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
У шмелей вызвали ложные воспоминания У шмелей вызвали ложные воспоминания

Шотландская ученая заставила шмелей сформировать ложные воспоминания

N+1
Созданная указом Екатерины Великой Созданная указом Екатерины Великой

Ее привычно называют «Публичка». Сколь многое готовилось именно здесь!

Знание – сила
Исмаиль Кадарэ «Генерал мертвой армии». Отрывок из романа Исмаиль Кадарэ «Генерал мертвой армии». Отрывок из романа

Выдающий роман классика албанской литературы выходит в октябре

СНОБ
Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета

Производство самолетов: окончание сборки и начало испытаний

Наука и техника
Явления одного тика Явления одного тика

Нервный тик: чем вызвано это расстройство и как правильно на него реагировать?

Лиза
Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой Как военные корабли СССР ходили по Лох-Нессу: необычный эпизод Второй мировой

Как советские моряки неожиданно для себя оказались на озере Лох-Несс в 1944 году

ТехИнсайдер
Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка

Может ли квадробинг нанести вред детской психике?

Forbes
В геноме кроманьонского ребенка из итальянской пещеры нашли признаки инбридинга В геноме кроманьонского ребенка из итальянской пещеры нашли признаки инбридинга

Ученые изучили останки ребенка из погребения в итальянской пещере Мура

N+1
Гастрономия Гастрономия

Лучшие шефы: признанные и начинающие. Места, куда всегда хочется вернуться

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст

Малышка по имени Марджори Уэст таинственно исчезла в лесах Пенсильвании

ТехИнсайдер
Женщинам о мужчинах: чего нельзя делать и говорить Женщинам о мужчинах: чего нельзя делать и говорить

О каких особенностях мужского поведения и психики помнить

Psychologies
В светлое будущее В светлое будущее

Квартира в Тюмени обустроена с перспективой, в стильном и комфортном интерьере

Идеи Вашего Дома
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
Все побежали — и я побежал: кому нужны онлайн-марафоны, а кому они только навредят Все побежали — и я побежал: кому нужны онлайн-марафоны, а кому они только навредят

Почему не стоит верить марафонам желаний?

VOICE
Аргонавты Вселенной Аргонавты Вселенной

Фрагменты романа-утопии Александра Ярославского «Аргонавты Вселенной»

Наука и жизнь
От любви до ненависти и обратно От любви до ненависти и обратно

Советская интеллигенция возмутилась разносами, которые Хрущёв устроил художникам

Дилетант
Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике

Что физика помогла нам узнать о мире вокруг нас?

ТехИнсайдер
Манипуляции и травмы: пять книг о груминге и насилии Манипуляции и травмы: пять книг о груминге и насилии

Что помогает насилию и грумингу совершаться? Расскажут эти книги

Forbes
(Не) привязаться к психотерапевту (Не) привязаться к психотерапевту

Стоит ли привязываться к психологу и бороться с возникшей привязанностью?

Psychologies
Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года

Как Отечественная война 1812 года закрепилась в сознании людей?

Знание – сила
На пике тренда На пике тренда

Где приобщиться к моде на летний отдых на горнолыжных курортах?

Men Today
Кто сделает новый ГОЭЛРО? Кто сделает новый ГОЭЛРО?

Какие болевые точки отрасли энергетики видны специалистам?

Монокль
Как наладить общение с родителями партнера: 6 правил Как наладить общение с родителями партнера: 6 правил

Как партнеру наладить контакт с вашей семьей?

Psychologies
Получено экспериментальное подтверждение квантовой природы сознания Получено экспериментальное подтверждение квантовой природы сознания

Возможно, сознание связано с квантовыми процессами в микротрубочках нейронов

ТехИнсайдер
Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают

Кем быть? Как найти дело, которое не только нравится, но и приносит деньги?

Forbes
Пульс Дубая в ритме будущего Пульс Дубая в ритме будущего

Уникальный интерьер, в центре которого стоит любовь к современному искусству

SALON-Interior
Розовые горы Пенджикента Розовые горы Пенджикента

Личная и трогательная история Ани, основавшей бренд «Атлас мира»

Seasons of life
Григорий Сергеев: Ищу человека Григорий Сергеев: Ищу человека

История-поиск о тех, кто потерялся и нашел (в том числе себя)

Maxim
Человек умер после того, как хирурги удалили не ту часть тела Человек умер после того, как хирурги удалили не ту часть тела

Из-за чего допускаются врачебные ошибки?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении