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

Моделист-конструктор Моделист-конструктор

Как в России создали лучшие в мире вездеходы

ТехИнсайдер
Маленькие трагедии Маленькие трагедии

Что определяет детскую моду? В первую очередь то, кем взрослые видят детей

Grazia
История развития морских беспилотников. Часть 1 История развития морских беспилотников. Часть 1

Родоначальником морских дронов можно считать кораблик Николы Теслы

Наука и техника
«Кукушка»: боди-хоррор о репродуктивном насилии на альпийском курорте «Кукушка»: боди-хоррор о репродуктивном насилии на альпийском курорте

Как действительно жуткий фильм осмысляет проблему репродуктивного насилия

Forbes
Ярких летучих мышей из Азии начали истреблять ради изготовления украшений Ярких летучих мышей из Азии начали истреблять ради изготовления украшений

На онлайн-площадках в большом количестве торгуют украшенными гладконосами

N+1
Медовый приговор Медовый приговор

«Пчеловод»: социальный боевик со Стейтемом про сладкую месть

Weekend
Сколько зарабатывает дальнобойщик и как им стать Сколько зарабатывает дальнобойщик и как им стать

Как стать дальнобойщиком и сколько он зарабатывает, выяснил Autonews.ru

РБК
Только для себя Только для себя

7 ошибок в отделке ванной комнаты, которые стоит исправить

Лиза
Что читают в книжном клубе Сары Джессики Паркер Что читают в книжном клубе Сары Джессики Паркер

Топ-7 книг из списка актрисы Сары Джессики Паркер

СНОБ
Уйти в айти Уйти в айти

7 востребованных IT-профессий, которые можно освоить, даже если ты гуманитарий

Лиза
Придумал ценники, скидки и супермаркеты: история «короля шоппинга» Фрэнка Вулворта Придумал ценники, скидки и супермаркеты: история «короля шоппинга» Фрэнка Вулворта

История человека, который подарил миру удобный и выгодный шоппинг

ТехИнсайдер
Федор Гамалея Федор Гамалея

Актер Федор Гамалея — праправнук гениального ученого, сделавший себя сам

Собака.ru
В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр

Какими перспективами может обернуться сотрудничество в отрасли видеоигр РФ и КНР

Forbes
Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание

В моменты «скачков» обучения сознание выражается наиболее полно и глубоко

ТехИнсайдер
10 способов ментальной самообороны 10 способов ментальной самообороны

Хотите инструкцию, какие конкретно принять меры против манипуляций?

Psychologies
Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам

Скоро ли начнутся регаты в межзвездном пространстве?

Forbes
Что делать, если пропали чувства в отношениях: 4 рекомендации нейропсихолога Что делать, если пропали чувства в отношениях: 4 рекомендации нейропсихолога

Почему пропадают чувства к любимому человеку? И что же делать в такой ситуации?

Psychologies
Замечали лицемерие? Посмотрите на 7 видов улыбок и узнайте их значение! Замечали лицемерие? Посмотрите на 7 видов улыбок и узнайте их значение!

Что улыбка может рассказать о человеке?

ТехИнсайдер
Николай Горинович: изуродованный революционер, ставший праведником Николай Горинович: изуродованный революционер, ставший праведником

Николай Горинович был революционером, которого пытались убить его же соратники

СНОБ
Как снимали эротические эпизоды третьего сезона «Бриджертонов»: секреты координатора интимных сцен Как снимали эротические эпизоды третьего сезона «Бриджертонов»: секреты координатора интимных сцен

Секс отлично продается, и это, несомненно, стало частью успеха «Бриджертонов»

VOICE
Расплескалась седина Расплескалась седина

Началась новая волна массового обесцвечивания кораллов в Мировом океане

2Xplore
Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях

Чем заняться в Будве и окрестностях во время путешествия

Forbes
Спорт — наш: как сериал Евгения Стычкина «Игры» рассказывает об Олимпиаде-80 Спорт — наш: как сериал Евгения Стычкина «Игры» рассказывает об Олимпиаде-80

Сериал «Игры»: амбивалентная история об Олимпиаде-80

Forbes
Замедление Гольфстрима может привести к похолоданию в северной Европе Замедление Гольфстрима может привести к похолоданию в северной Европе

Изменения Гольфстриме могут привести к серьезному снижению температуры в Европе

ТехИнсайдер
Всё будет Y2K Всё будет Y2K

Как появилась эстетика Y2K и причем тут программисты?

ЖАРА Magazine
Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas

Geely Atlas: кроссовер, в котором радует всё

ТехИнсайдер
«Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет» «Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет»

Александр Сафиулин о переходе российских компаний на новые цифровые решения

РБК
Хайям Аминов: «Наша задача — изучить всю Енисейскую Сибирь» Хайям Аминов: «Наша задача — изучить всю Енисейскую Сибирь»

Хайям Аминов о карьере, бизнесе, сибирских продуктах и душе

Bones
Вкус ностальгии: блюда, которые были в каждой советской школьной столовой Вкус ностальгии: блюда, которые были в каждой советской школьной столовой

Вспоминаем, какие блюда подавали в каждой школе СССР

ТехИнсайдер
Энергия на любой вкус Энергия на любой вкус

Всем по зарядке! — бросил клерк, обводя руками свою компанию. — Я угощаю!

Наука и жизнь
Открыть в приложении