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
Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии

Ваш взгляд на автомир больше не будет прежним

Maxim
«Железный купол»: логика работы и техническое воплощение «Железный купол»: логика работы и техническое воплощение

О принципах работы и основах устройства эффективного противоракетного комплекса

Наука
«Иерусалим земной и подземный» «Иерусалим земной и подземный»

Как были устроены первые археологические исследования в городе?

N+1
Схема мироздания Схема мироздания

Что объединяет орнамент, тело человека, элементарные частицы и земной шар?

Вокруг света
Идеолог «Архстояния»: «Сначала деревня помогла мне, а потом я помог ей» Идеолог «Архстояния»: «Сначала деревня помогла мне, а потом я помог ей»

Художник Николай Полисский — о современном искусстве и побеге из города в село

РБК
Надо радоваться Надо радоваться

Оксана Лаврентьева уверяет: любые кризисы – вовсе не повод предаваться унынию

VOICE
Микробиота кишечника определяет социальное поведение Микробиота кишечника определяет социальное поведение

Какие гены участвуют в механизме взаимодействия мозга и кишечника?

Наука
Из разведчиков в «шпионы» Из разведчиков в «шпионы»

При сталинской диктатуре государство всегда с подозрением относилось к гражданам

Дилетант
Кладовая России Кладовая России

Не обязательно иметь загранпаспорт, чтобы увидеть парящие горы Тяньцзи

Лиза
Первое свидание и знакомство с родителями: эти правила этикета помогут вам быть на высоте Первое свидание и знакомство с родителями: эти правила этикета помогут вам быть на высоте

Какие правила этикета нужно соблюдать на первой встрече с родителями партнера?

Psychologies
На краю земли На краю земли

Столетиями маяки выдерживают натиск стихии, подавая спасительные сигналы

Вокруг света
Дальше — больше Дальше — больше

Российские художники, чьи инсталляции меняют взгляд человека на окружающий мир

СНОБ
Тайна Ивана Павлова Тайна Ивана Павлова

Аспекты научной биографии Ивана Павлова, которые обычно остаются за кадром

Знание – сила
Кто сделает новый ГОЭЛРО? Кто сделает новый ГОЭЛРО?

Какие болевые точки отрасли энергетики видны специалистам?

Монокль
«Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе «Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе

Почему на самом деле в советах директоров или среди СЕО так мало женщин

Forbes
От древнеримских вилл до дальнего космоса От древнеримских вилл до дальнего космоса

Как умами ученых и политиков овладела перспектива создания ядерного оружия

Наука и техника
11 ложных представлений о любви, которые нам часто навязывают 11 ложных представлений о любви, которые нам часто навязывают

Действительно ли произносящий слова о чувствах человек искренне нас любит?

Psychologies
Золотые фотографии Золотые фотографии

В 1880 году Русское географическое общество получило уникальный дар...

Вокруг света
Как анализировать кино? Сохраните эту простую инструкцию! Как анализировать кино? Сохраните эту простую инструкцию!

Анализ фильмов — это процесс за рамками простого просмотра. Вот что нужно учесть

ТехИнсайдер
От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино

На примере самых заметных проектов: трансформация образа экранного родителя.

Правила жизни
Как мужчине удовлетворить женщину? Как мужчине удовлетворить женщину?

Как узнать, что женщина хочет в постели?

Maxim
Россияне полюбили избинг. Почему отдых в сельских домиках так нравится молодежи? Россияне полюбили избинг. Почему отдых в сельских домиках так нравится молодежи?

Что такое избинг и почему молодых людей привлекает загородный отдых

Psychologies
13 игр с поцелуями — от тех, которые оживят вашу прелюдию, до тех, которые подойдут для вечеринки 13 игр с поцелуями — от тех, которые оживят вашу прелюдию, до тех, которые подойдут для вечеринки

Игры с поцелуями: как насчет еще одного повода поцеловаться?

VOICE
Ареопаг против Хрущёва Ареопаг против Хрущёва

Властная элита СССР, которая тяжело поддавалась либерализации и реформаторству

Дилетант
Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня

С кем по материнской линии связаны неандертальцы из пещеры Стайня?

N+1
Нездоровый перфекционизм или похвальное стремление к совершенству: 7 советов, как перестать гнаться за идеалом Нездоровый перфекционизм или похвальное стремление к совершенству: 7 советов, как перестать гнаться за идеалом

Разве быть перфекционистом плохо? Когда это качество становится опасным?

Psychologies
Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье

Как знак зодиака может повлиять на отношения внутри семьи?

VOICE
Вперед, к гармонии Вперед, к гармонии

В чем отличие Seadeck 6 от лодок предыдущего поколения?

Y Magazine
Ирина Безрукова: «Важно успевать жить свою жизнь» Ирина Безрукова: «Важно успевать жить свою жизнь»

Ирина Безрукова: секреты ухода за собой и любовь к орхидеям

Здоровье
Открыть в приложении