Сто лет на железных дорогах России работает электротяга. Но как все начиналось?

Наука и техникаHi-Tech

От пара и лошади – к электричеству. Начала электротяги

Варгатый Иван, https://dzen.ru/vivan755

«Вольный перевод» французского электровоза Alstom PRIMA II, произведенный в Казахстане

Вот уже сто лет на железных дорогах России работает электротяга. Начиналось все с участков, России сейчас не принадлежащих, – пригородной Баку-Сабунчиской дороги и находящегося в Грузии Сурамского перевала. Свои участки с электротягой в наследство от СССР получили Казахстан, Украина, Узбекистан, Белоруссия, Абхазия. Каждая из стран пошла своим путем: Белоруссия закупает новые электровозы и электропоезда в Китае и Швеции; Казахстан построил свой завод и собирает на нем электровозы совместно с французами, а электропоезда закупает в России; Азербайджан купил несколько локомотивов у Казахстана.

И почти все государства теми или иными темпами расширяют электрифицированный полигон. В лентах мелькают новости и о закупках локомотивов, и об электрификации. А вот в сознании обывателя почему-то энергохозяйству места не находится – даже дети если и мечтают работать на железной дороге, то непременно машинистом, иногда – проводником. Работа службы Э (как еще со времен МПС кодируется в документах служба электроснабжения) остается в тени. Как и работа «шнуровиков», они же СЦБисты, или сотрудники службы Ш – сигнализации, централизации, блокировки, отвечающей за светофоры, управление стрелками и прочую автоматику управления движением. В данной серии статей восполним эти пробелы.

Реостат, стоящий в середине крыши электровоза ЧС2Т, – ящик с ленточными сопротивлениями

Начинался электротранспорт с постоянного тока. Да что транспорт – сама электротехника начиналась с постоянного тока, с опытов Вольты, Гальвани, Ампера. Пророк электричества в Новом Свете, хитрый Томас Эдисон, тоже продвигал промышленное внедрение системы постоянного тока, не гнушаясь жульничеством – достаточно вспомнить его публичные опыты с собаками. А старушка Европа в лице Н. Теслы и М.О. Доливо-Добровольского делала ставку на переменный ток, в итоге и воцарившийся в электроснабжении. Михаил Осипович, наш соотечественник, даже создал асинхронный двигатель, который, пожалуй, можно назвать царем электродвигателей – простейший и надежный, он применяется на всем – от холодильников до прокатных станов. И он работает на переменном токе.

Казалось бы, двигатель с такими качествами незаменим на транспорте. Сейчас действительно все к этому идет семимильными шагами, многие зарубежные компании выпускают подвижной состав лишь с асинхронными тяговыми электродвигателями (ТЭД). Но в начале XXI века есть то, чего не было в конце XIX – начале XX: надежные и недорогие преобразователи частоты и числа фаз. Асинхронный двигатель при всех своих достоинствах развивает достаточный на транспорте крутящий момент лишь при трехфазном питании. А три фазы на локомотив подать сложно. И с регулированием проблемы: при питании напрямую от сети «асинхронник» устойчиво работает лишь на одной скорости, что приемлемо для холодильника, но совершенно нереально для локомотива.

Поэтому на электрическом транспорте прочно занял позиции коллекторный двигатель, который можно регулировать способом, описанным еще у А.С. Новикова-Прибоя в «Цусиме», – реостатом, то есть сопротивлением, ограничивающим ток. Остается лишь подвесить контактный провод, подать в него «плюс», рельсы подключить к «минусу» – и электрическая железная дорога готова. Однако каждый пункт ставит свои вопросы.

Самый очевидный: какое использовать напряжение? Изоляция обмоток двигателей на закате «серебряного века» была квелой, обычно – хлопчатобумажной, больших напряжений не держала, особенно если отсыреет. А сырости на транспорте хватает. Кроме того, коллектор двигателя – непрерывно работающий переключатель, превращающий постоянный ток в переменный для питания витков обмотки якоря, на нем постоянно идет процесс дугогашения – разрыва тока между щеткой и пластиной. Каково гасить дугу при напряжении в десятки и сотни тысяч вольт – можно посмотреть на видеороликах про работу выключателей подстанций.

На коллекторе напряжения на порядки скромнее – подведенное к щеткам напряжение поровну делится между пластинами коллектора, находящимися между щетками1, это напряжение называется межламельным. Если посчитать число пластин, находящихся между щетками, у электродрели либо кофемолки, и поделить на него напряжение сети (220 вольт), то получается порядка 20–30 вольт. При малых токах двигатель приемлемо работает и при бóльшем межламельном напряжении, для тяжелых же условий, в которых трудятся тяговые двигатели, много будет и 30 В.

1. В реальности из-за искажения магнитного потока, так называемой реакции якоря, напряжения распределяются неравномерно, ухудшая коммутацию. Подробнее об этом рассказано на дзен-канале автора в цикле «Труженик электродвигатель»

Якорь тягового двигателя электровоза весит до двух тонн, и основная доля в этой массе – электротехническая сталь и медь

Можно забежать вперед и заглянуть в двигатели поздних советских электровозов. ТЭД электровоза ВЛ10 рассчитан на номинальное напряжение 1500 вольт, на его коллекторе 525 пластин, электровоза ВЛ80 – на 950 вольт, там 384 пластины. На обоих двигателях 6 групп щеток, примерно 8% пластин перекрывается щетками: под щетками между пластинами напряжения нет. Делим 525 на 6, на получившееся число пластин делим 1500 вольт и добавляем 8%. Получается 18,5 вольт. На ВЛ80 – 16 вольт. Довольно комфортные условия коммутации, если закрыть глаза на то, что тяговый двигатель работает в условиях тряски, запыленности, брызг воды и снега, которые здорово укорачивают электромашине жизнь.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Дальнего следования Дальнего следования

Опыты с гибридом Skywell HT-I

Автопилот
6 способов «похудеть» мужа незаметно для него 6 способов «похудеть» мужа незаметно для него

Как помочь своему мужу похудеть без насилия над ним?

Psychologies
Шестое чувство Шестое чувство

Не отвлекают ли от главного приемы мультисенсорного маркетинга?

Bones
Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой

Писатель Виктор Ерофеев — о жизни как служении

СНОБ
Посмотрите на «устрицу-монстра»! Эксперты: это не самая большая устрица, но она поражает Посмотрите на «устрицу-монстра»! Эксперты: это не самая большая устрица, но она поражает

Устрицы могут достигать колоссальных размеров

ТехИнсайдер
Имплантация зубов Имплантация зубов

Что важно сделать до, во время и после процедуры имплантации зубов

Лиза
Мир Шрёдингера Мир Шрёдингера

«Черный пес»: китайский неовестерн о сломе времен

Weekend
Как готовят будущих «айтишников» в столичных школах Как готовят будущих «айтишников» в столичных школах

Как помочь будущему айтишнику найти свое призвание

Наука и техника
Уильям Гершель и музыка небесных сфер Уильям Гершель и музыка небесных сфер

Уильям Гершель, великий астроном, раздвинувший для нас границы Солнечной системы

Наука и техника
С того цвета С того цвета

«Правила жизни» разбираются в истории цвета

Правила жизни
Деликатесы со всего мира Деликатесы со всего мира

Необычные деликатесы, которые вы есть не стали бы

Зеркало Мира
3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви 3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви

Эмоциональное насилие, в котором ошибочно видят проявление заботы

Psychologies
Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками

В чем загадка «хичкоковских блондинок»

СНОБ
Легендарная вещь времен СССР: почему у граненого стакана было именно 16 граней Легендарная вещь времен СССР: почему у граненого стакана было именно 16 граней

Как и когда в СССР появился граненый стакан

ТехИнсайдер
365 дней свеклы 365 дней свеклы

Мы с командой часто смеемся, называя сибирских поваров «амбассадорами свеклы»

Bones
Утерянное человечество: кем мы станем через миллионы лет? Утерянное человечество: кем мы станем через миллионы лет?

Антиутопия, космический ужас, утопия и наука – «Все грядущие дни»

Наука и техника
Что произойдет, если бросить пакет с мусором в вулкан? Что произойдет, если бросить пакет с мусором в вулкан?

Смогут ли вулканы «переварить» весь человеческий мусор?

ТехИнсайдер
Вредные советы из СССР Вредные советы из СССР

8 кулинарных лайфхаков, которым не стоит следовать

Лиза
Тандыр Тандыр

Тандыры и еду из них можно встретить на всем протяжении Великого шелкового пути

Bones
Жизнь без слез! Что делать, если постоянно хочется плакать: 10 советов психолога Жизнь без слез! Что делать, если постоянно хочется плакать: 10 советов психолога

Разбираемся в ситуации постоянных слез без причины вместе с психологом

Лиза
Топ самых опасных для здоровья поз за рулем Топ самых опасных для здоровья поз за рулем

Самые опасные положения водителя в длительном путешествии на автомобиле

Maxim
История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое

Кто и как изобрел первый компактный аналоговый информационный носитель

Правила жизни
Куркума и зеленый чай — одни из самых полезных пищевых добавок, из-за которых люди попадают в больницы Куркума и зеленый чай — одни из самых полезных пищевых добавок, из-за которых люди попадают в больницы

Насколько вреден прием популярных растительных добавок, помогающих похудеть?

ТехИнсайдер
Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов

Какими винами можно наслаждаться еще весь август?

Maxim
Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе? Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе?

Какие важные факты об SPF важно держать в голове?

Правила жизни
«Я пытаюсь делать все максимально искренне» «Я пытаюсь делать все максимально искренне»

Дельфин – о прелести студийной аппаратуры 1970-х и оперной музыки

Правила жизни
Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas

Geely Atlas: кроссовер, в котором радует всё

ТехИнсайдер
Новая смена Новая смена

Как помочь детям адаптироваться в незнакомом классе и не нажить проблем

Лиза
История альянса: факты, которые вы могли не знать о НАТО История альянса: факты, которые вы могли не знать о НАТО

Договор, военная поддержка и армия: необычные факты о НАТО

ТехИнсайдер
Растение, творящее чудеса! Как использовали мяту на Руси, зачем ею натирали столы в Риме и еще 10 занимательных фактов Растение, творящее чудеса! Как использовали мяту на Руси, зачем ею натирали столы в Риме и еще 10 занимательных фактов

Душистая мята с давних времен имеет широкое практическое применение

ТехИнсайдер
Открыть в приложении