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
Ханты-Мансийск: мамонты и современное искусство Ханты-Мансийск: мамонты и современное искусство

В равнинах Западной Сибири, на слиянии Оби и Иртыша находится Ханты-Мансийск

Psychologies
Meta-Gene 2: программа для автоматизации процесса генетического мета-анализа Meta-Gene 2: программа для автоматизации процесса генетического мета-анализа

Программа, которая облегчает выявление генетических причин тяжелых заболеваний

Наука и техника
Ученые узнали, как Ozempic действует на психику Ученые узнали, как Ozempic действует на психику

Как лекарства от диабета Ozempic и Wegovy влияют на ментальное здоровье людей

ТехИнсайдер
Гравитация – это притяжение или отталкивание? Гравитация – это притяжение или отталкивание?

Казалось бы, науке уже известно, что гравитация – это притяжение...

Зеркало Мира
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
Владимир Фокин: «Вячеслав Тихонов отказывался сниматься, просил: «Освободите меня, я так этого наелся!» Владимир Фокин: «Вячеслав Тихонов отказывался сниматься, просил: «Освободите меня, я так этого наелся!»

Владимир Фокин — о съемках фильма «ТАСС уполномочен заявить...»

Коллекция. Караван историй
Дорого-богато Дорого-богато

Что сделать, чтобы гостиная смотрелась солиднее

Лиза
Зачем нужна астрохимия? Зачем нужна астрохимия?

Чем занимается астрохимия, когда и как она выделилась в самостоятельную науку

Знание – сила
«Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами «Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами

Глава из романа Аси Демишкевич «Под рекой»

Forbes
Что сказать зависимому Что сказать зависимому

Как уговорить близкого с аддикцией обратиться к психотерапевту

Psychologies
Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье

Как знак зодиака может повлиять на отношения внутри семьи?

VOICE
Куда хотят женщины Куда хотят женщины

Что могут рассказать нам фильмы для взрослых о женских предпочтениях

Men Today
Миллиард долгов: как бывший партнер Усманова пытается продать кризисный «Эвертон» Миллиард долгов: как бывший партнер Усманова пытается продать кризисный «Эвертон»

Долги «Эвертона» превысили 1 млрд фунтов, из-за чего его не могут продать

Forbes
«Ты не похожа на других женщин»: почему это плохой комплимент и как его можно сделать лучше «Ты не похожа на других женщин»: почему это плохой комплимент и как его можно сделать лучше

Давайте разберемся, что стоит за фразой «ты не такая, как все девушки»

Psychologies
Дмитрий Астрахан: «Страшно не объясниться в любви, может порушиться жизнь» Дмитрий Астрахан: «Страшно не объясниться в любви, может порушиться жизнь»

«Хотелось сделать театр, про который зритель знает: там будет ярко, зрелищно»

Караван историй
Вторая сверхзвуковая Вторая сверхзвуковая

Уже в 1968 году был первый полет советского пассажирского сверхзвукового лайнера

ТехИнсайдер
Стесняюсь спросить: что такое рак крови, как его лечат и кто в группе риска? Стесняюсь спросить: что такое рак крови, как его лечат и кто в группе риска?

Развенчиваем популярные мифы о лейкемии, лейкозах и не только

Правила жизни
Девелопер широкого профиля Девелопер широкого профиля

Как «Мармакс» улучшает городское пространство Рязани

Монокль
Проект «Разработка поворотного колена с улучшенными параметрами течения» Проект «Разработка поворотного колена с улучшенными параметрами течения»

Что позволит сделать системы труб для подачи газа более удобными в использовании

Наука и техника
Быть и казаться Быть и казаться

«Симон с горы»: тайная жизнь людей с особенностями

Weekend
Высокий или так себе? Какой у тебя IQ и на что он влияет Высокий или так себе? Какой у тебя IQ и на что он влияет

С помощью каких тестов измеряется коэффициент интеллекта? Можно ли его повысить?

Лиза
Техника Техника

Какой же гаджет объявить символом роскоши минувшего двадцатилетия?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ученые впервые получили снимки поверхности Полярной звезды Ученые впервые получили снимки поверхности Полярной звезды

Астрономы наконец сделали снимки Полярной звезды с высоким разрешением

ТехИнсайдер
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
Почему страшно быть счастливым? Почему страшно быть счастливым?

Почему многие неосознанно избегают своего счастья?

Здоровье
Фольклорист Александра Баркова: Считать меня язычницей — это какой-то тяжелый бред Фольклорист Александра Баркова: Считать меня язычницей — это какой-то тяжелый бред

Интервью с российским фольклористом Александрой Барковой

СНОБ
Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии

Ваш взгляд на автомир больше не будет прежним

Maxim
BrahMos – самое могущественное оружие сдерживания Индии BrahMos – самое могущественное оружие сдерживания Индии

Непростой процесс совершенствования ракеты BrahMos

Обозрение армии и флота
Антиалкогольная компания Антиалкогольная компания

Десятка выдающихся пьяниц, алкоголиков и выпивающих героев мирового киноэкрана

Weekend
Открыть в приложении