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
Ближний Дальний Восток Ближний Дальний Восток

Какие уроки истории стоит не забывать современным экономистам

Деньги
Играть по правилам и без Играть по правилам и без

Где та грань в хитрости, которую не стоит переступать?

Psychologies
Фильмы, где актеры сыграли сразу нескольких героев Фильмы, где актеры сыграли сразу нескольких героев

Многоликий артист — редкость, но великий плюс любому фильму

Maxim
Уродливая Вселенная Уродливая Вселенная

Как концепция «прекрасного мироздания» вредит науке

Вокруг света
У кошек есть весомый аргумент, чтобы спать на вещах своего хозяина У кошек есть весомый аргумент, чтобы спать на вещах своего хозяина

Зачем кошки спят на вашей одежде?

ТехИнсайдер
3 потребности, по которым можно распознать нарцисса в новом знакомом 3 потребности, по которым можно распознать нарцисса в новом знакомом

Как вычислить нарцисса на первом свидании?

Psychologies
На прожарке мне катастрофически некомфортно: интервью с Евгением Чебатковым На прожарке мне катастрофически некомфортно: интервью с Евгением Чебатковым

Евгений Чебатков: каково это — быть любимцем публики и объектом споров

СНОБ
«Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами «Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами

Почему писателей уже можно считать новыми инфлюенсерами?

Правила жизни
Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий

Зачем крупные отраслевые игроки решают коммерциализировать свои IT-решения?

Forbes
Антиалкогольная компания Антиалкогольная компания

Десятка выдающихся пьяниц, алкоголиков и выпивающих героев мирового киноэкрана

Weekend
Как музыкальный фестиваль Lilith Fair сломал стереотипы о женщинах на сцене Как музыкальный фестиваль Lilith Fair сломал стереотипы о женщинах на сцене

История фестиваля Lilith Fаir, который перевернул представление о женщинах

Forbes
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

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

ТехИнсайдер
Спрятаться от всего мира Спрятаться от всего мира

Один из самых захватывающих маршрутов стартует на Бали и ведет к Нуса‑Тенггара

Y Magazine
Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года

Как Отечественная война 1812 года закрепилась в сознании людей?

Знание – сила
Вот что интересно узнать о пестрой и жужжащей птичке: 15 любопытных фактов о колибри Вот что интересно узнать о пестрой и жужжащей птичке: 15 любопытных фактов о колибри

Забавные колибри примечательны не только своими миниатюрными размерами!

ТехИнсайдер
HAVAL H5: Лёгкий, длинный и не слишком дорогой HAVAL H5: Лёгкий, длинный и не слишком дорогой

Замена Chevrolet Tahoe — Haval Н5: весит меньше, а стоит дешевле

4x4 Club
А вы знали? Вот как обтягивающая одежда может навредить вашему здоровью! А вы знали? Вот как обтягивающая одежда может навредить вашему здоровью!

Почему вам стоит убрать обтягивающую одежду из своего гардероба

ТехИнсайдер
«Полевые биологи в лицах» «Полевые биологи в лицах»

Каково изучать мант в естественной среде обитания

N+1
К чему снятся змеи: толкование символа и мнение психолога К чему снятся змеи: толкование символа и мнение психолога

Как толковать символ змеи во снах? Поможет разобраться психоаналитик

Psychologies
«Принцесса палеонтологии»: как Мэри Эннинг первой нашла скелеты доисторических ящеров «Принцесса палеонтологии»: как Мэри Эннинг первой нашла скелеты доисторических ящеров

Как находки Мэри Эннинг перевернули представления о доисторической жизни

Forbes
Небесная Европа Небесная Европа

Возможно, спутник Юпитера — место, где есть, пусть и самая примитивная, жизнь?

Знание – сила
Антикризисная программа Антикризисная программа

Кризис семейной жизни — дело житейское, но как к нему подготовиться?

Добрые советы
Чистоплотный, примерный семьянин и настоящий пловец: 12 впечатляющих фактов об образе жизни дикобразов Чистоплотный, примерный семьянин и настоящий пловец: 12 впечатляющих фактов об образе жизни дикобразов

Как дикобразы обустраивают своё жилище? Какие у них отношения в семье?

ТехИнсайдер
Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам

Почему соискатели не готовы рассматривать вакансии в компаниях-франчайзи?

Forbes
Битва за каждую яхту Битва за каждую яхту

Кирилл Шабалов о том, что происходит на российском брокеражном рынке

Y Magazine
Расхламляйся! Расхламляйся!

Как расстаться навсегда с ненужным скарбом?

Лиза
Как мир становился многополярным Как мир становился многополярным

Почему концепция многополярности не обрела прочных теоретических оснований?

Монокль
Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле

Все о раздаточной коробке: назначение, виды, неисправности

РБК
Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа

Как из подручных средств сделать ароматизатор для шкафа?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении