С одной стороны ответ на этот вопрос кажется очень простым. Как работает? Да током питается, водила жмет газ в пол и едет. Что тут, собственно, непонятно? Однако, если такой уровень объяснения вас не устраивает, то не исключено, что после прочтения этой статьи вы откроете для себя, что-то интересное.
Итак, давайте попробуем повнимательнее осмотреть трамвай, и разобраться с тем, как он устроен. Начнем прямо сверху. Там у трамвая находится токоприемник.
Токоприемник
Токоприемник может быть разным, но, как правило, трамваи предпочитают питаться током через пантограф. На мой взгляд самый адекватный вид токоприменика обеспечивающий высокую надежность и хорошее качество токосъема — компактный, легкий не направленный, о чем еще можно мечтать? Правильно — не о чем! Именно поэтому пантографы получили очень большое распространение, как на трамваях, так и на электропоездах.
В последнее время в моде стали полупантографы. То же самое, только легче, лучше, стильнее и с логотипом Apple. Правда он капризный по отношению к качеству контактной сети. И если ее прокладывал центр не имеющий сертификации Apple и личной подписи Стива Джобса, на ней полупанторгаф может поломаться. Проще говоря, айфон среди токоприемников.
Впрочем если качество контактной сети вызывает полноценную душевную скорбь, депрессию и способно угробить любой полупантограф, а может даже и пантограф, выход есть - бугель.
Бугель, он же дуговой токоприемник, абсолютно неубиваем, простой как валенок, и соответственно очень надежный, но управлять им из кабины нельзя, он громоздкий, а кроме того допускает только движение вперед (звучит прям как лозунг политической партии). Трамваи ранних лет оснащались именно им.
Кроме этих возможны и всякие более экзотические варианты, вроде токоприемника Белова, который по сути является неравноплечным полупантографом. Но лично видел его только на питерских трамваях и то, только на одной модели.
Если же трамвай, на который вы смотрите родом, скажем из США, то у него, к полнейшей вашей неожиданности, может из крыши расти штанга. Но не та, которые тягают тяжелоатлеты, а штанга-токоприемник. Впрочем ничего незнакомого в ней нет, именно такие токоприемники используют троллейбусы, только у трамвая он всего один. В России/СССР такие почти не применялись. Кроме, кончено, тех случаев когда применялись, в частности трамвайная ветка из Ленинграда в Стрельну (пригород) до войны была отдельным от всей остальной сети подразделением, в котором как раз использовались трамваи со штангами.
Помимо Оранеллы (а именно так называлась эта линия трамвая) штанги всем другим видом токоприемников предпочитает Рига.
Вообще конфликт штанги и бугеля — штука очень старая. Дело в том, что первоначально трамваи все-таки оснащались именно штангами. И этот тип токоприемника изобрел Френк Спарг. В то время как бугель изобрел Вернер фон …нет, не Браун, Сименс. И сделал он это, чтобы избежать патентных споров с Спаргом.
Как по мне, то штанга для трамвая крайне неудачный вид токоприемника, потому ему желательно усложнение устройства контактной сети — а именно стрелок для токоприемника, в то время как бугелю/пантографу/полупантографу они решительно ни к чему. Но даже если устранить и этот недостаток, то поднять пантограф можно запросто, а вот штангу придется вручную насаживать на провод. Современные сверхинтеллектуальные троллейбусы в 10-м поколении вроде как научились искать провода не заставляя воителя выходить из кабины, так что и эту проблему можно решить. Как говорится вот так, при помощи двух спиц и буханки хлеба можно сделать троллейбус, но зачем.
Двигатели и система управления
Все знают, что трамвай работает на электричестве, но мы немного конкретизируем в нашей стране трамваи, как впрочем, и троллейбусы работают на постоянном токе с напряжением контактной сети 600 Вольт. Плюс у трамвая на проводе, а минус на рельсах. Между проводом и рельсом напряжение 600 Вольт, благодаря которому трамвай и движется.
Кстати, если «+» и «-» поменять местами ничего не изменится и пешеходов током бить не будет, как некоторые думают— это чисто вопрос договоренности. Договорились делать такие трамваи у которых будет плюс на проводе — и делают. Могли бы с таким же успехом договорится сделать наоборот. Если что у нас вообще ток в металлах это движение электронов, и двигаются они от «-» к «+», при этом считается, что ток течет от «+» к «-». Короче, не угадали физики немного, когда термины прописывали. Шо переделывать теперь что ли?? Конечно нет!
Провод с плюсом есть от токоприенмика, провод с минусом есть от колес. Теперь просто вкорячиваем электродвигатель с приводом на колеса, подключаем к проводам, хренак-хренак, выключатель и в продакшн -трамвай готов. Вот если так сделать, это будет просто чумовой трамвай который будет трогаться с убийственной пробуксовкой, разгоняться до 100 км/ч за несколько секунд и ехать по рельсам до первого поворота, дальше будет ехать прямо уже без рельсов чисто по инерции.
Да, оказывается, просто так подключать двигатель нельзя. Нужна система управления двигателем, точнее двигателями, потому что у трамвая их много. И они бывают разные.
НСУ — Непосредственна система управления.
Это самая простая и первая система управления, которая появилась на трамваях. В современных и даже просто в не допотопных трамваях заменена на другие более современные, если главный конструктор трамвая не маньяк.
Если в трамвае используется НСУ, то вагоноважатый напрямую перемещая ручку управления задает какой реостат подключить последовательно с тяговыми электродвигателями к сети высокого напряжения. В зависимости от этого через них течет разный ток, а значит можно управлять разгоном/торможением трамвая.
Все очень круто, и предельно просто, как бугель или валенок. У вас тут под боком находится высоковольное оборудование с контакторами. Вы переводите ручку из одного положение в другое и у вас при замыкании размыкании контактов образуется электрическая дуга. Очень удобно и на электросварщика учиться не надо. А главное какой запах! Мощь ощущается просто в каждом прикосновении. Это вам не эта ваша непонятная хрень в современных трамваях с тиристорами. Здесь и бицуху можно подкачать. В общем просто сказка и одни плюсы.
Однако, постепенно эра брутальных вагоновожатых ушла в прошлое, и появилось какое-то судя по всему лобби трамвайных инженеров, которые решили это все сделать более лайтово. Без электродуговой сварки в кабине, скажем так. И так появилась РКСУ.
РКСУ — Реостатно-Контакторная Система Управления
Для тех, кто все-такие не оценил хардкорность НСУ, придумали реостатно-контакторную систему управления. Главная фича РКСУ заключается в том, что теперь вагоновожатый напрямую не коммутирует 600 В. В кабине находятся только низковольтное (24 В) оборудование. Более того в трамваях и троллейбусах устанавливаются автоматические РКСУ, так что пилот трамвая вообще больше ничего не коммутирует, а только задает необходимую степень ускорения/замедления вагона. Кроме того, теперь электродвигатели можно включать последовательно, параллельно, перпендикулярно, под углом 27,5 градусов, в общем любые извращения со схемами включения ТЭД к вашим услугам.
Автоматическая коммутация, к слову, не является обязательной чертой РКСУ. На железнодорожном транспорте встречаются неавтоматические РКСУ, в которых схему коммутации машинист задает непосредственно, а подключает ее электрообрудование.
Важнейшей фишкой РКСУ была возможность работы оснащенного ей трамвая по СМЕ (Системе многих единиц). Теперь любой двух или трехвагонный трамвай превращался в полноприводный агрегат, все двигатели всех вагонов которого управляются из одной кабины, НСУ так делать не позволяла.
В общем у водителя трамвая наконец появилась возможность давить на газ!
ТИСУ — Тиристорно-Импульсная Система Управления
РКСУ — это было кончено уже значительно круче, чем НСУ, и более того значительная часть трамваев в России оборудована именно этой системой управления. Однако, что НСУ, что РКСУ обладают одним очень существенным недостатком. Для регулировки мощности они подключают последовательно к тяговому электродвигателю (для простоты изложения будем думать как будто он один) резисторы того или иного номинала. Это увеличивало сопротивление, значит уменьшало ток и таким обеспечивалась работа электродвигателя не на полную мощность. Однако, ток текущий через резистор -это бессмысленные потери энергии и понижение КПД.
Как же быть? Если не подключать резистор к двигателю ток будет слишком большой и про управление трамваем можно забыть, если подключать, то драгоценная электроэнергия бессмысленно перейдет в тепло. Выход есть и это -тиристор.
Тиристор — это мощный магический артефакт 80 уровня, который позволяет, разрешить данное противоречие. Да, благодаря белой магии полупроводников можно еще и не такое творить.
По сути это электронный ключ, сделанный на полупроводниковой основе, который может находиться в состоянии «открыто» (с нулевым сопротивлением) и «закрыто» (с бесконечным сопротивлением). Управление переходами из одного состояние в другое осуществляется при помощи управляющих импульсов.
Если требуется дать мало мощности ТИСУ генерирует импульсы малой продолжительности, а если требуется дать много, то длинные. Это позволяет плавно регулировать мощность в тяговых электродвигателях трамвая и осуществлять плавный разгон и торможение при любой нагрузке.
Вот таким хитрым образом мы тебя и развели, закон Ома. Хрен тебе, а не джоулево тепло, потому что нет у нас резистора конечного сопротивления, подключенного к электродвигателю, а значит и нет потерь.
Все современные трамваи, троллейбусы и поезда метро оснащаются именно такой системой управления. Эксперименты по внедрению ТИСУ производились еще очень давно с 1970-х годов, но на первых порах ее элементы были весьма ненадежными. Теперь данная технология хорошо отлажена и такую систему управления суют буквально в каждую газонокосилку.
Впрочем аспекты трамвайной жизни чрезвычайно многогранны Аи все из описать в одной статье не представляется возможным. Так что на этой позитивной ноте мы и закончим на сегодня. А если вы дочитали до этого места, спасибо вам огромное. Увидимся в новых выпусках!