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

Немирное «земледелие» Немирное «земледелие»

Как работает система залпового минирования

Популярная механика
Трезвость особая Трезвость особая

«Москва — Петушки» как путь праведника

Weekend
Великий комбинатор Великий комбинатор

Знаменитый аферист времен великой депрессии Виктор Люстиг

Вокруг света
Сырьевое эмбарго: резервы небольшие Сырьевое эмбарго: резервы небольшие

Очевидных кандидатов на контрсанкции на третьем году санкционной войны немного

Монокль
Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета

Производство самолетов: окончание сборки и начало испытаний

Наука и техника
Шведские роботы против Балтийского флота Шведские роботы против Балтийского флота

Как маленькая нейтральная Швеция стала одним из пионеров ракетостроения

Обозрение армии и флота
Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу

Как устроены «проекты на колесах», которые уже вошли в историю

Правила жизни
Эффекта ноль Эффекта ноль

4 самые бесполезные косметологические процедуры — мнение врача

Лиза
Александра Урсуляк: «Вечером я — Ермолова, а с утра я «у станка» Александра Урсуляк: «Вечером я — Ермолова, а с утра я «у станка»

«Даже «розовая героиня» не должна переживать, что переходит на возрастные роли»

Караван историй
Илон Маск или Китай. Кто первым совершит посадку на Марсе Илон Маск или Китай. Кто первым совершит посадку на Марсе

Кто победит в гонке по покорению Марса: Илон Маск или Китай?

ТехИнсайдер
Есть свет для бедных и свет для богатых Есть свет для бедных и свет для богатых

Правда ли, что человечество слепнет, и можно ли вернуть зрение слепому человеку?

Наука
Гостья из космоса Гостья из космоса

Актриса Софья Лебедева — о фантастике, свободе и страхах

OK!
От создателей «Южного парк» и «Офиса»: самые высокооплачиваемые шоураннеры — 2024 От создателей «Южного парк» и «Офиса»: самые высокооплачиваемые шоураннеры — 2024

Рейтинг самых высокооплачиваемых шоураннеров 2024 года

Forbes
Вышиванка Вышиванка

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

Дилетант
Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане? Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане?

Почему на Титане можно представить только неземлеподобную жизнь?

Наука и техника
Инвестиции на автомате Инвестиции на автомате

Как устроены робоэдвайзеры и кому они нужны

Деньги
Убивают микробы и увлажняют воздух: какие домашние растения помогут вашему здоровью Убивают микробы и увлажняют воздух: какие домашние растения помогут вашему здоровью

Какие растения помогут поддерживать здоровье экосистемы под родной крышей

ТехИнсайдер
Артиллерия в новом веке Артиллерия в новом веке

Основные направления развития рынка артиллерийского вооружения

Обозрение армии и флота
7 признаков того, что отношения не сложатся 7 признаков того, что отношения не сложатся

Точно ли ваши с партнером взгляды на совместное будущее совпадают?

Psychologies
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
Какой здоровый орган! Какой здоровый орган!

Советы от врачей разных специализаций, чтобы не стать их пациентами

Men Today
Змею вырвало двумя змеями поменьше Змею вырвало двумя змеями поменьше

Герпетолог встретил индиговую змею, которую вырвало двумя более мелкими змеями

N+1
Разговаривать с собой: нормально ли это? Разговаривать с собой: нормально ли это?

Может ли внутренний диалог принести пользу? Или наоборот — причинить вред?

Psychologies
Индикатор планеты Индикатор планеты

Арктика – главный и наиболее чувствительный индикатор климатических изменений

Отдых в России
История щербета: вы всю жизнь произносили это слово неправильно. Даже производители десерта пишут его с ошибкой История щербета: вы всю жизнь произносили это слово неправильно. Даже производители десерта пишут его с ошибкой

Что значит слово «щербет»?

ТехИнсайдер
4 явления, с которыми вы обязательно столкнетесь на сеансах у психолога 4 явления, с которыми вы обязательно столкнетесь на сеансах у психолога

Что происходит с нами во время работы с психотерапевтом?

Psychologies
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
Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере

Чтобы избежать ошибок, нужно учесть некоторые правила в подборе цвета интерьера

Лиза
Григорий Сергеев: Ищу человека Григорий Сергеев: Ищу человека

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

Maxim
Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше

Специфическое заболевание амавроз Лебера научились лечить генной терапией

ТехИнсайдер
Открыть в приложении