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

Автономный шестилапый робот «MICROBRO» Автономный шестилапый робот «MICROBRO»

Как создать ровер, который сам везет ваш багаж туда, куда вам нужно?

Наука и техника
Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах

Как выправить ситуацию в «проседающей» компании

РБК
ИИ учит и учится ИИ учит и учится

Как технологии искусственного интеллекта внедряются в вузах

Эксперт
Агрономы с пропеллером Агрономы с пропеллером

На полях и над полями уже вовсю работают дроны. Агродроны

ТехИнсайдер
Большие надежды Большие надежды

Как дух эпохи беби-бума отражается в предметах

Вокруг света
Зачем нужна астрохимия? Зачем нужна астрохимия?

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

Знание – сила
8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка 8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка

Почему некоторые даже самые привычные слова лучше не говорить детям

Psychologies
Синдром навязчивых грез: что это такое, симптомы расстройства, как избавиться Синдром навязчивых грез: что это такое, симптомы расстройства, как избавиться

Когда воображение уводит нас слишком далеко и как понять, что мы уже «не норм»?

Psychologies
Анна Горбунова: «Счастье – это я» Анна Горбунова: «Счастье – это я»

Когда стоит идти к психологу и как найти своего специалиста

Лиза
8 потрясающих фактов о фильме «Битлджус» 8 потрясающих фактов о фильме «Битлджус»

«Битлджус» — фильм, который открыл для нас невиданный мир черных комедий

Maxim
«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
Опухоли повысили риск развития сердечно-сосудистых заболеваний Опухоли повысили риск развития сердечно-сосудистых заболеваний

Частота развития сердечно-сосудистых заболеваний выше у пациентов с опухолями

N+1
Сериал «Наследники» наяву: дети Руперта Мердока ведут борьбу за медиаимперию Сериал «Наследники» наяву: дети Руперта Мердока ведут борьбу за медиаимперию

Подробности скандала в духе сериала «Наследники» от HBO

СНОБ
Куда хотят женщины Куда хотят женщины

Что могут рассказать нам фильмы для взрослых о женских предпочтениях

Men Today
На Alibaba нашлась машинка для производства алмазов за скромные деньги. Но есть подвох На Alibaba нашлась машинка для производства алмазов за скромные деньги. Но есть подвох

Можно ли делать алмазы в гараже?

ТехИнсайдер
«Я всегда старалась успевать жить» «Я всегда старалась успевать жить»

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

OK!
30 лет альбому Nirvana — Unplugged in New York: история легендарной записи в цитатах очевидцев 30 лет альбому Nirvana — Unplugged in New York: история легендарной записи в цитатах очевидцев

Запись Nirvana для MTV Unplugged: как это было на самом деле?

СНОБ
Сбой системы Сбой системы

Как вовремя понять, что ребенка пора вести на прием к специалисту?

Лиза
Легенда морей Легенда морей

«Легенда» уже нашего времени, в реальности которой нет никаких сомнений

Y Magazine
«Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку «Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку

Сомелье рассказали, какие вина подойдут к яичнице, каше и сырникам

СНОБ
Вышиванка Вышиванка

Моду на вышитые рубашки вот уже более полувека упорно приписывают Никите Хрущёву

Дилетант
Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать

Что такое истинная близость? Откуда происходит миф о половинах?

VOICE
Палеогенетики прочитали ДНК людей эпохи неолита из французской карстовой шахты Палеогенетики прочитали ДНК людей эпохи неолита из французской карстовой шахты

Палеогенетики проанализировали ДНК из карстовой шахты Авен-де-ля-Букль

N+1
Александр Домогаров: «Я такого не мог себе позволить никогда! Впервые за 60 лет сделал то, что хотел» Александр Домогаров: «Я такого не мог себе позволить никогда! Впервые за 60 лет сделал то, что хотел»

Об Александре Вертинском рассказывает народный артист Александр Домогаров

Караван историй
Узлы на щитовидке Узлы на щитовидке

Чем опасны узлы в щитовидной железе?

Лиза
Основатель школы Wildmanager — о том, как вести бизнес на маркетплейсах Основатель школы Wildmanager — о том, как вести бизнес на маркетплейсах

Что покупают на маркетплейсах, какие бизнес-проекты не стоит запускать?

РБК
Тёплая осень 1964-го Тёплая осень 1964-го

«Не прошу милости — вопрос решён» — так Никита Хрущёв завершил своё выступление

Дилетант
От любви до ненависти и обратно От любви до ненависти и обратно

Советская интеллигенция возмутилась разносами, которые Хрущёв устроил художникам

Дилетант
Как стирать рубашки: 8 советов сотрудников прачечной Как стирать рубашки: 8 советов сотрудников прачечной

Рубашки определенно нуждаются (и заслуживают!) в особой процедуре стирки

VOICE
АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно

Как устроена автозаправка и что значат аббревиатуры на вывесках

РБК
Открыть в приложении