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

Роторно-поршневые двигатели Роторно-поршневые двигатели

Проблемы и перспективы роторных двигателей

Наука и техника
Лоскутное одеяло: в стиле пэтчворк Лоскутное одеяло: в стиле пэтчворк

Как создать лоскутные украшения дома из обрезки старых тканей?

КАНТРИ Русская азбука
Новые времена Новые времена

Изменения, которые произошли в мире технологий за последние 25 лет

Правила жизни
Троян-шпион у пользователей Android: этичный хакер Песковский рассказал, как обезопасить смартфон от вирусов Троян-шпион у пользователей Android: этичный хакер Песковский рассказал, как обезопасить смартфон от вирусов

Как защитить свой телефон от любых вирусов

ТехИнсайдер
«Нецелесообразная» закупка «Нецелесообразная» закупка

Как и почему писатель и поэт Константин Симонов не смог купить автомобиль

Дилетант
Антисоветчики, которых не преследовали, но осуждали: как жили советские стиляги Антисоветчики, которых не преследовали, но осуждали: как жили советские стиляги

Кто такие советские стиляги и как была устроена их жизнь?

ТехИнсайдер
Второе дыхание: как преодолеть «плато» в похудении? Второе дыхание: как преодолеть «плато» в похудении?

О природе «плато» и о том, как все-таки сдвинуть вес с мертвой точки

Правила жизни
США запутались в ключах от Белого дома США запутались в ключах от Белого дома

Замена кандидата в президенты оживила предвыборную борьбу в США

Монокль
Три митрополита Три митрополита

Роль церкви в период правления Ивана Калиты

Дилетант
Как аккуратно проделать дырку в ремне: 5 сподручных способов Как аккуратно проделать дырку в ремне: 5 сподручных способов

Как быстро и аккуратно проделать новое отверстие в кожаном ремне

ТехИнсайдер
Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям

Почему бизнес настолько халатно относится к информационной безопасности?

Forbes
Наше все: гид по пушкинским местам и другим достопримечательностям Старицы Наше все: гид по пушкинским местам и другим достопримечательностям Старицы

Как правильно открывать для себя пушкинские места в тверской глубинке?

Forbes
Астрономы напрямую рассмотрели фотосферу Полярной звезды Астрономы напрямую рассмотрели фотосферу Полярной звезды

Астрономы переопределили массу Полярной звезды

N+1
Супер фреш! Супер фреш!

Что выбрать, чтобы освежить, уплотнить или даже реконструировать кожу

Собака.ru
Высокие амбиции Высокие амбиции

Современный интерьер с элементами шинуазри и азиатской тематики

SALON-Interior
Кружево: сплетено на коклюшках Кружево: сплетено на коклюшках

Как рождается кружево на вологодский манер

КАНТРИ Русская азбука
Перерыв на обед Перерыв на обед

Несколько доступных вариантов легкого обеда и перекусов в офисе

Лиза
В кадре В кадре

Это интервью мы записывали с актрисой Анастасией Красовской в Нижнем Новгороде

OK!
Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой

Писатель Виктор Ерофеев — о жизни как служении

СНОБ
Кулинарные хитрости: как быстро снять кожицу с помидоров Кулинарные хитрости: как быстро снять кожицу с помидоров

Почистить помидоры можно без овощечистки и ножа

ТехИнсайдер
Как работает автопилот и чем он отличается от круиз-контроля Как работает автопилот и чем он отличается от круиз-контроля

Насколько различаются возможности автопилота и круиз-контроля в автомобиле

Maxim
Жизнь моя — шарманка Жизнь моя — шарманка

«Планета Джанет»: образцовая мелодрама A24

Weekend
Чужбина больше не интересует: как менялось мнение россиян об эмиграции Чужбина больше не интересует: как менялось мнение россиян об эмиграции

В России рекордно снизилось число граждан, желающих попытать счастье за рубежом

ФедералПресс
Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда

Экранная эволюция актера Билла Скарсгарда на примере его лучших ролей

Правила жизни
Два «кукурузника»: у нашего родного биплана По-2 нашелся американский брат-близнец Два «кукурузника»: у нашего родного биплана По-2 нашелся американский брат-близнец

Зачем Boeing разрабатывала «кукурузники»?

ТехИнсайдер
Мысли вслух Мысли вслух

Антон Лапенко: из социальных сетей в большое кино

Men Today
Ярославский разлив Ярославский разлив

Бренд-директор ЯЛВЗ Роман Визе — о том, как все коктейли делать на основе водки

Bones
Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе» Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе»

Всегда впускаю историю каждой своей героини максимально глубоко, под кожу

Коллекция. Караван историй
Как формируется мнение человека о самом себе. Отрывок из книги психиатра Как формируется мнение человека о самом себе. Отрывок из книги психиатра

Отрывок из книги психиатра и нейробиолога Грегори Бернса «Иллюзия себя»

СНОБ
Биоритмы: что это такое, на что влияют, как наладить Биоритмы: что это такое, на что влияют, как наладить

Учимся быть чуткими к биологическим часам и разбираемся, как наладить режим

РБК
Открыть в приложении