Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха»
Обновлено 02.07.2022 — добавлен рис. 4
В сердце страны, где-то в недрах под руслом Томи, шахтёры пробивали комбайном породу метр за метром, отправляя наверх уголь тонну за тонной, а парой тысяч километров западнее, на берегу Камы, томился уголь, добытый ими неделей раньше. Он только что перевалил Урал, ему предстояло пройти Горьковскую и Северную дороги, пересечь Онегу, Кемь и ещё несчётно рек, чтобы продолжить путь уже морем. Но пока нужно добраться до Балезина́. Через Урал уголь перевёз электровоз ВЛ11, он довезёт и до этого посёлка на краю Удмуртии, где сдаст вахту своему собрату ВЛ80.
Спокойное гудение вентилятора разорвал щелчок контроллера. Стрелки четырёх амперметров охотно качнулись вправо. Второй щелчок... Отозвался лишь самый правый амперметр — «Возбуждение». Третий щелчок... Локомотив плавно и неотвратимо, как атомный ледокол, двинулся вперёд, играючи взвалив на себя инерцию тысяч тонн угля. Четвёртый щелчок...
Лишь с пятой позиции приборы закружились в танце вчетвером, с разгоном чуть заметно клонясь влево, а от щелчков контроллера прыгая вправо, подчиняясь выводу пускового реостата. К рычанию вентилятора подмешался нарастающий рёв тяговых редукторов, из кабины пока почти не слышный. Путь каменного сырья продолжился. А следом шли другие #поезда ...
Стрелки влево, стрелки вправо, три амперметра, не считая возбуждения... Сложно? Ничуть. Это всего лишь заработали вторая важнейшая формула работы электродвигателя и два метода управления. В ней даже половина букв те же, что в первой формуле, расписанной в прошлой статье.
E = CФn
Буквой n обозначена вполне понятная скорость вращения машины, а вот E — электродвижущая сила, она же ЭДС. Какая может быть ЭДС (выработка электричества) в двигателе, когда он вроде бы должен электричество только потреблять? Всё дело в законе Фарадея: в любом проводнике, движущемся в магнитном поле, наводится ЭДС. Поэтому, кстати, любой электромотор, даже загадочный асинхронный, можно использовать как генератор. На самолётах и тепловозах это используется для пуска двигателя с помощью генератора, ещё очень много где — для торможения с возвратом энергии...
Проводниками служат витки якоря, поле дают полюса машины — в итоге, как только двигатель начинает вращаться, в нём рождается эдакий паразитный генератор, напряжение которого действует против напряжения питания — так уж перемножаются плюсы и минусы в формулах. Правильно это «напряжение» называется «противоЭДС».
Поэтому, как только локомотив или трамвай тронулся, ток и с ним сила тяги начинают падать, и чтобы сохранить разгон — ток надо повышать. Вот и начинает проясняться, зачем нужен пусковой реостат: двигатели рассчитаны на правильную работу под полным напряжением питания на полном ходу, когда противоЭДС велика.
Если же их включить на полное напряжение сразу с места, когда противоЭДС нет — то ток будет такой, что машина в лучшем случае прыгнет с места как кенгуру, в худшем же порвётся то, что тонко — сгорит кабель, разлетится редуктор или лопнет вал...
Поэтому, если нет возможности плавно повышать напряжение (а такой метод управления тоже есть, но об этом позже) — в цепь вводится реостат, электрическое сопротивление. Сопротивление сопротивляется протеканию тока — в итоге ток не нарастает до опасных величин. Определение реостата дано в первой статье.
И что же, в кабине под управляющими руками машиниста потрескивают несколько тысяч вольт и он руками в монтёрских диэлектрических перчатках включает и выключает «куски» (секции) реостата? На старых-престарых трамваях вроде довоенных вагонов Ф так и было — под левой рукой водителя стоял огромный ящик по имени «контроллер» с ручкой как у кофемолки. Но мощность двигателей, а с ней и ток, и усилия, нужные для переключения огромных контактов, росли, не говоря об опасности работы бок о бок с высоким напряжением.
Поэтому система управления усложнилась — в кабине теперь установлен аккуратный переключатель (командоаппарат), управляющий стоящими за пределами кабины силовыми выключателями (контакторами). Правда, по традиции командоаппарат ещё много где зовут контроллером, но в терминологии хватает и других нестыковок...
Система управления трамвая модели 71-405, как видим, знает правду.
Контроллер — силовой групповой аппарат, слово «групповой» означает — замыкающий или размыкающий сразу несколько контактов. Вот, например, простейший контроллер с пневматическим приводом, стоит на многих электровозах ВЛ:
При включении одного из вентилей (подаче 50 вольт от командоаппарата в кабине) тот подаёт воздух в цилиндр, а цилиндр поворачивает кулачковый вал. Фигурные кулачки на валу, надавливая на ролики, поворачивают рычаги с подвижными контактами. Благодаря этому замкнута лишь одна пара контактов — либо верхняя, либо нижняя, обеспечивая надёжное переключение. Такой контроллер называется кулачковым.
Большинство командоаппаратов — тоже кулачковые. Например, контроллер машиниста электровоза КМЭ-013 электровоза ВЛ11:
Но никуда не деться и без индивидуальных контакторов, для примера — контакторы чешского трамвая Татра Т-3:
На катушку подаются 24 вольта — та притягивает якорь, а якорь прижимает подвижный контакт к неподвижному — замыкает цепь. При размыкании между контактами загорается дуга — по-простецки это большая искра, по сути это плазменный шнур, по которому между контактами продолжает течь ток, а сами контакты при этом подгорают.
Чтобы дуга погасла и не перекинулась на окружающие части — её надо оградить, охладить, по возможности расщепить на части. С этим справляется дугогасительная камера из жаростойкого изоляционного материала (асбестоцемента). Возле контактов с дугогашением на схемах рисуется зигзаг:
Мощные контакторы имеют пневмопривод:
Контакторы, включающие двигатели, называются линейными, включающие реостат (см. ниже) — реостатными и так далее.
Конечно, с дугогашением бывают и контроллеры, вот для примера контроллер переключения соединений электровоза двойного питания ВЛ82М:
Сами уникальные «Машки», как называют 82М работающие на них бригады, сейчас все живут в депо Ку́пянск Харьковской области, где незаменимы в силу ряда причин, и очень любят возить российские нефть, газ и уголь в одесский порт:
Контроллер снегоочистителя ГС-4 — с ручным приводом и дугогашением, но контакты всё равно изрезаны гребёнкой подгаров от дуг, так как гаснут они не сразу:
Контроллеры могут сочетать контакторы с дугогашением и без дугогашения. Например, у главного контроллера электровоза ЧС2Т целых 13 позиций, 10 контакторов с дугогашением и 24 — без, они переключаются после того, как разомкнутся контакторы с дугогашением. Порядок замыкания элементов называется диаграммой или развёрткой:
ЧС2Т — 6-осный пассажирский электровоз, всю жизнь прожил в Ленинграде, доживать век приехал в Самару, иногда работает в Жигулёвских и Сокольих горах:
Система управления, где опасные силовые переключения делают аппараты, стоящие вне кабины, называется косвенной. Самая пора взглянуть на силовую схему, для начала простой Татры:
Схема действительно простая, хотя с непривычки кажется сложной. Придётся упростить, оставив лишь пару двигателей, амперметр да часть реостата:
Что в самом верху — понятно, токоприёмник, он же пантограф, он же «дуга», он же «рога». За ним стоит LS — линейный контактор, главный выключатель тяговых двигателей. Два кружка с цифрами 4 и 3 — якоря третьего и четвёртого двигателей, далее идут их обмотки возбуждения. ОВ соединены последовательно с якорями, то есть ток возбуждения равен току якорей — эта схема называется последовательным возбуждением. Встречаются и другие, хотя бы на советских вагонах КТМ-5М3, но о них в другой раз.
А — амперметр, за ним в цепи стоят два сопротивления реостата (вытянутые прямоугольники) и после них ток уходит в землю — в рельсы. Параллельно сопротивлениям стоят контакторы R1 и R2. Итак, вспомните первую статью цикла — водитель придавил пусковую педаль, под полом прозвучало «тук-тук-тук-тук»... Первый «тук» — отключились тормозные контакторы В1 и В2, их можно видеть на первой схеме. Второй — включился LS , через двигатели пошёл ток, но он пока сдерживается реостатом. Третий «тук» — включился R1, ток пошёл в обход половины реостата, по пути меньшего сопротивления — естественно, ток и сила тяги выросли. Четвёртый «тук» — включился R2, реостат полностью выведен, двигатели встали под полное напряжение сети, 600 вольт.
В реальности в цепи осталась ещё часть реостата, ускоритель ZR (см. полную схему), который будет выводиться плавно, но общий принцип не меняется уже второе столетие. Почему на ВЛ11 амперметр тока возбуждения не всегда показывает то же, что амперметр якоря — об этом в статье 6, а о многом другом ещё предстоит написать.
Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха», об устройстве Ту-154 и попутно о некоторых других самолётах и двигателях