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

Тяжелый легкий бег Тяжелый легкий бег

Как работает организм на марафонских дистанциях

Популярная механика
«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
Красненькая пошла Красненькая пошла

Как отвращение к насилию превратило Сэма Пекинпа в «кровавого Сэма»

Weekend
Почему морскую свинку называют морской свинкой? Почему морскую свинку называют морской свинкой?

Как объяснить ребенку, почему грызуна назвали морской свинкой?

ТехИнсайдер
Разум толпы Разум толпы

Усредненный прогноз группы может быть более точным, чем суждения специалистов

ТехИнсайдер
Как работают апельсиновые танкеры: удивительные факты о кораблях-соковозах Как работают апельсиновые танкеры: удивительные факты о кораблях-соковозах

Корабли-соковозы: как они доставляют соки по всему миру?

ТехИнсайдер
Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме

Жанр бояръ-аниме  активно развивается и получает все новых и новых поклонников

Maxim
На водах На водах

Хроника путешествия к минеральному источнику на новом H9

Автопилот
Через горы к морю Через горы к морю

Как грамотно пройти маршрут номер восемь в Кавказском биосферном заповеднике

Отдых в России
Мы в моде Мы в моде

Достаточно ли твердо отечественные модные марки стоят на ногах?

VOICE
5 лучших ролей Мэгги Смит 5 лучших ролей Мэгги Смит

Вспоминаем самые яркие роли британской актрисы из культовых фильмов

Psychologies
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
«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
Иногда банан — это не просто банан: пятиминутный путеводитель по этим фруктам в искусстве Иногда банан — это не просто банан: пятиминутный путеводитель по этим фруктам в искусстве

Банан: как в разные времена художники к нему обращались?

Правила жизни
Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах

Как выправить ситуацию в «проседающей» компании

РБК
Кто чего боится Кто чего боится

Каких неожиданных вещей боятся обладатели фобий?

Лиза
Надо радоваться Надо радоваться

Оксана Лаврентьева уверяет: любые кризисы – вовсе не повод предаваться унынию

VOICE
Без воды Без воды

Какие у безводной косметики преимущества и недостатки?

Лиза
Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи

Андрей Шаповалов о том, почему шаманские ритуалы не такие, как думают обыватели

СНОБ
«Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами «Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами

Почему писателей уже можно считать новыми инфлюенсерами?

Правила жизни
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
Осеннее равноденствие Осеннее равноденствие

Когда наступает осеннее равноденствие и как к дате относятся в разных странах

Лиза
Ярко и со вкусом Ярко и со вкусом

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

Идеи Вашего Дома
Разворот к человечности Разворот к человечности

Выход из социально-политического кризиса лежит в новом взгляде на человека

Монокль
6 способов защитить себя от Альцгеймера: правила жизни после 60 лет 6 способов защитить себя от Альцгеймера: правила жизни после 60 лет

Какие меры помогают сохранять себя в здравом уме и трезвой памяти?

Psychologies
Легенда морей Легенда морей

«Легенда» уже нашего времени, в реальности которой нет никаких сомнений

Y Magazine
Утюг в сторону: как безопасно для материала разгладить складки на кожаной куртке Утюг в сторону: как безопасно для материала разгладить складки на кожаной куртке

Как в домашних условиях избавить кожаную куртку от складок

ТехИнсайдер
«Полевые биологи в лицах» «Полевые биологи в лицах»

Каково изучать мант в естественной среде обитания

N+1
Шахматы с удочкой Шахматы с удочкой

Насколько появление доступных эхолотов изменило процесс рыбалки

ТехИнсайдер
Сейчас напишут Сейчас напишут

Как бьюти-блогеры меняют индустрию красоты и за что им бывает стыдно

Новый очаг
Открыть в приложении