Сто лет на железных дорогах России работает электротяга. Но как все начиналось?

Наука и техникаHi-Tech

От пара и лошади – к электричеству. Начала электротяги

Варгатый Иван, https://dzen.ru/vivan755

«Вольный перевод» французского электровоза Alstom PRIMA II, произведенный в Казахстане

Вот уже сто лет на железных дорогах России работает электротяга. Начиналось все с участков, России сейчас не принадлежащих, – пригородной Баку-Сабунчиской дороги и находящегося в Грузии Сурамского перевала. Свои участки с электротягой в наследство от СССР получили Казахстан, Украина, Узбекистан, Белоруссия, Абхазия. Каждая из стран пошла своим путем: Белоруссия закупает новые электровозы и электропоезда в Китае и Швеции; Казахстан построил свой завод и собирает на нем электровозы совместно с французами, а электропоезда закупает в России; Азербайджан купил несколько локомотивов у Казахстана.

И почти все государства теми или иными темпами расширяют электрифицированный полигон. В лентах мелькают новости и о закупках локомотивов, и об электрификации. А вот в сознании обывателя почему-то энергохозяйству места не находится – даже дети если и мечтают работать на железной дороге, то непременно машинистом, иногда – проводником. Работа службы Э (как еще со времен МПС кодируется в документах служба электроснабжения) остается в тени. Как и работа «шнуровиков», они же СЦБисты, или сотрудники службы Ш – сигнализации, централизации, блокировки, отвечающей за светофоры, управление стрелками и прочую автоматику управления движением. В данной серии статей восполним эти пробелы.

Реостат, стоящий в середине крыши электровоза ЧС2Т, – ящик с ленточными сопротивлениями

Начинался электротранспорт с постоянного тока. Да что транспорт – сама электротехника начиналась с постоянного тока, с опытов Вольты, Гальвани, Ампера. Пророк электричества в Новом Свете, хитрый Томас Эдисон, тоже продвигал промышленное внедрение системы постоянного тока, не гнушаясь жульничеством – достаточно вспомнить его публичные опыты с собаками. А старушка Европа в лице Н. Теслы и М.О. Доливо-Добровольского делала ставку на переменный ток, в итоге и воцарившийся в электроснабжении. Михаил Осипович, наш соотечественник, даже создал асинхронный двигатель, который, пожалуй, можно назвать царем электродвигателей – простейший и надежный, он применяется на всем – от холодильников до прокатных станов. И он работает на переменном токе.

Казалось бы, двигатель с такими качествами незаменим на транспорте. Сейчас действительно все к этому идет семимильными шагами, многие зарубежные компании выпускают подвижной состав лишь с асинхронными тяговыми электродвигателями (ТЭД). Но в начале XXI века есть то, чего не было в конце XIX – начале XX: надежные и недорогие преобразователи частоты и числа фаз. Асинхронный двигатель при всех своих достоинствах развивает достаточный на транспорте крутящий момент лишь при трехфазном питании. А три фазы на локомотив подать сложно. И с регулированием проблемы: при питании напрямую от сети «асинхронник» устойчиво работает лишь на одной скорости, что приемлемо для холодильника, но совершенно нереально для локомотива.

Поэтому на электрическом транспорте прочно занял позиции коллекторный двигатель, который можно регулировать способом, описанным еще у А.С. Новикова-Прибоя в «Цусиме», – реостатом, то есть сопротивлением, ограничивающим ток. Остается лишь подвесить контактный провод, подать в него «плюс», рельсы подключить к «минусу» – и электрическая железная дорога готова. Однако каждый пункт ставит свои вопросы.

Самый очевидный: какое использовать напряжение? Изоляция обмоток двигателей на закате «серебряного века» была квелой, обычно – хлопчатобумажной, больших напряжений не держала, особенно если отсыреет. А сырости на транспорте хватает. Кроме того, коллектор двигателя – непрерывно работающий переключатель, превращающий постоянный ток в переменный для питания витков обмотки якоря, на нем постоянно идет процесс дугогашения – разрыва тока между щеткой и пластиной. Каково гасить дугу при напряжении в десятки и сотни тысяч вольт – можно посмотреть на видеороликах про работу выключателей подстанций.

На коллекторе напряжения на порядки скромнее – подведенное к щеткам напряжение поровну делится между пластинами коллектора, находящимися между щетками1, это напряжение называется межламельным. Если посчитать число пластин, находящихся между щетками, у электродрели либо кофемолки, и поделить на него напряжение сети (220 вольт), то получается порядка 20–30 вольт. При малых токах двигатель приемлемо работает и при бóльшем межламельном напряжении, для тяжелых же условий, в которых трудятся тяговые двигатели, много будет и 30 В.

1. В реальности из-за искажения магнитного потока, так называемой реакции якоря, напряжения распределяются неравномерно, ухудшая коммутацию. Подробнее об этом рассказано на дзен-канале автора в цикле «Труженик электродвигатель»

Якорь тягового двигателя электровоза весит до двух тонн, и основная доля в этой массе – электротехническая сталь и медь

Можно забежать вперед и заглянуть в двигатели поздних советских электровозов. ТЭД электровоза ВЛ10 рассчитан на номинальное напряжение 1500 вольт, на его коллекторе 525 пластин, электровоза ВЛ80 – на 950 вольт, там 384 пластины. На обоих двигателях 6 групп щеток, примерно 8% пластин перекрывается щетками: под щетками между пластинами напряжения нет. Делим 525 на 6, на получившееся число пластин делим 1500 вольт и добавляем 8%. Получается 18,5 вольт. На ВЛ80 – 16 вольт. Довольно комфортные условия коммутации, если закрыть глаза на то, что тяговый двигатель работает в условиях тряски, запыленности, брызг воды и снега, которые здорово укорачивают электромашине жизнь.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как заселяли Америку Как заселяли Америку

Когда именно и как шло расселение человека на американском континенте?

Наука и техника
Синхронное плавание Синхронное плавание

Владимир Кристовский и его жена Ольга о вдохновении для всех, кто его ищет

Psychologies
«Павлин» взвесит кур на расстоянии «Павлин» взвесит кур на расстоянии

«Павлин Техно» разработала первый в мире метод бесконтактного взвешивания птиц

Монокль
Думать — больно? Западные эксперты рассказали, как сознательно снизить уровень стресса Думать — больно? Западные эксперты рассказали, как сознательно снизить уровень стресса

Мышление может причинять боль? Вот как это объясняют специалисты!

ТехИнсайдер
Символы. Образы. Эмблемы Символы. Образы. Эмблемы

Материалы Главной темы этого номера посвящены многообразию знаков

Знание – сила
Муж приковал ее на 40 дней к дереву! Как американка пережила домашнее насилие Муж приковал ее на 40 дней к дереву! Как американка пережила домашнее насилие

История женщины, которую бывший муж оставил в джунглях умирать

ТехИнсайдер
С чистого листа С чистого листа

Основные возрастные кризисы, которые случаются в жизни почти каждой женщины

Лиза
Древнего дюгоня покусали акулы и крокодил Древнего дюгоня покусали акулы и крокодил

Палеонтологи описали остатки вымершего дюгоня из рода Culebratherium

N+1
Видимость — «в молоко» Видимость — «в молоко»

Как живут оленеводы за полярным кругом, изучал Сергей Абдульманов

2Xplore
Сергей Катырин: Проблема трансграничных платежей по-прежнему актуальна Сергей Катырин: Проблема трансграничных платежей по-прежнему актуальна

Экономика страны напрямую связана с развитием малого и среднего бизнеса

ФедералПресс
Секс — мощное оружие маркетинга: жесткая диктатура длинных ног и коротких половых связей Секс — мощное оружие маркетинга: жесткая диктатура длинных ног и коротких половых связей

Почему быть сексуальным и иметь половую жизнь — это показатель престижа?

Psychologies
Крушение «Осоавиахима» Крушение «Осоавиахима»

В 1933 году граждане СССР праздновали триумф науки и техники — полёт стратостата

Дилетант
«Наша награда очень справедлива» «Наша награда очень справедлива»

NILETTO, Олег Майами и Лёша Свик — о совместной работе в «ЕКБойз»

ЖАРА Magazine
Точка опоры Точка опоры

Мифов о позвоночнике сложено немало, разбираем самые живучие из них

Лиза
Терраформирование Марса уже не фантастика Терраформирование Марса уже не фантастика

Для терраформирования Марса необходимо увеличить его температуру на 10°C

ТехИнсайдер
3 роскошные альтернативы новому внедорожнику Tank 700. Подробности и цены 3 роскошные альтернативы новому внедорожнику Tank 700. Подробности и цены

Три достойные альтернативы для флагмана Great Wall

РБК
Хайп против сатиры: по-прежнему ли работы Бэнкси стоят внимания Хайп против сатиры: по-прежнему ли работы Бэнкси стоят внимания

Как Бэнкси превращается в Кэти Пэрри в мире стрит-арта

СНОБ
В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр

Какими перспективами может обернуться сотрудничество в отрасли видеоигр РФ и КНР

Forbes
Вопрос психологу: как стресс влияет на принятие решений? Вопрос психологу: как стресс влияет на принятие решений?

Какое влияние стресс оказывает на мышление и поведение?

Правила жизни
Имел несчастие быть немцем… Имел несчастие быть немцем…

Кто такой был Эрнст Иоганн Бирон и как он был связан с Анной Иоанновной?

Дилетант
Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль

Вы когда-нибудь чувствовали, как мозг горит после изнурительного рабочего дня?

ТехИнсайдер
Юридические тексты сравнили с магическими заклинаниями Юридические тексты сравнили с магическими заклинаниями

Зачем авторы официальных текстов используют такие сложные конструкции?

N+1
Периодический закон работает в масштабах Вселенной Периодический закон работает в масштабах Вселенной

Зачем астрохимия моделирует процессы, протекающие в межзвёздном пространстве?

Наука и жизнь
Мозг и жизнь Мозг и жизнь

Наталья Петровна Бехтерева: открытия главного и загадочного нейрофизиолога

Собака.ru
Алексей Горенский: «Наши выпускники — настоящие таланты» Алексей Горенский: «Наши выпускники — настоящие таланты»

О том, как сейчас создается будущее индустрии гостеприимства

Bones
«Да ладно!» Новая теория постройки пирамид выглядит логичной, но ученые в сомнениях «Да ладно!» Новая теория постройки пирамид выглядит логичной, но ученые в сомнениях

Египетские строители доставляли каменные блоки к месту стройки вплавь по каналам

ТехИнсайдер
Японцы в России? Что? Да! Чем хорош новый Subaru Outback Японцы в России? Что? Да! Чем хорош новый Subaru Outback

Обновленный модельный ряд Subaru Outback по-прежнему доступен в России

Maxim
Тяжба дяди Дреда Тяжба дяди Дреда

История афроамериканца Дреда Скотта, который пытался оспорить свои права в суде

Дилетант
Сербская литиевая драма Сербская литиевая драма

Руководство Сербии дало добро на разработку крупного месторождения лития

Монокль
3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви 3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви

Эмоциональное насилие, в котором ошибочно видят проявление заботы

Psychologies
Открыть в приложении