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

Бэтмен против Супермена Бэтмен против Супермена

Tank 700 двойного действия

Автопилот
И на стволах растут плоды И на стволах растут плоды

Одни фрукты, висят на ветвях, а другие забрались на стволы. Интересно, зачем?

Наука и жизнь
Времена года повлияли на моральные ценности американцев Времена года повлияли на моральные ценности американцев

Одобрения сплачивающих моральных ценностей зависит от времени года

N+1
Как будут развиваться города северо-запада РФ до 2035 года Как будут развиваться города северо-запада РФ до 2035 года

Что такое мастер-планы по развитию и какими они будут для разных городов

ФедералПресс
Как США создали «город грехов» и мировую столицу азартных игр? Интересные факты о Лас-Вегасе! Как США создали «город грехов» и мировую столицу азартных игр? Интересные факты о Лас-Вегасе!

Как менее чем за сто лет Лас-Вегас превратился в «мировую столицу развлечений»?

ТехИнсайдер
Кокаин, амфетамины и мельдоний: как знаменитые теннисисты попадались на допинге Кокаин, амфетамины и мельдоний: как знаменитые теннисисты попадались на допинге

Элитные теннисисты, замешанные в допинговых спорах

Forbes
Ходы записаны: как советская программа победила на чемпионате по шахматам и к чему это привело Ходы записаны: как советская программа победила на чемпионате по шахматам и к чему это привело

Как прошел первый чемпионат мира по шахматам среди компьютерных программ

Правила жизни
Ресторан на магазинной полке: как устроено производство готовой еды Ресторан на магазинной полке: как устроено производство готовой еды

Ресторан на магазинной полке: как производится готовая еда для «Перекрестка»

СНОБ
Муж приковал ее на 40 дней к дереву! Как американка пережила домашнее насилие Муж приковал ее на 40 дней к дереву! Как американка пережила домашнее насилие

История женщины, которую бывший муж оставил в джунглях умирать

ТехИнсайдер
Новая смена Новая смена

Как помочь детям адаптироваться в незнакомом классе и не нажить проблем

Лиза
Добытчицы серебра: 6 фактов о Мирре Андреевой и Диане Шнайдер Добытчицы серебра: 6 фактов о Мирре Андреевой и Диане Шнайдер

Самые интересные факты о теннисистках Мирре Андреевой и Диане Шнайдер

Forbes
10 способов ментальной самообороны 10 способов ментальной самообороны

Хотите инструкцию, какие конкретно принять меры против манипуляций?

Psychologies
Нейтроны нарушили неравенство Леггетта — Гарга Нейтроны нарушили неравенство Леггетта — Гарга

Нейтроны подтвердили свою квантовую природу

N+1
7 суровых автодомов, сделанных российскими умельцами 7 суровых автодомов, сделанных российскими умельцами

Российские автодома с суровым вайбом

Maxim
Запоздалый поклон шевалье де Ламарку Запоздалый поклон шевалье де Ламарку

Шевалье де Ламарк — одна из самых противоречивых фигур за всю историю биологии

Знание – сила
Как растет взаимодействие с Китаем Как растет взаимодействие с Китаем

Китай и Россия на фоне западных санкций стали друг для друга выгодными

РБК
Продолжать поток Продолжать поток

О личном, прекрасном и важном — в интервью Александры Урсуляк

OK!
Шитьё: нaряд вне очереди Шитьё: нaряд вне очереди

Вышивка — один из верных способов сделать внешний вид более ярким, праздничным

КАНТРИ Русская азбука
Мороз, жара и низкая рентабельность: почему Россия потеряла часть урожая картофеля Мороз, жара и низкая рентабельность: почему Россия потеряла часть урожая картофеля

В 2024 году в России соберут на 1,4 млн т, или на 16% меньше картофеля

Forbes
Ярких летучих мышей из Азии начали истреблять ради изготовления украшений Ярких летучих мышей из Азии начали истреблять ради изготовления украшений

На онлайн-площадках в большом количестве торгуют украшенными гладконосами

N+1
«Что делать женщине, если…» «Что делать женщине, если…»

Совсем скоро в Okko стартует новый сезон сериала «Что делать женщине, если…»

OK!
Куда уходят кадры: проблема «атомных городов» Куда уходят кадры: проблема «атомных городов»

Как обстоит ситуация с привлечением сотрудников в «атомных» ЗАТО

ФедералПресс
Про тех, кто вечно в шоке Про тех, кто вечно в шоке

Что такое аффектация простыми словами, рассказывает психолог Надежда Бримаер

Лиза
Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком

Где та грань, за которой близость с родителями становится нездоровой?

Psychologies
Кожа: вот что нужно знать о самом большом человеческом органе Кожа: вот что нужно знать о самом большом человеческом органе

Кожа — не только самый большой, но и самый удивительный орган

ТехИнсайдер
Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas Кроссовер для правильного отпуска: тест-драйв Geely Atlas

Geely Atlas: кроссовер, в котором радует всё

ТехИнсайдер
«Самый популярный запрос — перевод денег из России» «Самый популярный запрос — перевод денег из России»

О юридических и организационных сложностях при репатриации в Израиль

РБК
Уголок школьника Уголок школьника

5 вещей и предметов мебели, которые нужно выбросить из детской комнаты

Лиза
Пчелы учат дроны летать роем Пчелы учат дроны летать роем

Как дроны перенимают у пчел манеру полета

ТехИнсайдер
Возраст независимости: как современные медиа рассказывают о жизни женщин после 40 лет Возраст независимости: как современные медиа рассказывают о жизни женщин после 40 лет

Как начать свое дело после долгих лет в найме и не сойти с ума на пенсии?

Forbes
Открыть в приложении