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
«Вы не завершили заказ»: шопоголизм нового времени «Вы не завершили заказ»: шопоголизм нового времени

В чем опасность зависимости от маркетплейсов?

Grazia
Аккумуляторная независимость Аккумуляторная независимость

TI решил расспросить экспертов о том, какова сейчас ситуация с литием в России

ТехИнсайдер
Не фантазия, а реальность: как фиджитал становится инструментом бизнеса Не фантазия, а реальность: как фиджитал становится инструментом бизнеса

Фиджитал становится для компаний важным инструментом для продвижения

Forbes
Чудеса системы Сатурна: два безумных океана Чудеса системы Сатурна: два безумных океана

Система Сатурна – настоящее собрание диковин и чудес

Наука и техника
Джефф-громовержец Джефф-громовержец

«Каос»: woke-повестка по-древнегречески

Weekend
Плакун-трава Плакун-трава

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

Наука и жизнь
Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт

Почему из-за социальных сетей люди чаще вовлекаются в парасоциальные отношения?

Forbes
Исследование: как могла развиваться Вселенная до Большого взрыва Исследование: как могла развиваться Вселенная до Большого взрыва

Большой отскок: иная теория возникновения и развития Вселенной

ТехИнсайдер
Антибайопик о поэте: как фильм о Борисе Рыжем воскрешает еще одну легенду из 90-х Антибайопик о поэте: как фильм о Борисе Рыжем воскрешает еще одну легенду из 90-х

«Рыжий»: несовершенный, но пронзительный антибайопик о поэте Борисе Рыжем

Forbes
Без лишних предисловий: Каневский и Сулим Без лишних предисловий: Каневский и Сулим

Леонид Каневский и Саша Сулим — главная динамическая пара прямо сейчас

Собака.ru
Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции

Почему кольчатые черви — одна из самых успешных на планете групп организмов

СНОБ
В чем поэзия, брат? В чем поэзия, брат?

Борис Рыжий как поэт и как персонаж

Weekend
Полный «Каос»: почему сериал Netflix о богах на Олимпе называют лучшим проектом года Полный «Каос»: почему сериал Netflix о богах на Олимпе называют лучшим проектом года

«Каос»: сатирический сериал о тирании и пьянящем всемогуществе

Forbes
Есть свет для бедных и свет для богатых Есть свет для бедных и свет для богатых

Правда ли, что человечество слепнет, и можно ли вернуть зрение слепому человеку?

Наука
Техника Техника

Какой же гаджет объявить символом роскоши минувшего двадцатилетия?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Явления одного тика Явления одного тика

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

Лиза
«Ты не похожа на других женщин»: почему это плохой комплимент и как его можно сделать лучше «Ты не похожа на других женщин»: почему это плохой комплимент и как его можно сделать лучше

Давайте разберемся, что стоит за фразой «ты не такая, как все девушки»

Psychologies
Дом как вдохновение Дом как вдохновение

Трехэтажный загородный дом в живописном месте на западе Москвы

SALON-Interior
Время в саду Время в саду

Как успешный предприниматель становится садоводом?

Новый очаг
Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу

Как устроены «проекты на колесах», которые уже вошли в историю

Правила жизни
Следи за словами. Фразы, которые точно не стоит говорить своему боссу Следи за словами. Фразы, которые точно не стоит говорить своему боссу

С помощью каких фраз можно зарекомендовать себя как ненадежного сотрудника

Лиза
Владивосток: зрелища и смыслы Владивосток: зрелища и смыслы

Во Владике есть на что посмотреть и что оценить

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Фольклорист Александра Баркова: Считать меня язычницей — это какой-то тяжелый бред Фольклорист Александра Баркова: Считать меня язычницей — это какой-то тяжелый бред

Интервью с российским фольклористом Александрой Барковой

СНОБ
Фигура умолчания Фигура умолчания

«И этот марксистский подход к старине давно применяется в нашей стране»

Дилетант
Считавшийся рыбоядным или насекомоядным раннемеловой энанциорнис оказался любителем фруктов Считавшийся рыбоядным или насекомоядным раннемеловой энанциорнис оказался любителем фруктов

Оказалось, что раннемеловой энанциорнис питался плодами растений

N+1
Симуляция жизни: каким будет мир через несколько лет при развитии цифровых двойников Симуляция жизни: каким будет мир через несколько лет при развитии цифровых двойников

Как будет развиваться рынок цифровых двойников и каким образом изменит мир

Forbes
Нейросеть-ученый, имена мармозеток и новое лекарство от старости: новости науки Нейросеть-ученый, имена мармозеток и новое лекарство от старости: новости науки

Как создают «живые лекарства» и зачем мармозетки дают друг другу имена?

Forbes
Почему морскую свинку называют морской свинкой? Почему морскую свинку называют морской свинкой?

Как объяснить ребенку, почему грызуна назвали морской свинкой?

ТехИнсайдер
В химии всегда будет работать правило октета В химии всегда будет работать правило октета

Есть ли место идеям Менделеева в современной науке, живы ли они?

Наука и жизнь
Открыть в приложении