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

Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Чистый лист Чистый лист

О каком вкусе забыли россияне, попав в зависимость от кофе?

СНОБ
Красная-красная смесь. Гидросистемы летательных аппаратов Красная-красная смесь. Гидросистемы летательных аппаратов

Как устроены гидросистемы в авиации — от цвета до принципов работы

Наука и техника
Во славу победы Во славу победы

Почему Храм Воскресения Христова и музей «Дорога памяти» стали знаковым местом

Отдых в России
Игры разума Игры разума

С какого расстояния инопланетяне могли бы заметить нашу цивилизацию

Вокруг света
У шмелей вызвали ложные воспоминания У шмелей вызвали ложные воспоминания

Шотландская ученая заставила шмелей сформировать ложные воспоминания

N+1
От создателей «Южного парк» и «Офиса»: самые высокооплачиваемые шоураннеры — 2024 От создателей «Южного парк» и «Офиса»: самые высокооплачиваемые шоураннеры — 2024

Рейтинг самых высокооплачиваемых шоураннеров 2024 года

Forbes
Масличные пойдут в рост Масличные пойдут в рост

Урожай может сократиться, а цены на него — увеличиться

Агроинвестор
В ожидании полярного сияния. О якутской драме «Чума» В ожидании полярного сияния. О якутской драме «Чума»

Какие темы поднимает фильм Дмитрия Давыдова «Чума»

СНОБ
Как самый большой парусник мира погиб в пятницу, 13: странное крушение Thomas W. Lawson Как самый большой парусник мира погиб в пятницу, 13: странное крушение Thomas W. Lawson

Для огромной семимачтовой шхуны в тот день все пошло наперекосяк

ТехИнсайдер
Мы в моде Мы в моде

Достаточно ли твердо отечественные модные марки стоят на ногах?

VOICE
Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона

Пинкертоны: одно из первых детективных агентств

ТехИнсайдер
Элемент революции Элемент революции

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

ТехИнсайдер
Москвич установил камеры в квартире (даже в ванной!), чтобы следить за арендаторшами Москвич установил камеры в квартире (даже в ванной!), чтобы следить за арендаторшами

Почему людям нравится подглядывать за другими: мнение психологов

Psychologies
Антик с гвоздикой Антик с гвоздикой

В наше время ароматная гвоздика из драгоценного товара стала заурядной пряностью

Наука и жизнь
Нарушение циркадного ритма привело к воспалению в легких Нарушение циркадного ритма привело к воспалению в легких

С нарушенным циркадным ритмом в дыхательных путях наблюдается воспаление

N+1
Как вырастить... джонджоли Как вырастить... джонджоли

Клекачки можно вырастить на участке и приготовлять джонджоли по своему вкусу

Наука и жизнь
Время Кита. Осеннее небо Время Кита. Осеннее небо

Этой осенью мы завершаем разговор о созвездиях семейства Персея

Наука и жизнь
Между первым и вторым Между первым и вторым

«Чужой: Ромул»: очень осторожный новый эпизод культовой франшизы

Weekend
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
Подруги довели девушку до суицида. Психолог разъяснила, как проявляется «дружеская» травля Подруги довели девушку до суицида. Психолог разъяснила, как проявляется «дружеская» травля

Как определить, что в дружеских отношениях начинаются травля и буллинг

Psychologies
Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере

Чтобы избежать ошибок, нужно учесть некоторые правила в подборе цвета интерьера

Лиза
Сделать первый шаг к свободе Сделать первый шаг к свободе

Истории участников анонимных сообществ, помогающих избавиться от зависимостей

Psychologies
Люся Чеботина: «Сегодня себя я ощущаю на все сто!» Люся Чеботина: «Сегодня себя я ощущаю на все сто!»

Как меняется жизнь, когда начинаешь принимать себя? Отвечает Люся Чеботина

Добрые советы
Часы Часы

Главные часы года: астрономические усложнения и ювелирное искусство

RR Люкс.Личности.Бизнес.
С гробом по жизни С гробом по жизни

«Джанго»: один из самых жестоких вестернов в истории

Weekend
Сериал «Наследники» наяву: дети Руперта Мердока ведут борьбу за медиаимперию Сериал «Наследники» наяву: дети Руперта Мердока ведут борьбу за медиаимперию

Подробности скандала в духе сериала «Наследники» от HBO

СНОБ
Бурлацкий стан Бурлацкий стан

Чем знаменито село Ширяево в Самарской области?

Отдых в России
Создана удивлять Создана удивлять

Турецкая Numarine Yachts с новой моделью Numarine 30XP

Y Magazine
«Холли»: драма о девочке со сверхспособностями, одиночестве и жажде признания «Холли»: драма о девочке со сверхспособностями, одиночестве и жажде признания

«Холли» — нетривиальная драма взросления с мистическим уклоном

Forbes
Открыть в приложении