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
Мы с вами в одной лодке Мы с вами в одной лодке

«Удовольствие, растянутое на 248 метров» — знакомство с лайнером Explora I

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Наука под знаком «Аненербе» Наука под знаком «Аненербе»

Наука может прекрасно себя чувствовать и в тиранических режимах

Знание – сила
Другой фокус Другой фокус

Ольга Сутулова о детских комплексах и новой философии красоты

Новый очаг
Алгебра гармонии Алгебра гармонии

«Тайная вечеря» Дали — картина, построенная на пропорциях мировой гармонии

Вокруг света
Ученые узнали, как Ozempic действует на психику Ученые узнали, как Ozempic действует на психику

Как лекарства от диабета Ozempic и Wegovy влияют на ментальное здоровье людей

ТехИнсайдер
«Комната по соседству» в Венеции: как живой классик Альмодовар осмысляет тему смерти «Комната по соседству» в Венеции: как живой классик Альмодовар осмысляет тему смерти

Почему «Комнату» классика Педро Альмодовара определенно стоит смотреть?

Forbes
Создана удивлять Создана удивлять

Турецкая Numarine Yachts с новой моделью Numarine 30XP

Y Magazine
Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов

Герпетологи описали новый вид миниатюрных хамелеонов из рода Brookesia

N+1
Быть и казаться Быть и казаться

«Симон с горы»: тайная жизнь людей с особенностями

Weekend
Теннисистка Анастасия Пивоварова рассказала, как справляться с любыми трудностями Теннисистка Анастасия Пивоварова рассказала, как справляться с любыми трудностями

Теннисистка Анастасия Пивоварова поделилась своими рецептами успеха

Psychologies
Если не будут подтверждать, отключим связь: как ужесточатся условия покупки сим-карт Если не будут подтверждать, отключим связь: как ужесточатся условия покупки сим-карт

Как в России поменяются правила покупки сим-карт и услуги мобильной связи

Forbes
Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель

Дирижер Филипп Чижевский — о музыке, путешествиях и эмоциях

СНОБ
Ваша Наташа Ваша Наташа

Певица Наталья Подольская — о конфликтах, новом проекте и хейте

OK!
Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга

Чем азиатский геймдев отличается от западного?

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
«Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе «Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе

Почему на самом деле в советах директоров или среди СЕО так мало женщин

Forbes
Эксперты назвали максимально надежные автомобили. Их продают в России Эксперты назвали максимально надежные автомобили. Их продают в России

Какие самые надежные новые и подержанные автомобили выделяют эксперты?

РБК
Как правильно ухаживать за разделочными досками Как правильно ухаживать за разделочными досками

Поддержание досок в идеальном состоянии  — это не просто прихоть «красоты»

ТехИнсайдер
Свет заперли между зеркалами и охладили до комнатной температуры Свет заперли между зеркалами и охладили до комнатной температуры

Физики превратили свет в конденсат Бозе–Эйнштейна с помощью красителя

N+1
20 скрытых причин лишнего веса 20 скрытых причин лишнего веса

Какие мотивы могут скрываться за набором избыточного веса?

Psychologies
Гостья из космоса Гостья из космоса

Актриса Софья Лебедева — о фантастике, свободе и страхах

OK!
Ученые анализируют «инопланетную песню», доносящуюся из Марианской впадины Ученые анализируют «инопланетную песню», доносящуюся из Марианской впадины

Неудивительно, что Марианская впадина до сих пор таит свои секреты

ТехИнсайдер
Грозит ли насекомым вымирание? Грозит ли насекомым вымирание?

С насекомыми в Европе не всё благополучно, и вот почему

Наука и жизнь
Отнюдь не проявление грусти: почему у кота слезятся глаза и когда стоит бить тревогу Отнюдь не проявление грусти: почему у кота слезятся глаза и когда стоит бить тревогу

Почему кошки иногда плачут?

ТехИнсайдер
Из разведчиков в «шпионы» Из разведчиков в «шпионы»

При сталинской диктатуре государство всегда с подозрением относилось к гражданам

Дилетант
Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать

Почему лучше воздержаться от советов, если ребенок о них не просит

Psychologies
Черные буквы и веревка: как две девушки сделали 14 млн рублей на модных гирляндах Черные буквы и веревка: как две девушки сделали 14 млн рублей на модных гирляндах

Как гирлянда превратилась в бизнес, за которым следит более 20 000 человек

Forbes
Родить по расчету Родить по расчету

Финансовая подготовка к рождению ребенка: 5 практичных советов

Лиза
Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек

Следы от резинок носков могут быть временным и совершенно нормальным явлением

ТехИнсайдер
Открыть в приложении