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

Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
Елизавета Базыкина Елизавета Базыкина

24-летняя звезда Театра на Бронной Елизавета Базыкина — артистка новой формации

Собака.ru
Инновационные технологии в банковской сфере Инновационные технологии в банковской сфере

Современные тренды финтеха: чего ждать в ближайшем будущем

Наука и техника
Космическая музыка. Polaris Dawn успешно завершил полет Космическая музыка. Polaris Dawn успешно завершил полет

Как прошел первый в мире выход в открытый космос гражданского экипажа

ТехИнсайдер
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
А вы знали? Вот как обтягивающая одежда может навредить вашему здоровью! А вы знали? Вот как обтягивающая одежда может навредить вашему здоровью!

Почему вам стоит убрать обтягивающую одежду из своего гардероба

ТехИнсайдер
Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты

Почему пьяные водители часто выживают в авариях?

ТехИнсайдер
Украшения Украшения

В рейтинге RR — самые запоминающиеся драгоценности года и одно — двадцатилетия

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Бурлацкий стан Бурлацкий стан

Чем знаменито село Ширяево в Самарской области?

Отдых в России
Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться» Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться»

Как помочь ребенку в начале учебного года?

Psychologies
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
«Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах «Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах

В подборке книг — исследования на темы шизофрении, аутизма и зависимостей

Правила жизни
«Пингвин» с Колином Фарреллом: амбициозная история об еще одном противнике Бэтмена «Пингвин» с Колином Фарреллом: амбициозная история об еще одном противнике Бэтмена

О судьбе антигероя Пингвина в комиксах и на экране

Forbes
«Американцы и все остальные: Истоки и смысл внешней политики США» «Американцы и все остальные: Истоки и смысл внешней политики США»

Как Рузвельт убедил американцев вступить в Вторую Мировую войну

N+1
Дикая идея Дикая идея

Итальянская верфь Wider молода, но окружена легендарными личностями

Y Magazine
Гений, миллиардер, плейбой: уроки пикапа от Илона Маска Гений, миллиардер, плейбой: уроки пикапа от Илона Маска

Как сделать так, чтобы на тебя обратили внимание? Учит Илон Маск

Maxim
Таинственный организм, обнаруженный в озере Моно, может переписать историю жизни Таинственный организм, обнаруженный в озере Моно, может переписать историю жизни

Ученые обнаружили в озере Моно новый вид одноклеточных организмов

ТехИнсайдер
Время Кита. Осеннее небо Время Кита. Осеннее небо

Этой осенью мы завершаем разговор о созвездиях семейства Персея

Наука и жизнь
Человек умер после того, как хирурги удалили не ту часть тела Человек умер после того, как хирурги удалили не ту часть тела

Из-за чего допускаются врачебные ошибки?

ТехИнсайдер
Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков

Как распознать, что вы переписываетесь с нарциссом? Вот семь признаков

Psychologies
Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек

Следы от резинок носков могут быть временным и совершенно нормальным явлением

ТехИнсайдер
Лас-Вегас — Петушки Лас-Вегас — Петушки

Как снять фильм, в котором «пить» рифмуется с «играть»

Weekend
От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды

История осознания и становления собой через взаимодействие с мировой культурой

РБК
Самые интересные фильмы, в которых на первый взгляд ничего не происходит Самые интересные фильмы, в которых на первый взгляд ничего не происходит

Неспешные картины, которые намного интереснее современных блокбастеров

Maxim
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
Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету

Почему Леонардо Ди Каприо и другие звезды занялись защитой планеты?

Forbes
Голова идет кругом Голова идет кругом

С жалобой на головокружение обычно не спешат к врачу. И напрасно!

Лиза
НИТКА, ведущая в небо НИТКА, ведущая в небо

Что скрывается за аббревиатурой НИТКА и какого ее предназначение?

Наука и техника
Эффект Расемона: что это означает и как с ним бороться Эффект Расемона: что это означает и как с ним бороться

Эффект Расемона: разбираем происхождение термина и причины этого феномена

Psychologies
Трудно пить богу Трудно пить богу

Как Алексей Герман снял фильм-запой

Weekend
Открыть в приложении