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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Есть ли способы меньше потеть? Есть ли способы меньше потеть?

Как уменьшить избыточное потоотделение и начать жить?

Maxim
Уголь держится на буром Уголь держится на буром

Почему увеличиваются добыча и экспорт угля в России?

Ведомости
Подо льдами Подо льдами

Плавание подводных лодок подо льдами теперь стало обыденным явлением

Наука и техника
Вот почему это самая умная собака в мире! Интересные факты о дрессировке Вот почему это самая умная собака в мире! Интересные факты о дрессировке

Бордер-колли по кличке Чейзер стала известной как «самая умная собака в мире»

ТехИнсайдер
«Книги, кофе и другие измерения»: уникальный магазин в Верхней Пышме «Книги, кофе и другие измерения»: уникальный магазин в Верхней Пышме

Книжный магазин, аналогов которому в Свердловской области нет

Psychologies
Солнечный коллектор vs солнечная панель: как определить, что выгоднее для дома Солнечный коллектор vs солнечная панель: как определить, что выгоднее для дома

Что из них выгоднее и чем отличаются: солнечный коллектор или солнечная панель?

ТехИнсайдер
Что обо мне подумают: как побороть зависимость от мнения окружающих и думать о себе Что обо мне подумают: как побороть зависимость от мнения окружающих и думать о себе

Как не допустить полного растворения в мнении окружающих?

Psychologies
Рис, майонез и еще 3 продукта, которые можно использовать во время уборки Рис, майонез и еще 3 продукта, которые можно использовать во время уборки

Какие продукты для уборки подойдут не хуже, чем чистящие спреи и губки

VOICE
Что такое Часы Судного дня Что такое Часы Судного дня

Кто придумал часы геополитической тревоги, что они показывают?

Maxim
Как работает автопилот и чем он отличается от круиз-контроля Как работает автопилот и чем он отличается от круиз-контроля

Насколько различаются возможности автопилота и круиз-контроля в автомобиле

Maxim
Почему мужчины не ходят к психологу — и почему им стоит это делать Почему мужчины не ходят к психологу — и почему им стоит это делать

Что мешает мужчинам ходить к психологу и как терапия может им помочь

Psychologies
3 роскошные альтернативы новому внедорожнику Tank 700. Подробности и цены 3 роскошные альтернативы новому внедорожнику Tank 700. Подробности и цены

Три достойные альтернативы для флагмана Great Wall

РБК
Ивановичи Ивановичи

Обоим сыновьям Ивана Калиты совсем не повезло с местом в истории

Дилетант
Медиатор: кто это и чем занимается Медиатор: кто это и чем занимается

В каких ситуациях медиатор незаменим и чем он отличается от психолога?

Psychologies
Рабочий, колхозница и граненый стакан Рабочий, колхозница и граненый стакан

Вера Мухина создала главный советский памятник и культовую советскую посуду

Правила жизни
FIgure представила робота-гуманоида второго поколения FIgure представила робота-гуманоида второго поколения

У нового робота FIgure  кисти рук с шестнадцатью степенями свободы

N+1
«Болячки прикладывали прямо к экрану»: псевдоцелители и «натуропаты» в новейшей истории России «Болячки прикладывали прямо к экрану»: псевдоцелители и «натуропаты» в новейшей истории России

«Целители», которые обещали людям из СССР лекарство от всех болезней

Правила жизни
Новая смена Новая смена

Как помочь детям адаптироваться в незнакомом классе и не нажить проблем

Лиза
Чистота душевная, любовь нелицемерная Чистота душевная, любовь нелицемерная

Сергий Радонежский – один из самых почитаемых православных святых

Зеркало Мира
Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов

Почему попасть на коробку хлопьев Wheaties — мечта многих спортсменов

Forbes
Приручить внутренних драконов: советы для любителей спорить и бездумно говорить «да» Приручить внутренних драконов: советы для любителей спорить и бездумно говорить «да»

Проверенные стратегии для укрощения «драконов» — вредных ментальных привычек

Forbes
Если бы в школе был урок биографии Если бы в школе был урок биографии

Почему в школе не изучают биографию?

Дилетант
Сатурн выбросил комету за пределы Солнечной системы Сатурн выбросил комету за пределы Солнечной системы

Комета A117uUD встретилась с Сатурном и теперь улетает из Солнечной системы

ТехИнсайдер
«В мире еще есть что-то, способное заинтересовать» «В мире еще есть что-то, способное заинтересовать»

Отец Андрей Щенников рассказал о том, как живет церковь в эпоху потребления

Правила жизни
«Месье поправляет пенсне» «Месье поправляет пенсне»

История очков, настоящий исторический детектив

Зеркало Мира
Кого на самом деле всю жизнь любила Клавдия Шульженко Кого на самом деле всю жизнь любила Клавдия Шульженко

«Я это исполнять не буду. Что за платочки? Банально, приторно!»

Коллекция. Караван историй
Сможет ли ИИ написать «Войну и мир-2» Сможет ли ИИ написать «Войну и мир-2»

SSM-модель — что нового она привнесла для мира нейросетей?

ТехИнсайдер
Ксения Таран: «Благодарна Касаткиной, Бурдонскому, Чурсиной за то, что преподали мне свои уроки!» Ксения Таран: «Благодарна Касаткиной, Бурдонскому, Чурсиной за то, что преподали мне свои уроки!»

Театр — это живой организм: как ты к нему относишься, так он и отвечает

Коллекция. Караван историй
Древесину липы случайно превратили в суперчерный материал Древесину липы случайно превратили в суперчерный материал

Материаловеды случайно превратили древесину липы в суперчерный материал

N+1
Открыть в приложении