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

Яркие миры Яркие миры

Разноцветные животные планеты

Вокруг света
Мир Шрёдингера Мир Шрёдингера

«Черный пес»: китайский неовестерн о сломе времен

Weekend
Время спать Время спать

Хотите впасть в спячку до весны? Теоретически для этого нет никаких препятствий

ТехИнсайдер
Фонотека Фонотека

Как изобразительное искусство и арт-колледжи повлияли на развитие поп-музыки

Правила жизни
Китай строит поезд-снаряд, летящий в вакууме со скоростью 1000 км/ч Китай строит поезд-снаряд, летящий в вакууме со скоростью 1000 км/ч

Поезд на магнитной подушке, который способен развить скорость 1000 км/ч

ТехИнсайдер
Йети — снежный человек Йети — снежный человек

Негласный символ Кузбасса — снежный человек

КАНТРИ Русская азбука
Тяжба дяди Дреда Тяжба дяди Дреда

История афроамериканца Дреда Скотта, который пытался оспорить свои права в суде

Дилетант
«Месье поправляет пенсне» «Месье поправляет пенсне»

История очков, настоящий исторический детектив

Зеркало Мира
Король ток-шоу: кто такой Фил Донахью? Король ток-шоу: кто такой Фил Донахью?

Чем Фил Донахью заслужил уважение и доверие телезрителей?

Правила жизни
Новая смена Новая смена

Как помочь детям адаптироваться в незнакомом классе и не нажить проблем

Лиза
Зеленая скульптура Зеленая скульптура

Учимся создавать топиари с помощью фигурной стрижки растений

Лиза
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
Парадокс Монти Холла: что это значит и как его применять Парадокс Монти Холла: что это значит и как его применять

Как математический парадокс применяют в жизни?

Psychologies
Как измерить силу своих чувств: шкала Клода Штайнера Как измерить силу своих чувств: шкала Клода Штайнера

Можете ли вы описать, что вы чувствуете прямо сейчас?

Psychologies
Название для смерти Название для смерти

Какие слова и понятия возникли во время Первой мировой войны

Weekend
Худеем по науке Худеем по науке

Какие гормоны отвечают за вес и как похудеть в случае гормонального дисбаланса

Лиза
Мысли вслух Мысли вслух

Антон Лапенко: из социальных сетей в большое кино

Men Today
«Никто не идеален»: 5 шагов, чтобы избавиться от недостатков «Никто не идеален»: 5 шагов, чтобы избавиться от недостатков

Признание своих недостатков — первый шаг к изменениям

Psychologies
Жилища обтекаемой формы: зачем в СССР строили дома в виде бочек Жилища обтекаемой формы: зачем в СССР строили дома в виде бочек

Дома-бочки в СССР: для кого строили эти дома и почему они были такой формы?

ТехИнсайдер
Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы

О механизме инвалидизации — о том, что неуместная помощь может приносить вред

Psychologies
Как художница Луиз Буржуа осмысляла травматичное детство и материнский опыт Как художница Луиз Буржуа осмысляла травматичное детство и материнский опыт

Каково это — быть способной создать новую жизнь, но ощущать себя несвободной?

Forbes
Что делать, если вы считаете себя абьюзером: 4 совета Что делать, если вы считаете себя абьюзером: 4 совета

Как понять, являетесь вы абьюзером или нет?

Psychologies
«Один на один с жизнью»: почему человек становится жертвой. Отрывок из книги психолога «Один на один с жизнью»: почему человек становится жертвой. Отрывок из книги психолога

Почему человек чувствует себя жертвой? Можно ли этому противостоять?

СНОБ
8 фраз, которые вредно говорить детям 8 фраз, которые вредно говорить детям

Фразы, которые не оказывают воспитательного эффекта и портят отношения с детьми

Psychologies
Горе победившим Горе победившим

Как московский князь Юрий Данилович неудачно воевал с Тверью

Дилетант
Белый спирт из Китая, покоривший мир Белый спирт из Китая, покоривший мир

В Китае свои алкогольные традиции

Зеркало Мира
Ряженка: не путать с кефиром! Ряженка: не путать с кефиром!

Ряженка — продукт, которого больше нигде нет — ни на Востоке, ни на Западе

КАНТРИ Русская азбука
Равноправие, инклюзия, справедливость: словарь гендерного равенства Равноправие, инклюзия, справедливость: словарь гендерного равенства

Чем разнообразие отличается от инклюзии, а равноправие — от равенства?

Forbes
Ни складочки Ни складочки

Разумное хранение в твоем шкафу: чтобы вещи не измялись

Лиза
Ночное освещение сделало листья городских деревьев слишком прочными для поедания насекомыми Ночное освещение сделало листья городских деревьев слишком прочными для поедания насекомыми

Искусственное освещение делает листья городских деревьев прочнее

N+1
Открыть в приложении