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

Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают

Кем быть? Как найти дело, которое не только нравится, но и приносит деньги?

Forbes
Кровать, которая не даст больному залежаться Кровать, которая не даст больному залежаться

«Папийон» налаживает серийное производство инновационных медицинских кроватей

Монокль
Быть и казаться Быть и казаться

«Симон с горы»: тайная жизнь людей с особенностями

Weekend
Вопрос/ответ Вопрос/ответ

Можно ли сбрасывать радиоактивные отходы в вулканы и другие интересные вопросы

Вокруг света
Красота Красота

Шорт-лист самых интересных бьюти-запусков года

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Григорий Сергеев: Ищу человека Григорий Сергеев: Ищу человека

История-поиск о тех, кто потерялся и нашел (в том числе себя)

Maxim
«Коч — судно полярных мореходов XVII века. Новые данные» «Коч — судно полярных мореходов XVII века. Новые данные»

Что мы знаем о технологии судостроительства XVII?

N+1
«Обе две»: драмеди с Кристиной Асмус, в котором женщины переосмысляют материнство «Обе две»: драмеди с Кристиной Асмус, в котором женщины переосмысляют материнство

Фильм «Обе две»: душевный и откровенный разговор о том, что болит у многих

Forbes
Современные ценности Современные ценности

Что сейчас модно, актуально и сколько все это стоит?

СНОБ
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
Сам и носи Сам и носи

Александр Цыпкин и не думает защищать независимость мужского гардероба

VOICE
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
Точки над ИИ: почему не вся автоматизация одинаково полезна Точки над ИИ: почему не вся автоматизация одинаково полезна

Чего стоит погоня за технологичностью, почему ИИ пока не может заменить человека

Forbes
Сырьевое эмбарго: резервы небольшие Сырьевое эмбарго: резервы небольшие

Очевидных кандидатов на контрсанкции на третьем году санкционной войны немного

Монокль
Премудрость букв Премудрость букв

Чтобы прочесть текст на латыни или на церковнославянском, мало знать язык

Вокруг света
Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике

Что физика помогла нам узнать о мире вокруг нас?

ТехИнсайдер
Охота за интересным Охота за интересным

Шесть российских стриминговых платформ, у которых есть будущее

Монокль
Органический синтез в молекулярных облаках Органический синтез в молекулярных облаках

В космосе обнаружена очередная сложная органическая молекула

Знание – сила
За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом

Апокалиптичный вестерн, маскирующийся под историю о дружбе человека и собаки

СНОБ
Тяжелые эвакуационные машины с колесной формулой 8х8 Тяжелые эвакуационные машины с колесной формулой 8х8

Особенности эвакуационных тягачей

Обозрение армии и флота
Почему современные женщины хотят замуж? Почему современные женщины хотят замуж?

Чего женщины ждут от штампа в паспорте и какие подводные камни их встретят?

Psychologies
«Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать» «Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать»

Как изменение температуры приводит в движение экосистемы

N+1
Две классические ошибки садоводов Две классические ошибки садоводов

Что мы сплошь и рядом видим в саду? А видим мы… джунгли

Наука и жизнь
«Я всегда старалась успевать жить» «Я всегда старалась успевать жить»

Серии «Комбинации», где Анастасия Уколова исполняет одну из главных ролей

OK!
«Я сегодня смеюсь над собой... Мне так хочется счастья и ласки...» «Я сегодня смеюсь над собой... Мне так хочется счастья и ласки...»

Имя Александра Вертинского известно каждому в нашей стране, да и за рубежом

Караван историй
«Записки сумасшедших»: как Дмитрий Крымов превращает свою и чужую боль в метафоры «Записки сумасшедших»: как Дмитрий Крымов превращает свою и чужую боль в метафоры

Какой получилась новая работа режиссера Дмитрия Крымова

Forbes
Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться

Как освободиться от излишней тревожности, чтобы жить в спокойствии?

Psychologies
5 книг с героями, которые идут наперекор принятым правилам 5 книг с героями, которые идут наперекор принятым правилам

Мун, Гармус, Попова: 5 книг с вдохновляющими главными героями

СНОБ
Время Кита. Осеннее небо Время Кита. Осеннее небо

Этой осенью мы завершаем разговор о созвездиях семейства Персея

Наука и жизнь
Открыть в приложении