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
Откуда что пошло на флоте. Навигационные огни Откуда что пошло на флоте. Навигационные огни

Как на свет появились навигационные огни для опознания судов?

Наука и техника
Первый поход Первый поход

Кем были первые переселенцы из Африки на другие континенты?

Вокруг света
Убеждения нелюбимых детей: 7 типичных ошибок Убеждения нелюбимых детей: 7 типичных ошибок

С какими ошибочными установками растут нелюбимые дети?

Psychologies
Вакуумный корабль Вакуумный корабль

Отличным грузовым транспортом могут стать дирижабли, наполненные вакуумом

ТехИнсайдер
Притяжение Арктики Притяжение Арктики

Как выглядит изнутри туристическая отрасль на архипелаге Шпицберген

Отдых в России
Клептомания: что это такое, причины заболевания, симптомы и методы лечения Клептомания: что это такое, причины заболевания, симптомы и методы лечения

Разбираем, что такое клептомания простыми словами

Psychologies
«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
Быстрее, выше, сильнее: как 3D-технологии меняют обувь Быстрее, выше, сильнее: как 3D-технологии меняют обувь

Аддитивные технологии обещают приспособить под производство идеальной обуви

Монокль
Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство» Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство»

Рассказ, созданный Дмитрием Захаровым и искусственным интеллектом YandexGPT

СНОБ
Правильный счет: как научиться зарабатывать на криптобизнесе? Правильный счет: как научиться зарабатывать на криптобизнесе?

Разбираемся в тонкостях и нюансах операций с криптовалютой в компании эксперта

Правила жизни
Услышать голос своей мудрости Услышать голос своей мудрости

Как психодрама поможет решить проблему выхода из эмоциональной зависимости

Psychologies
В мире животных: зачем бары и бренды одежды запускают товары для домашних питомцев В мире животных: зачем бары и бренды одежды запускают товары для домашних питомцев

Почему бренды создают все больше товаров для питомцев?

Forbes
Атомная энергетика покажет взрывной рост Атомная энергетика покажет взрывной рост

Россия отклоняется от мирового тренда в пользу атомной энергии

Монокль
Елена Проклова: «Я имею право жить не так, как надо, а как хочу» Елена Проклова: «Я имею право жить не так, как надо, а как хочу»

Лена, какие-то утяжелители возьми, нельзя же так порхать по жизни

Коллекция. Караван историй
«Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать» «Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать»

Как изменение температуры приводит в движение экосистемы

N+1
Константин Купервейс: «Если б я так умел играть, я бы горы свернул!» — сказал мне Булат Окуджава» Константин Купервейс: «Если б я так умел играть, я бы горы свернул!» — сказал мне Булат Окуджава»

Пианист Константин Купервейс вспоминает о работе с легендами

Коллекция. Караван историй
Яна Крайнова: «Даже после успеха «Дневника доктора Зайцевой» я чувствовала себя самозванкой» Яна Крайнова: «Даже после успеха «Дневника доктора Зайцевой» я чувствовала себя самозванкой»

На любых актерских курсах учат: актриса не должна много думать головой

Коллекция. Караван историй
Меньше атома: как работает квантовая механика Меньше атома: как работает квантовая механика

Отрывок из книги «Сто лет недосказанности» о квантовой механике

Inc.
Из Древней Руси – в космос Из Древней Руси – в космос

Захватывающее дух путешествие по страницам истории на Спасской земле

Отдых в России
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой

Как советские моряки неожиданно для себя оказались на озере Лох-Несс в 1944 году

ТехИнсайдер
Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков

Как распознать, что вы переписываетесь с нарциссом? Вот семь признаков

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
Плакун-трава Плакун-трава

Яркий акцент пейзажа, как вызов цветовому постоянству — это зацвёл дербенник!

Наука и жизнь
Японские боги — 5 современных архитекторов из Страны восходящего солнца Японские боги — 5 современных архитекторов из Страны восходящего солнца

5 японских архитекторов, ради которых стоит отправиться в далекое путешествие.

СНОБ
Недвижимость Недвижимость

Российские девелоперы удивляют яркими проектами мирового уровня

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Икра белыми Икра белыми

Чем опасен нелегальный рынок икры для государства и потребителей

Деньги
«Прощай, United States!» Пароход размером больше «Титаника» станет мега-рифом «Прощай, United States!» Пароход размером больше «Титаника» станет мега-рифом

Корабль United States погибает, чтобы наконец начать приносить пользу

ТехИнсайдер
7 признаков того, что отношения не сложатся 7 признаков того, что отношения не сложатся

Точно ли ваши с партнером взгляды на совместное будущее совпадают?

Psychologies
Открыть в приложении