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

Операция «Переезд» Операция «Переезд»

За «перемещением» ЦК фактически стояла успешно проведённая тайная операция

Дилетант
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
Сталкер сновидений Сталкер сновидений

Можно ли управлять снами?

Лиза
10 фактов, которые нужно знать мужчинам о женщинам 10 фактов, которые нужно знать мужчинам о женщинам

Семейный психотерапевт напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой

Какие ошибки совершают одинокие матери, пытаясь наладить личную жизнь?

Psychologies
Дождевые черви не смогут прокормить человечество в случае ядерной войны Дождевые черви не смогут прокормить человечество в случае ядерной войны

Сбор дождевых червей для пропитания оказался слишком трудоемким

N+1
Как твой образ влияет на успех: практические советы Как твой образ влияет на успех: практические советы

Как использовать свой образ для достижения целей и реализации амбиций?

VOICE
Рина Зеленая. Каждый день была счастлива с мужем Рина Зеленая. Каждый день была счастлива с мужем

Рина всегда ценила интеллектуалов с неординарным мышлением

Караван историй
Солнечный нуар Солнечный нуар

«Плохая обезьяна»: новый сериал создателя «Теда Лассо»

Weekend
Снижение самооценки и панические атаки: чем опасно позитивное мышление Снижение самооценки и панические атаки: чем опасно позитивное мышление

Стоит ли придерживаться позитивного мышления? Отвечает гештальт-терапевт

Psychologies
«Звездная болезнь»: плюсы, минусы, последствия для «больного» и окружающих «Звездная болезнь»: плюсы, минусы, последствия для «больного» и окружающих

Как распознать в себе и близких симптомы «звездной болезни» и спастись от них?

Psychologies
Грифонаж, страпонтен, глабелла, нёрдл: необычные названия привычных вещей Грифонаж, страпонтен, глабелла, нёрдл: необычные названия привычных вещей

Грифонаж, страпонтен, петрикор: вы точно знаете эти вещи

ТехИнсайдер
Терраформирование Марса уже не фантастика Терраформирование Марса уже не фантастика

Для терраформирования Марса необходимо увеличить его температуру на 10°C

ТехИнсайдер
«Я встретила любовь, когда шла покупать швабру»: 14 историй о любви «Я встретила любовь, когда шла покупать швабру»: 14 историй о любви

Истории людей, которые романтично встретили по-настоящему близкого человека

Psychologies
Перерыв на обед Перерыв на обед

Несколько доступных вариантов легкого обеда и перекусов в офисе

Лиза
Как преодолеть финансовые конфликты в семье: практическое руководство Как преодолеть финансовые конфликты в семье: практическое руководство

Как разрешить финансовые трудности в семье и при этом укрепить свои отношения?

VOICE
Постройте свою деревню: простое упражнение, которое поможет стать счастливым без партнера Постройте свою деревню: простое упражнение, которое поможет стать счастливым без партнера

Обязаны ли мы быть счастливы в одиночестве?

Psychologies
Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью Болезнь Минамата: самое крупное в истории отравление ртутью

Болезнь Минамата: как употребление загрязненных морепродуктов влияет на здоровье

ТехИнсайдер
У кого не болит поясница? У кого не болит поясница?

Как избежать болей в пояснице и укрепить мышцы спины?

Здоровье
Юрма Юрма

Древний финно-угорский суп, в основе которого – смешение двух бульонов

КАНТРИ Русская азбука
У мышей нашли отвечающие за плацебо-обезболивание нейронные цепи У мышей нашли отвечающие за плацебо-обезболивание нейронные цепи

Ученые разработали эксперимент, который вызывает эффект облегчения боли

N+1
Возрождая Третий Рим Возрождая Третий Рим

Основатель архитектурного бюро о будущем сталинского ампира

RR Люкс.Личности.Бизнес.
«Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803 «Художества и науки» в Петербургской Академии наук 1724—1803

О появлении современной науки: Великая дивергенция и благотворное влияние церкви

Знание – сила
«Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами «Человечество не допустит катастрофы»: как гаджеты меняют работу мозга — разбор с нейробиологами

Что происходит с нашим мышлением и чувствами в условиях цифровой реальности?

Psychologies
«Дуглас отменяется»: как сериал от создателя «Шерлока» исследует культуру отмены «Дуглас отменяется»: как сериал от создателя «Шерлока» исследует культуру отмены

Каким получился сериал «Дуглас отменяется», высмеивающий культуру отмены?

Forbes
Вася из прошлого и настоящего. Как изменился эмоциональный интеллект у детей Вася из прошлого и настоящего. Как изменился эмоциональный интеллект у детей

Психолог Катерина Мурашова — про эмоциональный интеллект у современных детей

СНОБ
Фанни Фаталь Фанни Фаталь

«Когда кто-то на вас по-настоящему смотрит, вы забываете о камере»

Караван историй
Беспилотник научили обнимать деревья крыльями Беспилотник научили обнимать деревья крыльями

PercHug способен садиться на столбы и деревья, обхватывая их крыльями

N+1
Вот это поворот Вот это поворот

Ищем (и находим) новую профессию в любом возрасте

VOICE
Александр Клюквин: «Никто не работает ради зрителя. Я не работаю ради зрителя» Александр Клюквин: «Никто не работает ради зрителя. Я не работаю ради зрителя»

Пауза — это хлеб с мясом у актера

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении