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

Разум толпы Разум толпы

Усредненный прогноз группы может быть более точным, чем суждения специалистов

ТехИнсайдер
Как устроена кабина машиниста поезда метро Как устроена кабина машиниста поезда метро

Дисплеи, рычаги, кнопки — все это в изобилии есть в кабине машиниста метро

ТехИнсайдер
Поразительные паразиты Поразительные паразиты

Есть в паразитах и своя пугающая красота: они изящно манипулируют хозяевами

ТехИнсайдер
«Человек с камерой»: шесть женских автобиографических документальных фильмов «Человек с камерой»: шесть женских автобиографических документальных фильмов

6 примеров «автофикшена» в кино

Forbes
Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое

Китайский писатель Лю Чжэньюнь о визитах в Россию и русской литературе

СНОБ
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

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

ТехИнсайдер
Грозит ли насекомым вымирание? Грозит ли насекомым вымирание?

С насекомыми в Европе не всё благополучно, и вот почему

Наука и жизнь
Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!» Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!»

Диана Арбенина — о возрасте, творчестве и отношениях с матерью

СНОБ
«Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе «Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе

Где же именно возникает зависимость от работы?

Psychologies
Отпускная депрессия: что делать, если нет сил нормально работать после отдыха Отпускная депрессия: что делать, если нет сил нормально работать после отдыха

Что делать, если «сложно возвращаться на работу» превращается в «невыносимо»?

VOICE
Уютное и доброе фэнтези: 5 бестселлеров и новинок для осеннего чтения Уютное и доброе фэнтези: 5 бестселлеров и новинок для осеннего чтения

Атмосферные, согревающие истории поднимут настроение холодными вечерами

Maxim
Клептомания: что это такое, причины заболевания, симптомы и методы лечения Клептомания: что это такое, причины заболевания, симптомы и методы лечения

Разбираем, что такое клептомания простыми словами

Psychologies
Артиллерия в новом веке Артиллерия в новом веке

Основные направления развития рынка артиллерийского вооружения

Обозрение армии и флота
Дорога жизни Дорога жизни

Сильное интервью с Александром Ильиным о роли в сериале “Трасса”

Men Today
И снова стать собой! И снова стать собой!

Как вернуть вкус к жизни: 12 рабочих приемов против апатии

Лиза
На прожарке мне катастрофически некомфортно: интервью с Евгением Чебатковым На прожарке мне катастрофически некомфортно: интервью с Евгением Чебатковым

Евгений Чебатков: каково это — быть любимцем публики и объектом споров

СНОБ
Жадность города берет Жадность города берет

«Ненасытные люди»: черная комедия, подражающая братьям Коэн

Weekend
«Всё сам. Всё сам» «Всё сам. Всё сам»

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

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
Весомый вопрос Весомый вопрос

Может ли семаглутид вызвать привыкание или другие негативные последствия?

Psychologies
Красота Красота

Шорт-лист самых интересных бьюти-запусков года

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ярко и со вкусом Ярко и со вкусом

Необычная, очень солнечная по настроению квартира в ярком и цветном интерьере

Идеи Вашего Дома
Королевские игры Королевские игры

Фрагменты документальной книги Тины Браун «Дом Виндзоров»

RR Люкс.Личности.Бизнес.
В светлое будущее В светлое будущее

Квартира в Тюмени обустроена с перспективой, в стильном и комфортном интерьере

Идеи Вашего Дома
«Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику «Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику

Почему сотруднику может разонравиться его работа?

СНОБ
Правильный счет: как научиться зарабатывать на криптобизнесе? Правильный счет: как научиться зарабатывать на криптобизнесе?

Разбираемся в тонкостях и нюансах операций с криптовалютой в компании эксперта

Правила жизни
«Иерусалим земной и подземный» «Иерусалим земной и подземный»

Как были устроены первые археологические исследования в городе?

N+1
Первая прямая телетрансляция Первая прямая телетрансляция

Днём рождения немецкого телевидения принято считать 22 марта 1935 года

Дилетант
С электроникой в башке С электроникой в башке

Как в России развиваются исследования интерфейса мозг—компьютер

Наука
Что такое Германская Новая Медицина и чем она опасна: объяснение врача Что такое Германская Новая Медицина и чем она опасна: объяснение врача

Германская Новая Медицина — метод лечения, считающийся шарлатанством

Psychologies
Открыть в приложении