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
Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать

Что такое истинная близость? Откуда происходит миф о половинах?

VOICE
Подводный меч страны Чучхе Подводный меч страны Чучхе

Военно-морские силы КНДР обладают одним из крупнейших в мире подводных флотов

Наука и техника
Елизавета Базыкина Елизавета Базыкина

24-летняя звезда Театра на Бронной Елизавета Базыкина — артистка новой формации

Собака.ru
Разум толпы Разум толпы

Усредненный прогноз группы может быть более точным, чем суждения специалистов

ТехИнсайдер
Зачем нужна астробиология? Зачем нужна астробиология?

Чем занимается астробиология, когда и как она выделилась в отдельную науку?

Знание – сила
«Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом» «Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом»

Что не понравилось Сталину в фильме «Большая жизнь»

N+1
«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
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
Дело Дурова: где право и ключи? Дело Дурова: где право и ключи?

Что же французам было нужно от Павла Дурова на самом деле?

Монокль
Почему мужчине не стоит мыть голову шампунем своей девушки Почему мужчине не стоит мыть голову шампунем своей девушки

Зачем мужчинам своя косметика, неужели у них другая кожа?

Maxim
Дорога жизни Дорога жизни

Сильное интервью с Александром Ильиным о роли в сериале “Трасса”

Men Today
6 уроков счастья из крупнейших исследований 6 уроков счастья из крупнейших исследований

Надоело гоняться за счастьем, вместо того чтобы наслаждаться им?

ТехИнсайдер
Без воды Без воды

Какие у безводной косметики преимущества и недостатки?

Лиза
Видкун Квислинг, символ предательства Видкун Квислинг, символ предательства

Никто не получил такую порцию презрения при жизни и после, как Видкун Квислинг

Дилетант
Руками трогать Руками трогать

Массаж лица: теория и практика

Новый очаг
Человек стал вожаком птичьей стаи и ведет птиц по маршрутам миграции Человек стал вожаком птичьей стаи и ведет птиц по маршрутам миграции

Команда экологов Waldrappteam учит перелетных птиц находить пути миграции

ТехИнсайдер
Ананас Ананас

Ради чего человек готов пойти на кражу, даже если на него смотрит Бог?

СНОБ
Карты, деньги, два спеца Карты, деньги, два спеца

Психолог и крупье рассказали RR, как не «подсесть» на игру

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Самые интересные фильмы, в которых на первый взгляд ничего не происходит Самые интересные фильмы, в которых на первый взгляд ничего не происходит

Неспешные картины, которые намного интереснее современных блокбастеров

Maxim
5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения 5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения

Несложные настройки, чтобы обезопасить старшее поколение от риска потери гаджета

CHIP
Для чего нужны странные черные бочки на станциях метро Для чего нужны странные черные бочки на станциях метро

Что это за черный ящик Пандоры, который стоит на платформах метрополитена?

ТехИнсайдер
Большое плавание Крузенштерна Большое плавание Крузенштерна

Во сколько обошлась первая русская кругосветка

Деньги
Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель

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

ТехИнсайдер
Как поменять жизнь, познав себя: 12 архетипов, которые тебе помогут Как поменять жизнь, познав себя: 12 архетипов, которые тебе помогут

Как архетипы помогают познать свою природу и научиться взаимодействовать с миром

VOICE
Вечный ЗОЖ Вечный ЗОЖ

Почему любительский спорт переживает ренессанс

Men Today
«Записки сумасшедших»: как Дмитрий Крымов превращает свою и чужую боль в метафоры «Записки сумасшедших»: как Дмитрий Крымов превращает свою и чужую боль в метафоры

Какой получилась новая работа режиссера Дмитрия Крымова

Forbes
«Al кардинально изменит роль химика-исследователя» «Al кардинально изменит роль химика-исследователя»

Почему без искусственного интеллекта не достичь заметных результатов в науке

Наука
Избыток сахара ускоряет старение клеток и сокращает продолжительность жизни Избыток сахара ускоряет старение клеток и сокращает продолжительность жизни

Избыток сахара может изменить работу клеток в организме человека

ТехИнсайдер
Что такое айран и чем он полезен Что такое айран и чем он полезен

Айран — турецкий напиток, полюбившийся во всем мире

РБК
Открыть в приложении