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
Премьера Премьера

Смотрим в кино «антибайопик» уральского поэта Бориса Рыжего

Собака.ru
Инвесторы здесь не ходят Инвесторы здесь не ходят

Абхазия: экономика и инвестиции

Монокль
Услышать голос своей мудрости Услышать голос своей мудрости

Как психодрама поможет решить проблему выхода из эмоциональной зависимости

Psychologies
Разум толпы Разум толпы

Усредненный прогноз группы может быть более точным, чем суждения специалистов

ТехИнсайдер
Между первым и вторым Между первым и вторым

«Чужой: Ромул»: очень осторожный новый эпизод культовой франшизы

Weekend
«Человек с камерой»: шесть женских автобиографических документальных фильмов «Человек с камерой»: шесть женских автобиографических документальных фильмов

6 примеров «автофикшена» в кино

Forbes
Что такое «икигай», или как жить долго Что такое «икигай», или как жить долго

Что стоит за древним искусством «икигай», которое учит жить долго и счастливо

ТехИнсайдер
Культ удовольствия Культ удовольствия

Гедонизм — это хорошо или плохо?

Добрые советы
Видкун Квислинг, символ предательства Видкун Квислинг, символ предательства

Никто не получил такую порцию презрения при жизни и после, как Видкун Квислинг

Дилетант
Дом как вдохновение Дом как вдохновение

Трехэтажный загородный дом в живописном месте на западе Москвы

SALON-Interior
«Подай знак»: режиссерский дебют актрисы Зои Кравиц о злоупотреблении властью «Подай знак»: режиссерский дебют актрисы Зои Кравиц о злоупотреблении властью

Как фильм «Подай знак» привлекает к проблеме гендерного неравенства?

Forbes
Страна красивых мужчин и дорогой жизни: как и зачем россияне едут в Южную Корею Страна красивых мужчин и дорогой жизни: как и зачем россияне едут в Южную Корею

Чем Южная Корея привлекает россиян, как получить там рабочую визу?

Forbes
Бурлацкий стан Бурлацкий стан

Чем знаменито село Ширяево в Самарской области?

Отдых в России
Кошки, электричество, дороги Кошки, электричество, дороги

Как связаны дороги, электричество и кошки?

Наука и жизнь
Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст

Малышка по имени Марджори Уэст таинственно исчезла в лесах Пенсильвании

ТехИнсайдер
Красавцы: плюсы, минусы, подводные камни Красавцы: плюсы, минусы, подводные камни

Красавцы демонизированы общественным мнением, но сколько в этом правды?

Новый очаг
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
Небесная Европа Небесная Европа

Возможно, спутник Юпитера — место, где есть, пусть и самая примитивная, жизнь?

Знание – сила
Анатомия QR-кодов: как устроены загадочные черно-белые квадраты Анатомия QR-кодов: как устроены загадочные черно-белые квадраты

QR-коды могут содержать разную информацию, как же им удается это все впитывать?

ТехИнсайдер
Сколько стоит ваше время и как лучше говорить «нет»: секреты продуктивности Google Сколько стоит ваше время и как лучше говорить «нет»: секреты продуктивности Google

Отрывок из книги «Аптайм. Оптимальный способ управления временем и энергией»

Forbes
«Прощай, United States!» Пароход размером больше «Титаника» станет мега-рифом «Прощай, United States!» Пароход размером больше «Титаника» станет мега-рифом

Корабль United States погибает, чтобы наконец начать приносить пользу

ТехИнсайдер
6 уроков счастья из крупнейших исследований 6 уроков счастья из крупнейших исследований

Надоело гоняться за счастьем, вместо того чтобы наслаждаться им?

ТехИнсайдер
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
Сам и носи Сам и носи

Александр Цыпкин и не думает защищать независимость мужского гардероба

VOICE
Искусство Искусство

Важнейшие арт-события года по версии RR

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Сезон не охоты Сезон не охоты

Как вдохновиться на подвиг вернуться к тренировкам?

Men Today
Как в России научились делать джины и при чем здесь бармены Как в России научились делать джины и при чем здесь бармены

Чем интересен российский джин

СНОБ
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
Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении

Шаровая молния: загадочное явление, которое притягивает и пугает одновременно

ТехИнсайдер
Открыть в приложении