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
«Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так «Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так

Как понять, что ваша жизнь действительно походит мимо?

Psychologies
Анастасия Вертинская: «Главное, что я выстояла» Анастасия Вертинская: «Главное, что я выстояла»

Когда ты встаешь на какую-то определенную дорогу, нельзя быть трусом

Коллекция. Караван историй
Остановись мгновенье! Ученые рассказали, как изменить восприятие времени и сделать жизнь длиннее Остановись мгновенье! Ученые рассказали, как изменить восприятие времени и сделать жизнь длиннее

Вы когда-нибудь задумывались, почему время всегда ощущается по-разному?

ТехИнсайдер
Электрический адреналин Электрический адреналин

Арно Жакар первым преодолел маршрут Africa Eco Race на электрическом байке

ТехИнсайдер
Сиу-фактор: как Криштиану сделал своим командный жест «Реала» Сиу-фактор: как Криштиану сделал своим командный жест «Реала»

Как Криштиану Роналду искал свой фирменный стиль?

Forbes
Куда хотят женщины Куда хотят женщины

Что могут рассказать нам фильмы для взрослых о женских предпочтениях

Men Today
Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене

Как не наломать дров, пока пытаешься справиться с болью от измены партнера

VOICE
Премьера Премьера

Смотрим в кино «антибайопик» уральского поэта Бориса Рыжего

Собака.ru
Как защитить себя от газлайтинга в отношениях: 7 проверенных способов Как защитить себя от газлайтинга в отношениях: 7 проверенных способов

Как быстро и безошибочно вычислить газлайтера и защититься от его манипуляций

Psychologies
Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа

Как ультануть перед ребенком и почему вайб теперь может оказаться с минусом

Forbes
С электроникой в башке С электроникой в башке

Как в России развиваются исследования интерфейса мозг—компьютер

Наука
Елизавета Базыкина Елизавета Базыкина

24-летняя звезда Театра на Бронной Елизавета Базыкина — артистка новой формации

Собака.ru
Фен-шуй для маленькой квартиры или студии: как создать гармоничное пространство Фен-шуй для маленькой квартиры или студии: как создать гармоничное пространство

Эти простые советы помогут тебе сделать пространство более гармоничным

VOICE
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
Оттолкнуться от дна Оттолкнуться от дна

Из-за чего могут исчезнуть десятки российских рек?

Наука
Лас-Вегас — Петушки Лас-Вегас — Петушки

Как снять фильм, в котором «пить» рифмуется с «играть»

Weekend
История развития морских беспилотников. Часть 2 История развития морских беспилотников. Часть 2

Для чего используются беспилотные подводные аппараты

Наука и техника
Сезон не охоты Сезон не охоты

Как вдохновиться на подвиг вернуться к тренировкам?

Men Today
Знаменитые споры и конфликты писателей Знаменитые споры и конфликты писателей

Литературный мир — арена для самых ярых словесных баталий

Maxim
Кто остановит испанского слизня Кто остановит испанского слизня

Какие методы борьбы существуют против инвазивного вредителя — испанского слизня

Наука
Весна длиною в полгода Весна длиною в полгода

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

Дилетант
Подруги довели девушку до суицида. Психолог разъяснила, как проявляется «дружеская» травля Подруги довели девушку до суицида. Психолог разъяснила, как проявляется «дружеская» травля

Как определить, что в дружеских отношениях начинаются травля и буллинг

Psychologies
Музыка жизни Музыка жизни

В музыкальных звуках таится великая сила. Они развивают речь и не только

Лиза
Не только скорость Не только скорость

Скорость у лодок Pershing не является альтернативой эстетики и комфорта

Y Magazine
Разговоры о страшном Разговоры о страшном

Как обэриуты изучали мир, где остановилось время

Weekend
Нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов: каким был Иван Тургенев Нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов: каким был Иван Тургенев

Иван Тургенев — нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов

СНОБ
Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве

С насилием в той или иной сфере столкнулись 75% спортсменов

Forbes
Дорога жизни Дорога жизни

Сильное интервью с Александром Ильиным о роли в сериале “Трасса”

Men Today
Вера в чудеса Вера в чудеса

Аттракционы небольшого города, раскинувшегося на обоих берегах Волги, — Тутаева

Отдых в России
Открыть в приложении