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

Коварный удар из-под земли Коварный удар из-под земли

«Холодная война» стала стимулом для неумеренных планов создателей оружия

Наука и техника
Домашняя роскошь Домашняя роскошь

Тонкий баланс между уютом и роскошью — золото, натуральные материалы

SALON-Interior
Рожденные революцией Рожденные революцией

Как технологическая революция полностью изменит привычные нам гаджеты

Правила жизни
Плакун-трава Плакун-трава

Яркий акцент пейзажа, как вызов цветовому постоянству — это зацвёл дербенник!

Наука и жизнь
Годовые кольца: 1689 Годовые кольца: 1689

Первый российско-китайский договор и свадьба Петра I: 1689 в событиях

Вокруг света
Наталья Андрейченко «Откровение». Исповедь актрисы Наталья Андрейченко «Откровение». Исповедь актрисы

«Откровение»: о несостоявшихся съемках в «Зимней вишне» и «Интердевочке»

СНОБ
Рекордсмены эффективности стрельбы Рекордсмены эффективности стрельбы

Линейка стрелкового оружия семейства КОРД расширяется

Обозрение армии и флота
(Не) привязаться к психотерапевту (Не) привязаться к психотерапевту

Стоит ли привязываться к психологу и бороться с возникшей привязанностью?

Psychologies
Александр Лазарев: «Мастер и Маргарита» — это очень личное. Рукописи не горят...» Александр Лазарев: «Мастер и Маргарита» — это очень личное. Рукописи не горят...»

«В Театре Маяковского я родился, воспитывался, начал выходить на сцену»

Караван историй
Зерновозы для страны Зерновозы для страны

Задача по увеличению объемов поставок сельхозпродукции за рубеж поставлена

Агроинвестор
Куда поедут российские шрот и жом Куда поедут российские шрот и жом

Пошлины на импорт продукта в ЕС могут привести к профициту на внутреннем рынке

Агроинвестор
Гигантский оползень в Гренландии услышали сейсмостанции всего мира Гигантский оползень в Гренландии услышали сейсмостанции всего мира

USO вызвало цунами на исследовательской станции в гренландском фьорде Диксон

ТехИнсайдер
Японские боги — 5 современных архитекторов из Страны восходящего солнца Японские боги — 5 современных архитекторов из Страны восходящего солнца

5 японских архитекторов, ради которых стоит отправиться в далекое путешествие.

СНОБ
Кто такой пополамщик: 7 причин такого поведения со стороны мужчины Кто такой пополамщик: 7 причин такого поведения со стороны мужчины

Кто такой пополамщик и почему мужчины придерживаются такой модели поведения

Psychologies
Двойные экспрессы Двойные экспрессы

В 2023–2024 на наших реках появились необычные суда – пассажирские катамараны

ТехИнсайдер
Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты

Можно ли оценить население Древней Греции?

ТехИнсайдер
Не забывать о смерти Не забывать о смерти

В нескольких строках Дмитрий Мамин-Сибиряк выразил целую жизненную философию

Дилетант
Джефф-громовержец Джефф-громовержец

«Каос»: woke-повестка по-древнегречески

Weekend
Как нельзя использовать эфирные масла: 8 запретов, которые следует соблюдать Как нельзя использовать эфирные масла: 8 запретов, которые следует соблюдать

Можно ли навредить себе эфирными маслами?

VOICE
Кандидатский максимум Кандидатский максимум

Не все собеседования проходят гладко, а некоторые вообще очень странные

VOICE
3 роли, которые вынужденно играют дети в семье родителей-нарциссов 3 роли, которые вынужденно играют дети в семье родителей-нарциссов

«Золотой ребенок», «козел отпущения» — роли детей в семье нарциссов

Psychologies
Битва за каждую яхту Битва за каждую яхту

Кирилл Шабалов о том, что происходит на российском брокеражном рынке

Y Magazine
Убеждения нелюбимых детей: 7 типичных ошибок Убеждения нелюбимых детей: 7 типичных ошибок

С какими ошибочными установками растут нелюбимые дети?

Psychologies
Суверенные аккумуляторы: для чего «Норникель» вложил $30 млн в батарейный центр Суверенные аккумуляторы: для чего «Норникель» вложил $30 млн в батарейный центр

Насколько перспективны новые разработки «Норникеля» по аккумуляторам?

Forbes
Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой

Как советские моряки неожиданно для себя оказались на озере Лох-Несс в 1944 году

ТехИнсайдер
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
«Плохая девочка»: как Николь Кидман учит женщин не бояться собственных желаний «Плохая девочка»: как Николь Кидман учит женщин не бояться собственных желаний

«Плохая девочка»: фильм о женщине, которая учиться жить в мире с самой собой

Forbes
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

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

ТехИнсайдер
Время в саду Время в саду

Как успешный предприниматель становится садоводом?

Новый очаг
Старый фотоальбом: почему мы стремимся к теплым отношениям, а в итоге замерзаем от холода? Старый фотоальбом: почему мы стремимся к теплым отношениям, а в итоге замерзаем от холода?

Как наши паттерны снова и снова заставляют менять маршрут в отношениях

Psychologies
Открыть в приложении