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

Большая музыка Большая музыка

Слава Мэрлоу — о слагаемых хита и отличии музыки XX века от современной

Правила жизни
Заполнить униформу Заполнить униформу

Как армейские куртки стали инструментом борьбы с системой

Правила жизни
Художник и знаток Художник и знаток

Как художники Возрождения помогали ученым, а порой и опережали их в изысканиях

Вокруг света
Хроника отравления Хроника отравления

Что раскручивает маховик школьной агрессии и как его затормозить?

Psychologies
Двигатель Renault К4М: описание и характеристики Двигатель Renault К4М: описание и характеристики

Все о двигателе K4M: надежность, особенности, характеристики

РБК
Бесчеловечный флот Америки Бесчеловечный флот Америки

Основные программы в области создания надводных роботизированных систем ВМС США

Обозрение армии и флота
Морская граница на замке Морская граница на замке

Почему Береговая охрана Пограничной службы ФСБ должна стать резервом для флота

Обозрение армии и флота
И на стволах растут плоды И на стволах растут плоды

Одни фрукты, висят на ветвях, а другие забрались на стволы. Интересно, зачем?

Наука и жизнь
Трогательная история! Как стоматолога из Сирии воспитал отец с синдромом Дауна Трогательная история! Как стоматолога из Сирии воспитал отец с синдромом Дауна

Люди с синдромом Дауна не могут стать хорошими отцами? Джад Исса с этим поспорит

ТехИнсайдер
Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов

Какими винами можно наслаждаться еще весь август?

Maxim
А ты возьми и купи слона А ты возьми и купи слона

Как узнать все секреты продавцов, чтобы покупать осознанно?

Psychologies
«Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет» «Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет»

Александр Сафиулин о переходе российских компаний на новые цифровые решения

РБК
США запутались в ключах от Белого дома США запутались в ключах от Белого дома

Замена кандидата в президенты оживила предвыборную борьбу в США

Монокль
Рис, майонез и еще 3 продукта, которые можно использовать во время уборки Рис, майонез и еще 3 продукта, которые можно использовать во время уборки

Какие продукты для уборки подойдут не хуже, чем чистящие спреи и губки

VOICE
Белый спирт из Китая, покоривший мир Белый спирт из Китая, покоривший мир

В Китае свои алкогольные традиции

Зеркало Мира
«Дизайн-завод»: реинкарнация арт-кластера в Москве «Дизайн-завод»: реинкарнация арт-кластера в Москве

«Дизайн-завод»: как небольшое местечко в Москве превратилось в арт-район

Psychologies
Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы

О механизме инвалидизации — о том, что неуместная помощь может приносить вред

Psychologies
«Все побежали, и я побежал» «Все побежали, и я побежал»

Что такое конформность в психологии

Лиза
Суздаль — город крепкий: мэр города Алиса Бирюкова Суздаль — город крепкий: мэр города Алиса Бирюкова

Суздаль: о программе к юбилею, постоянном благоустройстве, местных жителях

СНОБ
Стрит-арт полушепотом Стрит-арт полушепотом

Артем Филатов: ботаническая философия

Weekend
Рабочий, колхозница и граненый стакан Рабочий, колхозница и граненый стакан

Вера Мухина создала главный советский памятник и культовую советскую посуду

Правила жизни
Слышали про «Блицкриг»? Вот как работает эта военная стратегия: интересный факт! Слышали про «Блицкриг»? Вот как работает эта военная стратегия: интересный факт!

Как устроен «Блицкриг»?

ТехИнсайдер
Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе? Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе?

Какие важные факты об SPF важно держать в голове?

Правила жизни
Снижение самооценки и панические атаки: чем опасно позитивное мышление Снижение самооценки и панические атаки: чем опасно позитивное мышление

Стоит ли придерживаться позитивного мышления? Отвечает гештальт-терапевт

Psychologies
Периодический закон работает в масштабах Вселенной Периодический закон работает в масштабах Вселенной

Зачем астрохимия моделирует процессы, протекающие в межзвёздном пространстве?

Наука и жизнь
Крах по расписанию: продажи московских новостроек рухнули в июле Крах по расписанию: продажи московских новостроек рухнули в июле

В июле количество заключенных ДДУ в Москве снизилось на 40%

Forbes
Что такое адсорбер: из чего состоит и как проверить его работоспособность Что такое адсорбер: из чего состоит и как проверить его работоспособность

Зачем нужен современному автомобилю адсорбер и на что он влияет

РБК
Как диета с ограничением калорий влияет на рак Как диета с ограничением калорий влияет на рак

Как диета, имитирующая голодание, влияет на здоровые и раковые клетки организма?

ТехИнсайдер
Аэробика с пользой для хозяйства Аэробика с пользой для хозяйства

Извлекай выгоду для фигуры и здоровья, занимаясь привычными домашними делами

Лиза
Обжиг: привет керамика! Обжиг: привет керамика!

Место, где не просто «горшки обжигают»

КАНТРИ Русская азбука
Открыть в приложении