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
«Надо уважать чужое мнение за то, что оно чужое» «Надо уважать чужое мнение за то, что оно чужое»

Как Юрий Лотман пересилил время

Weekend
Созданная указом Екатерины Великой Созданная указом Екатерины Великой

Ее привычно называют «Публичка». Сколь многое готовилось именно здесь!

Знание – сила
Кто остановит испанского слизня Кто остановит испанского слизня

Какие методы борьбы существуют против инвазивного вредителя — испанского слизня

Наука
Звук тишины Звук тишины

Шесть простых стратегий для успокоения ума

Yoga Journal
Бегущий по шейкеру: как набрать массу, когда нет времени Бегущий по шейкеру: как набрать массу, когда нет времени

Что нужно делать, когда на весах нужен плюс, а на часах везде минус?

Правила жизни
Тёплая осень 1964-го Тёплая осень 1964-го

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

Дилетант
Микроэлектронику растят льготами Микроэлектронику растят льготами

Радиоэлектронная промышленность получит дополнительные преференции

Монокль
Дом как вдохновение Дом как вдохновение

Трехэтажный загородный дом в живописном месте на западе Москвы

SALON-Interior
Лираглутид эффективно снизил массу тела при ожирении у детей с шести лет Лираглутид эффективно снизил массу тела при ожирении у детей с шести лет

Терапия лираглутидом вполне эффективна у детей в возрасте 6–11 лет

N+1
Загрязнители воздуха по-разному повлияли на повседневную двигательную активность американцев Загрязнители воздуха по-разному повлияли на повседневную двигательную активность американцев

Загрязнение воздуха влияет на двигательную повседневную активность

N+1
Расхламляйся! Расхламляйся!

Как расстаться навсегда с ненужным скарбом?

Лиза
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

Ученые обнаружили нервные клетки, которые вызывают кашель или чихание у мышей

ТехИнсайдер
«Десять жизней Мариам»: роман о женщине, которая дождалась отмены рабства «Десять жизней Мариам»: роман о женщине, которая дождалась отмены рабства

Глава из книги «Десять жизней Мариам»

Forbes
Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана

По каким признакам можно понять, что партнер вас использует?

Psychologies
Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое

Китайский писатель Лю Чжэньюнь о визитах в Россию и русской литературе

СНОБ
Мошенники притворились Брэдом Питтом и обманули поклонниц на миллионы: почему женщины так легко верят интернет-любовникам? Мошенники притворились Брэдом Питтом и обманули поклонниц на миллионы: почему женщины так легко верят интернет-любовникам?

Жулики используют различные уловки, чтобы вызвать доверие и манипулировать

Psychologies
«Лада Интрига? Нет, не слышал»: 10 смешных, прикольных и просто странных названий, которые могли быть у моделей АвтоВАЗ «Лада Интрига? Нет, не слышал»: 10 смешных, прикольных и просто странных названий, которые могли быть у моделей АвтоВАЗ

Около 30 названий моделей авто, припасенных АвтоВАЗом для себя

ТехИнсайдер
Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма

Истории детей и подростков, которые примеряют на себя образы животных

СНОБ
Родителям: как останавливать конфликты между сестрами и братьями Родителям: как останавливать конфликты между сестрами и братьями

Не усугубляете ли вы с помощью этих фраз конфликты между вашими детьми?

Psychologies
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
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
Григорий Сергеев: Ищу человека Григорий Сергеев: Ищу человека

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

Maxim
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
Дым, милый дым Дым, милый дым

Как создать идеальный автомобиль для дрифта

Men Today
Все будет сухо. 7 мифов о дезодорантах, в которые пора перестать верить Все будет сухо. 7 мифов о дезодорантах, в которые пора перестать верить

Бытует мнение, что дезодоранты вызывают проблемы со здоровьем. Так ли это?

Лиза
Выйти замуж, чтобы сбежать от родителей: что не так с этим сценарием Выйти замуж, чтобы сбежать от родителей: что не так с этим сценарием

Вступление в брак часто связывают с началом взрослой жизни, но так ли это?

Psychologies
10 типов людей, которые всех бесят 10 типов людей, которые всех бесят

Разбираем типажи людей, поведение которых вводит нас в недоумение

Psychologies
Королевские игры Королевские игры

Фрагменты документальной книги Тины Браун «Дом Виндзоров»

RR Люкс.Личности.Бизнес.
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
Открыть в приложении