление грусти: почему у кота слезятся глаза и когда стоит бить тревогу

Почему кошки иногда плачут?

ТехИнсайдер
Озоновый слой в этом году восстанавливается особенно быстро Озоновый слой в этом году восстанавливается особенно быстро

Ученые заметили, что дыра в атмосфере постепенно затягивается

ТехИнсайдер
Как ипотечный стандарт может повлиять рынок жилищного кредитования Как ипотечный стандарт может повлиять рынок жилищного кредитования

Все ипотечные кредиты в России должны будут выдаваться со специальным стандартом

Forbes
Антибайопик о поэте: как фильм о Борисе Рыжем воскрешает еще одну легенду из 90-х Антибайопик о поэте: как фильм о Борисе Рыжем воскрешает еще одну легенду из 90-х

«Рыжий»: несовершенный, но пронзительный антибайопик о поэте Борисе Рыжем

Forbes
Секреты Софи Секреты Софи

Правила ухода со собой легендарной актрисы Софи Лорен

Лиза
Если устала от детей Если устала от детей

Что на самом деле тебя истощает и как вернуться в ресурс

Лиза
На пике тренда На пике тренда

Где приобщиться к моде на летний отдых на горнолыжных курортах?

Men Today
Открыть в приложении