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

Дженнифер Энистон. «Друзья» навсегда Дженнифер Энистон. «Друзья» навсегда

«Девчонка из соседнего двора» или «Американская любимица»

Караван историй
Разница в таблетках Разница в таблетках

Дешевые аналоги дорогих лекарств – стоит ли экономить на здоровье?

Лиза
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
Надо радоваться Надо радоваться

Оксана Лаврентьева уверяет: любые кризисы – вовсе не повод предаваться унынию

VOICE
Сезон не охоты Сезон не охоты

Как вдохновиться на подвиг вернуться к тренировкам?

Men Today
Загадка человеческой психики: как формируются фобии Загадка человеческой психики: как формируются фобии

Фобии: как именно они возникают, что становится катализатором?

ТехИнсайдер
Как в России жили, спивались и умирали слоны Как в России жили, спивались и умирали слоны

Трагические истории слонов, которых дарили персидские правители российским царям

СНОБ
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
Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги

Можно ли в российских реалиях строить добротные долговечные дороги?

ТехИнсайдер
Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»? Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»?

О параллелях, смыслах и оглушающем эффекте сериала «Аутсорс»

Правила жизни
Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие

Почему одним людям мукбанг нравится, а других раздражает?

Psychologies
Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий

Зачем крупные отраслевые игроки решают коммерциализировать свои IT-решения?

Forbes
Огнедышащий голос и путеводная ярость: 9 лиц Егора Летова Огнедышащий голос и путеводная ярость: 9 лиц Егора Летова

От музыканта до фантаста: ипостаси Егора Летова

Правила жизни
Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной

Скончался наставник нескольких звезд тенниса. Роберт Лэнсдорп прожил 85 лет

VOICE
«Все полюбили лицо, а не искусство»: Егор Зайцев — о Борисе Рыжем «Все полюбили лицо, а не искусство»: Егор Зайцев — о Борисе Рыжем

Борис Рыжий: понимаем ли мы, что стоит за любимым лирическим героем?

РБК
Гений места Гений места

Архыз, Ольхон, Красная Поляна — о любимых маршрутах рассказывают гиды

Новый очаг
На новой высоте На новой высоте

Квартира непростой архитектуры, с огромной антресолью и множеством несущих балок

Идеи Вашего Дома
Два алтаря для одной жертвы Два алтаря для одной жертвы

Как героиня греческого мифа Ифигения из символа подвига стала символом отчаяния

Weekend
Нечестный процент Нечестный процент

Вместо честной годовой доходности по вкладу банки демонстрируют чудеса хитрости

Монокль
Еще раз про синий свет смартфонов. Мешает ли он засыпать Еще раз про синий свет смартфонов. Мешает ли он засыпать

Как синий свет влияет на качество засыпания?

ТехИнсайдер
Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель

Дирижер Филипп Чижевский — о музыке, путешествиях и эмоциях

СНОБ
Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье

Как изменились позиции женин на российском рынке труда?

Forbes
«Джеймс Уэбб» заподозрил наличие экзогиганта у близкого белого карлика «Джеймс Уэбб» заподозрил наличие экзогиганта у близкого белого карлика

«Джеймс Уэбб» обнаружил избыток инфракрасного излучения от WD 0310–688

N+1
Коты — это жидкость: как этим пушистым животным удается пролезать сквозь узкие щели? Коты — это жидкость: как этим пушистым животным удается пролезать сквозь узкие щели?

Как кошки могут пролезать сквозь узкие щели?

ТехИнсайдер
«Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз «Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз

Как девчонки в неоновых лосинах и с начесами на головах покорили СССР?

Forbes
Весна длиною в полгода Весна длиною в полгода

Воспоминания, как август 1968-го окончательно положил конец «оттепели»

Дилетант
Через горы к морю Через горы к морю

Как грамотно пройти маршрут номер восемь в Кавказском биосферном заповеднике

Отдых в России
Ярко и со вкусом Ярко и со вкусом

Необычная, очень солнечная по настроению квартира в ярком и цветном интерьере

Идеи Вашего Дома
Налог на бездетность и запрет на самогоноварение: 5 странных законов времен СССР Налог на бездетность и запрет на самогоноварение: 5 странных законов времен СССР

О 5 самых странных законах, которые советские граждане были обязаны соблюдать

ТехИнсайдер
Кетодиета Кетодиета

Кетодиета остаётся предметом изучения и споров

Здоровье
Открыть в приложении