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
Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое

Китайский писатель Лю Чжэньюнь о визитах в Россию и русской литературе

СНОБ
Мечты вредят вашему здоровью Мечты вредят вашему здоровью

Говорят, мечтать не вредно. А что, если наоборот?

СНОБ
Ученые в восторге от буйволов: живые машины восстанавливают природу лучше любой техники Ученые в восторге от буйволов: живые машины восстанавливают природу лучше любой техники

Чем так полезны для природы буйволы?

ТехИнсайдер
Ядерная энергетика. От истоков к перспективам Ядерная энергетика. От истоков к перспективам

Прошлое, настоящее и будущее ядерной энергетики

Наука и техника
Как работает измельчитель отходов, и с чем он может справиться Как работает измельчитель отходов, и с чем он может справиться

Измельчитель отходов: заглянем внутрь и разберемся в принципе его действия

CHIP
Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться

Как освободиться от излишней тревожности, чтобы жить в спокойствии?

Psychologies
Разворот к человечности Разворот к человечности

Выход из социально-политического кризиса лежит в новом взгляде на человека

Монокль
Московский Монмартр Московский Монмартр

Городок художников, притаившийся в необычных домах 1930-1950х годов

Seasons of life
Разве этого мы ждали: топ-5 самых ужасных игр за последние годы Разве этого мы ждали: топ-5 самых ужасных игр за последние годы

Собираем все разбитые надежды геймеров.

Maxim
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
«Жизнь превращается в ад»: 6 фильмов и сериалов об эмоциональном насилии «Жизнь превращается в ад»: 6 фильмов и сериалов об эмоциональном насилии

Манипулятивные приемы из фильмов и сериалов

Psychologies
Как устроена кабина машиниста поезда метро Как устроена кабина машиниста поезда метро

Дисплеи, рычаги, кнопки — все это в изобилии есть в кабине машиниста метро

ТехИнсайдер
Чем заняться в Калининграде, чтобы расслабиться? 6 беспроигрышных идей Чем заняться в Калининграде, чтобы расслабиться? 6 беспроигрышных идей

Калининград поможет легко отключиться от рутины

Psychologies
Как мозг регулирует кашель и чихание Как мозг регулирует кашель и чихание

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

ТехИнсайдер
Артиллерия в новом веке Артиллерия в новом веке

Основные направления развития рынка артиллерийского вооружения

Обозрение армии и флота
Молочные и мясные антигены сдерживают появление рака кишечника Молочные и мясные антигены сдерживают появление рака кишечника

Как пищевые антигены запускают иммунную систему кишечника

ТехИнсайдер
Курс на Канны Курс на Канны

Составляем список обязательных к посещению стендов на Cannes Yachting Festival

Y Magazine
Ближний Дальний Восток Ближний Дальний Восток

Какие уроки истории стоит не забывать современным экономистам

Деньги
Озарение, приди: как выйти из творческого кризиса Озарение, приди: как выйти из творческого кризиса

Что делать, когда нужно решить какую-то необычную задачу, а идей нет?

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
Таланты из России дорожают, легионеры дешевеют: как изменились цены на игроков РПЛ Таланты из России дорожают, легионеры дешевеют: как изменились цены на игроков РПЛ

Портал Transfermarkt обновил цены на игроков Российской премьер-лиги (РПЛ)

Forbes
Спагетти-монстр Спагетти-монстр

SWM G01F: китайский кроссовер для Cпиди-гонщика

Автопилот
Рекордсмены эффективности стрельбы Рекордсмены эффективности стрельбы

Линейка стрелкового оружия семейства КОРД расширяется

Обозрение армии и флота
Семь симптомов диабета Семь симптомов диабета

На ранних стадиях диабет хорошо лечится, главное – не упустить время!

Здоровье
Разговаривать с собой: нормально ли это? Разговаривать с собой: нормально ли это?

Может ли внутренний диалог принести пользу? Или наоборот — причинить вред?

Psychologies
3 упражнения Лоуэна: как работает телесная психотерапия 3 упражнения Лоуэна: как работает телесная психотерапия

Можно ли улучшить ментальное состояние с помощью работы над телом?

Psychologies
Настоящий прорыв в области криминалистики: как Алек Джеффрис изобрел ДНК-дактилоскопию Настоящий прорыв в области криминалистики: как Алек Джеффрис изобрел ДНК-дактилоскопию

Как Алек Джеффрис нашел уникальную деталь, которой различаются ДНК людей

ТехИнсайдер
Не плохой парень Не плохой парень

Интервью актера Андрея Максимова — о критике и ролях «по вкусу».

СНОБ
Битва за каждую яхту Битва за каждую яхту

Кирилл Шабалов о том, что происходит на российском брокеражном рынке

Y Magazine
Открыть в приложении