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

С того цвета С того цвета

«Правила жизни» разбираются в истории цвета

Правила жизни
Мы в моде Мы в моде

Достаточно ли твердо отечественные модные марки стоят на ногах?

VOICE
Транспорт будущего Транспорт будущего

Вот уже шесть лет мы пишем про летающие автомобили и стоим рядом с прототипами

ТехИнсайдер
Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше

Специфическое заболевание амавроз Лебера научились лечить генной терапией

ТехИнсайдер
Феминизм, магический реализм и жизнь самой жестокой королевы: 7 лучших книг африканских писателей Феминизм, магический реализм и жизнь самой жестокой королевы: 7 лучших книг африканских писателей

Африканская литература: о правах женщин, любви и национальной идентичности

Правила жизни
Кто остановит испанского слизня Кто остановит испанского слизня

Какие методы борьбы существуют против инвазивного вредителя — испанского слизня

Наука
12 признаков того, что вы стали матерью-одиночкой в браке 12 признаков того, что вы стали матерью-одиночкой в браке

Существуют ли плюсы у одинокого материнства?

Psychologies
Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века

В 2050 мировой сельхозсектор может перейти к отрицательным углеродным выбросам

N+1
«Ложись!»: что делать, если вздулась банка с солеными огурцами «Ложись!»: что делать, если вздулась банка с солеными огурцами

Как устранить проблему вздутой крышки, пока банка еще не взорвалась

ТехИнсайдер
Философия счастья Философия счастья

Элегантная светлая квартира в Санкт-Петербурге с особенной атмосферой

Идеи Вашего Дома
Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве

С насилием в той или иной сфере столкнулись 75% спортсменов

Forbes
Ярко и со вкусом Ярко и со вкусом

Необычная, очень солнечная по настроению квартира в ярком и цветном интерьере

Идеи Вашего Дома
«Люди — отстой»: Адель объявила о паузе в карьере и усталости от общества «Люди — отстой»: Адель объявила о паузе в карьере и усталости от общества

Почему нам всем порой стоит отдыхать от людей?

Psychologies
АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно

Как устроена автозаправка и что значат аббревиатуры на вывесках

РБК
Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету

Почему Леонардо Ди Каприо и другие звезды занялись защитой планеты?

Forbes
«Папа, давай заморозим твой мозг». Как с помощью крионики хотят победить смерть «Папа, давай заморозим твой мозг». Как с помощью крионики хотят победить смерть

Сможет ли крионика подарить людям вечную жизнь?

СНОБ
Домашняя роскошь Домашняя роскошь

Тонкий баланс между уютом и роскошью — золото, натуральные материалы

SALON-Interior
Творческий поток: почему лучшие идеи приходят к нам в самых неожиданных ситуациях Творческий поток: почему лучшие идеи приходят к нам в самых неожиданных ситуациях

Что такое «блуждание ума» и почему оно помогает найти неожиданные решения

Forbes
Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель

Как устроена область частной космонавтики в нашей стране и что происходит сейчас

ТехИнсайдер
Со всей русской безысходностью Со всей русской безысходностью

Как лучшая картина Василия Перова отразила особенности национального запоя

Weekend
Неподкупное содержание Неподкупное содержание

Искусствовед Сергей Попов — о диктате денег в современном арт-мире

СНОБ
На Alibaba нашлась машинка для производства алмазов за скромные деньги. Но есть подвох На Alibaba нашлась машинка для производства алмазов за скромные деньги. Но есть подвох

Можно ли делать алмазы в гараже?

ТехИнсайдер
Ржавое золото Ржавое золото

Автомобильные реликвии, которые обнаруживают слишком поздно

Men Today
Книга ангела Книга ангела

Келлская книга: элементы христианской и языческой кельтской культуры

Вокруг света
Гений места Гений места

Архыз, Ольхон, Красная Поляна — о любимых маршрутах рассказывают гиды

Новый очаг
Меньше атома: как работает квантовая механика Меньше атома: как работает квантовая механика

Отрывок из книги «Сто лет недосказанности» о квантовой механике

Inc.
Пригласите эксперта: зачем российские суды обращаются к специалистам Пригласите эксперта: зачем российские суды обращаются к специалистам

В российских судах заключение эксперта является крайне значимым доказательством

Forbes
Моложе, красивее, идеальнее: 5 пугающих фильмов о тяге к совершенству Моложе, красивее, идеальнее: 5 пугающих фильмов о тяге к совершенству

Фильмы, исследующие внутренние конфликты через изменения внешние

Psychologies
Артиллерия в новом веке Артиллерия в новом веке

Основные направления развития рынка артиллерийского вооружения

Обозрение армии и флота
Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера

Лучшие материнские платы X99 для сборки достойного игрового ПК

CHIP
Открыть в приложении