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

Сладкая жизнь Сладкая жизнь

Белок – но сладкий. Может ли такое быть? Да!

ТехИнсайдер
Палеогенетики прочитали ДНК людей эпохи неолита из французской карстовой шахты Палеогенетики прочитали ДНК людей эпохи неолита из французской карстовой шахты

Палеогенетики проанализировали ДНК из карстовой шахты Авен-де-ля-Букль

N+1
Летящие над водой Летящие над водой

Одна из самых интересных технологий, переживающая настоящий ренессанс – фойлы

ТехИнсайдер
9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей 9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей

У комнатных растений много суперсил

VOICE
Жадность города берет Жадность города берет

«Ненасытные люди»: черная комедия, подражающая братьям Коэн

Weekend
Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать

Почему лучше воздержаться от советов, если ребенок о них не просит

Psychologies
На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков

Историо-Терапия: можно ли в прошлом найти ответы на непростые вопросы?

Psychologies
Устраивают «вонючие бои» и имеют два языка: 5 внезапных фактов о лемурах Устраивают «вонючие бои» и имеют два языка: 5 внезапных фактов о лемурах

Лемуры — необычные животные, о которых вы многого не знаете

ТехИнсайдер
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
«…Готовый уже приговор» «…Готовый уже приговор»

У советской власти менялись представления об измене, но всегда были строгими

Дилетант
Ах, эта язва! Ах, эта язва!

Какого специального лечения зачастую требует стоматит?

Лиза
Слова и музыка Слова и музыка

Елизавета Базыкина удивляет спокойствием не только к успеху, но и к неудачам

VOICE
«Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга «Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга

Как выстроить эффективную систему помощи людям с болезнью БАС

Forbes
5 увлекательных книг о мошенниках 5 увлекательных книг о мошенниках

Книги, которые объединяет то, что их главные герои — мошенники и аферисты

Maxim
«И тянутся города»: как группа из Барнаула прославилась благодаря виральному треку «И тянутся города»: как группа из Барнаула прославилась благодаря виральному треку

Как барнаульцы создали один из самых успешных рок-проектов страны?

Forbes
Как никогда не выйти замуж. 7 вредных советов Как никогда не выйти замуж. 7 вредных советов

Если не хочешь брака, следуй нашим рекомендациям – и оставайся свободной!

Лиза
Найти опору в теле Найти опору в теле

Как с помощью тела сохранить спокойствие и устойчивость

Psychologies
Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II

Как проходила панихида по Елизавете II

Правила жизни
Ржавое золото Ржавое золото

Автомобильные реликвии, которые обнаруживают слишком поздно

Men Today
Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье

Как изменились позиции женин на российском рынке труда?

Forbes
Без воды Без воды

Какие у безводной косметики преимущества и недостатки?

Лиза
Грозит ли насекомым вымирание? Грозит ли насекомым вымирание?

С насекомыми в Европе не всё благополучно, и вот почему

Наука и жизнь
Джефф-громовержец Джефф-громовержец

«Каос»: woke-повестка по-древнегречески

Weekend
Оккультизм, сексуальность и заговоры: 5 эзотерических книг из библиотеки Евгения Петросяна и Елены Степаненко Оккультизм, сексуальность и заговоры: 5 эзотерических книг из библиотеки Евгения Петросяна и Елены Степаненко

Книги из коллекции Евгения Петросяна, общей стоимостью в 3 млн рублей

Правила жизни
Ареопаг против Хрущёва Ареопаг против Хрущёва

Властная элита СССР, которая тяжело поддавалась либерализации и реформаторству

Дилетант
Пули и дураки Пули и дураки

«Наемный убийца»: авторемейк Джона Ву, которого лучше бы не было

Weekend
От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни

Собрали в подборку семь роковых леди кинематографа, способных на многое

Maxim
«Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз «Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз

Как девчонки в неоновых лосинах и с начесами на головах покорили СССР?

Forbes
Земля кипящая Земля кипящая

Долина гейзеров на полуострове Камчатка уникальна в мировом масштабе

Лиза
Сбой системы Сбой системы

Как вовремя понять, что ребенка пора вести на прием к специалисту?

Лиза
Открыть в приложении