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

Мария Куликова: «Мы расписались в МФЦ. Я была в спортивном костюме» Мария Куликова: «Мы расписались в МФЦ. Я была в спортивном костюме»

Мы все рефлексирующие ребята, особенно артисты, у нас вообще расшатанные нервы

Караван историй
Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера

Что нужно делать, чтобы полностью удалить разные браузеры с устройства

ТехИнсайдер
Работа до посинения Работа до посинения

Почему будет падать спрос на белых воротничков

РБК
«Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами «Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами

Глава из романа Аси Демишкевич «Под рекой»

Forbes
Один раз, еще не жена Один раз, еще не жена

Однажды я провел за два года три свадьбы у одной и той же невесты!

Men Today
Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане? Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане?

Почему на Титане можно представить только неземлеподобную жизнь?

Наука и техника
Большие перемены Большие перемены

20 фактов, которые должны знать папа и мама первоклассника (и не только)

Men Today
Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана

По каким признакам можно понять, что партнер вас использует?

Psychologies
«Субстанция»: безумный боди-хоррор с Деми Мур о страхах стареющей кинозвезды «Субстанция»: безумный боди-хоррор с Деми Мур о страхах стареющей кинозвезды

«Субстанция»: яростная просьба отстать от женщин и их внешности

Forbes
Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги

Можно ли в российских реалиях строить добротные долговечные дороги?

ТехИнсайдер
Надо радоваться Надо радоваться

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

VOICE
Чем заменить Notion: 7 российских альтернатив Чем заменить Notion: 7 российских альтернатив

Приложения, которые помогут собрать все файлы в одном месте и ничего не потерять

VC.RU
Разговоры о страшном Разговоры о страшном

Как обэриуты изучали мир, где остановилось время

Weekend
Уроки смыло наводнением: как климатический кризис мешает школьникам хорошо учиться Уроки смыло наводнением: как климатический кризис мешает школьникам хорошо учиться

Наиболее яркие примеры влияния погоды на образовательный процесс

Forbes
Бизнес на вау-эффекте Бизнес на вау-эффекте

Какими факторами обусловлен бурный рост косметической компании «Гельтек»

Монокль
Как за минуту заточить ножницы: 5 лучших методов Как за минуту заточить ножницы: 5 лучших методов

Как правильно наточить ножницы в домашних условиях

ТехИнсайдер
Как врач Вирджиния Апгар придумала шкалу для оценки состояния новорожденных Как врач Вирджиния Апгар придумала шкалу для оценки состояния новорожденных

Вирджиния Апгар изобрела собственный метод оценки состояния детей после рождения

Forbes
Это их угробит: 5 вещей, которые ни в коем случае нельзя мыть меламиновой губкой Это их угробит: 5 вещей, которые ни в коем случае нельзя мыть меламиновой губкой

Не каждая хозяйка знает, что меламиновые губки подходят не для всякой работы

ТехИнсайдер
5 лучших ролей Мэгги Смит 5 лучших ролей Мэгги Смит

Вспоминаем самые яркие роли британской актрисы из культовых фильмов

Psychologies
С гробом по жизни С гробом по жизни

«Джанго»: один из самых жестоких вестернов в истории

Weekend
Электроусилитель руля. Как он работает и чем отличается от гидроусилителя Электроусилитель руля. Как он работает и чем отличается от гидроусилителя

Как электроусилитель руля помогает водителю?

РБК
Нужен ли вам подержанный Range Rover? Нужен ли вам подержанный Range Rover?

Б/у Range Rover: стоит ли брать и чего ждать от подержанного автомобиля?

4x4 Club
Творческий район Творческий район

Светлый, уютный интерьер с приятными тёплыми оттенками и яркими акцентами

Идеи Вашего Дома
Знаменитые споры и конфликты писателей Знаменитые споры и конфликты писателей

Литературный мир — арена для самых ярых словесных баталий

Maxim
Ржавое золото Ржавое золото

Автомобильные реликвии, которые обнаруживают слишком поздно

Men Today
Хотите сохранять мир в отношениях? Общайтесь правильно! Хотите сохранять мир в отношениях? Общайтесь правильно!

Как говорить с партнером, чтобы вас слышали и понимали

Psychologies
«Бриджертоны» — 80 миллионов поклонников и мгновенная слава актеров «Бриджертоны» — 80 миллионов поклонников и мгновенная слава актеров

О закулисье «Бриджертонов» и историях актеров, сыгравших самые яркие роли

Караван историй
Красота Красота

Шорт-лист самых интересных бьюти-запусков года

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Дочь за отца отвечает Дочь за отца отвечает

«Мой Марчелло»: знакомые и родственники в оммаже великому Мастроянни

Weekend
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
Открыть в приложении