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

Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
«Я не верю, что существуют тупиковые ситуации» «Я не верю, что существуют тупиковые ситуации»

«Шуйские ситцы» запускает уникальный проект по производству ткани из дерева

Монокль
Электрический адреналин Электрический адреналин

Арно Жакар первым преодолел маршрут Africa Eco Race на электрическом байке

ТехИнсайдер
Анна Горбунова: «Счастье – это я» Анна Горбунова: «Счастье – это я»

Когда стоит идти к психологу и как найти своего специалиста

Лиза
Мухи с котлетами: почему третий бак не решит проблему переработки пищевых отходов Мухи с котлетами: почему третий бак не решит проблему переработки пищевых отходов

Почему отдельный бак для пищевых отходов не избавит страну от выброшенной еды?

Forbes
Озоновый слой в этом году восстанавливается особенно быстро Озоновый слой в этом году восстанавливается особенно быстро

Ученые заметили, что дыра в атмосфере постепенно затягивается

ТехИнсайдер
Ученые впервые изучили состав породы с обратной стороны Луны Ученые впервые изучили состав породы с обратной стороны Луны

О чем могут рассказать базальтовые породы с дальней стороны Луны

ТехИнсайдер
Не навреди: чем может быть опасен гипноз Не навреди: чем может быть опасен гипноз

Какую опасность могут скрывать сеансы гипноза?

ТехИнсайдер
Сначала на себя Сначала на себя

Как понять, что ты обделяешь самого главного человека в своей жизни

VOICE
«Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет «Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет

Стареет ли мозг человека отдельно от его тела?

ТехИнсайдер
По кругу По кругу

На краю деревни, среди леса стоит дом, в который хочется привести каждого

Seasons of life
Петербург будущего Петербург будущего

Александр Бережненко и его команда ответственны за перезапуск и ревайвл Коломны

Собака.ru
Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты

Почему пьяные водители часто выживают в авариях?

ТехИнсайдер
Нарядилась Нарядилась

Александра Ребенок — о том, как вырасти в маминых платьях, а потом — из них

Новый очаг
Огранка эпохи: как ювелирная индустрия прошла путь от кричащей роскоши до минимализма Огранка эпохи: как ювелирная индустрия прошла путь от кричащей роскоши до минимализма

Вспоминаем, какой была ювелирная индустрия в конце «нулевых»

Forbes
Французские и русские Сент-Илеры Французские и русские Сент-Илеры

Чем знамениты русские представители фамилии Сент-Илеров

Наука и техника
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
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
«Я всегда старалась успевать жить» «Я всегда старалась успевать жить»

Серии «Комбинации», где Анастасия Уколова исполняет одну из главных ролей

OK!
Как врач Вирджиния Апгар придумала шкалу для оценки состояния новорожденных Как врач Вирджиния Апгар придумала шкалу для оценки состояния новорожденных

Вирджиния Апгар изобрела собственный метод оценки состояния детей после рождения

Forbes
Инвестиции на автомате Инвестиции на автомате

Как устроены робоэдвайзеры и кому они нужны

Деньги
Как выбрать фото для сайта знакомств, чтобы удачно выйти замуж: 13 рекомендаций Как выбрать фото для сайта знакомств, чтобы удачно выйти замуж: 13 рекомендаций

Какие фото привлекут достойных кандидатов в дейтинговых приложениях?

Psychologies
Элемент революции Элемент революции

Автомобильный спорт стоит на пороге революции. И имя ей – водород

ТехИнсайдер
Управляющий партнер фонда «ТилТех Капитал» — о том, как угодить инвестору Управляющий партнер фонда «ТилТех Капитал» — о том, как угодить инвестору

Есть ли что-то общее у бизнеса и науки?

РБК
Товарищ Тело Товарищ Тело

«Субстанция»: еще один важный боди-хоррор

Weekend
Как продвигать сезонные товары на маркетплейсах: реальный опыт селлеров Как продвигать сезонные товары на маркетплейсах: реальный опыт селлеров

Как ретейлеру работать с сезонными товарами на маркетплейсах?

Inc.
«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
«Рюмка водки и свежий воздух». Антон Тотибадзе о любимых художниках, семье и автопортрете в натюрморте «Рюмка водки и свежий воздух». Антон Тотибадзе о любимых художниках, семье и автопортрете в натюрморте

Антон Тотибадзе о его первых впечатлениях от живописи и кошмарных снах

СНОБ
Ананас Ананас

Ради чего человек готов пойти на кражу, даже если на него смотрит Бог?

СНОБ
Зачем пенсионеры ищут партнеров для сожительства и при чем тут «индекс Кэрри Брэдшоу» Зачем пенсионеры ищут партнеров для сожительства и при чем тут «индекс Кэрри Брэдшоу»

Кто такие буммейты и почему жить с соседями сегодня наиболее выгодно

Forbes
Открыть в приложении