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
И дело с кольцом И дело с кольцом

Несколько причин, почему мужчина расстался с тобой и женился на другой

VOICE
Полетим Полетим

Уже в 2030-х можно будет добраться за город на летающем такси

ТехИнсайдер
Современные ценности Современные ценности

Что сейчас модно, актуально и сколько все это стоит?

СНОБ
Новое чувство космоса Новое чувство космоса

Теперь телескопы могут отслеживать колебания пространства-времени

ТехИнсайдер
Плакун-трава Плакун-трава

Яркий акцент пейзажа, как вызов цветовому постоянству — это зацвёл дербенник!

Наука и жизнь
Каждому по наклонностям Каждому по наклонностям

Режиссеры и их фирменные напитки

Weekend
Ненужный кубок: почему ФИФА не может выгодно продать права на клубный чемпионат мира Ненужный кубок: почему ФИФА не может выгодно продать права на клубный чемпионат мира

ФИФА так и не удалось заключить выгодный контракт на клубный чемпионат мира

Forbes
Что почитать этой осенью: 5 научно-фантастических книг, которые должны быть в вашем plan to read Что почитать этой осенью: 5 научно-фантастических книг, которые должны быть в вашем plan to read

Подборка книг, которые помогут пробудить креатив и предположить, что нас ждет

ТехИнсайдер
Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету

Почему Леонардо Ди Каприо и другие звезды занялись защитой планеты?

Forbes
Куда поедут российские шрот и жом Куда поедут российские шрот и жом

Пошлины на импорт продукта в ЕС могут привести к профициту на внутреннем рынке

Агроинвестор
Как отстирать вещь, испачканную в траве: 3 ценных совета по чистке одежды Как отстирать вещь, испачканную в траве: 3 ценных совета по чистке одежды

Как вывести пятно от травы на одежде?

ТехИнсайдер
Проживание вдалеке от магазинов в детстве повысило риск ожирения в подростковом возрасте Проживание вдалеке от магазинов в детстве повысило риск ожирения в подростковом возрасте

Как ограниченный доступ к продуктам питания связан с развитием ожирения?

N+1
Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна

Зачем вообще нужна стабилизация изображения в смартфонах и камерах?

CHIP
Два алтаря для одной жертвы Два алтаря для одной жертвы

Как героиня греческого мифа Ифигения из символа подвига стала символом отчаяния

Weekend
Инженеры строят новую Атлантиду: как мы незаметно оказались на пороге эры подводных городов Инженеры строят новую Атлантиду: как мы незаметно оказались на пороге эры подводных городов

Похоже, в текущем десятилетии человечество все же сделает шаг в воду

ТехИнсайдер
Морские губки отпугивают хищников ядовитым молибденом Морские губки отпугивают хищников ядовитым молибденом

У губок в Эйлатском заливе есть оригинальный способ отпугивания хищников

ТехИнсайдер
Недвижимость Недвижимость

Российские девелоперы удивляют яркими проектами мирового уровня

RR Люкс.Личности.Бизнес.
В чем польза боярышника и что из него можно приготовить В чем польза боярышника и что из него можно приготовить

Боярышник: что это за ягода и чем он полезен?

РБК
Главные новые музыкальные альбомы осени-2024 Главные новые музыкальные альбомы осени-2024

«Сноб» рассказывает о самых ожидаемых альбомах этой осени

СНОБ
Болен деньгами: как связаны финансы и психологическое здоровье Болен деньгами: как связаны финансы и психологическое здоровье

Money disordes: как проявляются такие расстройства и как их распознать у себя?

Forbes
Нашлись звезды Нашлись звезды

Может ли самой свободной поп-группой наших дней быть и самая безобидно приятная?

СНОБ
Чистоплотный, примерный семьянин и настоящий пловец: 12 впечатляющих фактов об образе жизни дикобразов Чистоплотный, примерный семьянин и настоящий пловец: 12 впечатляющих фактов об образе жизни дикобразов

Как дикобразы обустраивают своё жилище? Какие у них отношения в семье?

ТехИнсайдер
Бег – не просто занятия Бег – не просто занятия

Как и в чём им помогают беговые тренировки: советы новичкам

Здоровье
Правила жизни Кена Кизи Правила жизни Кена Кизи

Правила жизни писателя Кена Кизи

Правила жизни
Вышиванка Вышиванка

Моду на вышитые рубашки вот уже более полувека упорно приписывают Никите Хрущёву

Дилетант
Портрет неизвестного Портрет неизвестного

Кто решает, какое произведение искусства называть шедевром?

СНОБ
Услышать, как тикают часики: зачем москвичек направляют на проверку фертильности Услышать, как тикают часики: зачем москвичек направляют на проверку фертильности

О том, как устроена проверка фертильности и какую вызвала реакцию у экспертов

Forbes
Антик с гвоздикой Антик с гвоздикой

В наше время ароматная гвоздика из драгоценного товара стала заурядной пряностью

Наука и жизнь
«Билборды» и «Обстоятельства»: из чего состоит наш современный рок? «Билборды» и «Обстоятельства»: из чего состоит наш современный рок?

Молодые музыканты российской рок-сцены узких жанров

Правила жизни
Открыть в приложении