Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха»
- Липяги́. Следующая остановка - тысяча восемьдесят четвёртый километр.
Юрец редко ездил на электричках, из Чапаевска на учёбу в Самару они всегда гоняли втроём - вчетвером на его жёлтой "копейке" с рыжим багажником. Но сегодня он ехал к одногруппнику на дачу отмечать день рождения, какая уж тут "копейка" - на дачах в начале апреля топи непролазные, там после праздника пешком-то не пройдёшь... Михо сказал вылезать на "каком-то километре" после Липяго́в. Юрец сразу вышел в тамбур, чтобы не прозевать. В стенке тамбура зияли два забранных стеклом круглых окошка, и будущий инженер-электрик углядел в темноте за ними три круглых прибора.
Тем временем двери закрылись, поезд свистнул и два правых прибора подпрыгнули. Состав громыхнул железяками. Правый прибор плавно пополз вверх, а через мгновения вверх взлетел средний, остановившись у цифры "30". Студент прочёл внизу "х10 А" и догадался - на двигателях сейчас триста ампер. Под полом ревело и постукивало, стрелка в унисон постукиваниям покачивалась около тридцатки, соседняя стрелка, показывающая киловольты, подбиралась к трём тысячам. Внезапно заработал третий прибор, левый - ещё один амперметр. Уж что показывал он - для Юрца было загадкой...
За спиной студента в окнах мелькали грузовые вагоны. Грузовой поезд, угольный "семитысячник", возглавляли два электровоза 2ЭС6, и сейчас последние вагоны выходили с предупреждения - зоны временного ограничения скорости, установленного после ремонта. Машинист поглядывал на БЛОКовский дисплей, где убавлялись километры с метрами, и как только хвост вышел - левой рукой уложил рукоятку контроллера.
Впереди был самый тяжёлый подъём на главном ходу от Кинеля́ до Сызрани, Липяги - Новокуйбышевская, надо было успеть разогнаться и легко закатиться на него, иначе экономии не видать. Красная надпись "Тяга П" позеленела и бирюзовые столбцы "Iв" поползли вниз, уступая растущим салатовым "Iя". "Синары", как и встречная электричка, вышли на ослабленное поле.
Тем временем старушка Татра катилась вниз по улице Двадцать второго партсъезда, то громче, то неслышно гудя двигателями. Минут через сорок она будет у вокзала и заберёт нескольких пассажиров электрички, но сейчас сама пересадит пару человек на метро - впереди как раз остановка «Станция метро "Победа"». Разлапистый, со стрелками, светофор горел красным, и вагон, подкатившись к нему, со звонким грохотом клюнул носом, а потом неожиданно плавно остановился.
- Ты что ж, права купила?! Тормозить не умеешь! — и тому подобные комплименты зазвучали от уважаемых пассажиров.
Но красавицу Машу, встречавшую сегодня на работе свой день рождения, честили за глаза зря - она ничего поделать не могла. Регулировка простецких мозгов Татры ждёт своего художника, которые почему-то в вагоноремонтных мастерских попадаются редко. Стоит чуть придавить тормозную педаль - контактор ослабления поля отлипает, поток двигателей возрастает, выработанный якорями ток со свистом проваливается в стоящий на упоре ускоритель - и бабах... Вагон зарывается носом в землю. Остаётся лишь танцевать на педали мелкими сантиметровыми толчками, притаптывая скачущее поле, но разве ж попляшешь на одной ноге девять часов подряд?
Разобрав работу коллекторного двигателя, потом реостатный пуск и выбор соединения, мы добрались до регулирования возбуждения - метода управления, применяемого даже там, где нет первых двух. Это, например, тепловозы начиная ещё с древнего ТЭ3, электровозы переменного тока вроде ВЛ80 и ЧС8 или некоторые металлорежущие станки. Звучит нелогично, как ослабление поля может ускорить вращение двигателя, если по формуле M = СФI, рассмотренной во второй статье, момент вроде растёт вместе с полем?
Во всём виновата формула из третьей статьи, E = СФn , потому что Е — противоЭДС — действует на уменьшение I , тока якоря. На больших оборотах действует настолько сильно, что если уменьшить поток возбуждения Ф — то рост I от падения Е будет настолько существенен, что момент двигателя вырастет и он продолжит разгон. Чтобы понять, как это делается — откроем для примера фрагмент схемы ВЛ80 (ниже будет проще, пока же полный фрагмент):
Итак, сверху вниз по красной линии... 51 — всё ясно, линейный контактор, потом кубик реле перегрузки, потом шунт с амперметром, якорь двигателя... После него — обмотка возбуждения, взятая в привычный крест реверсирования (синий цвет), а вот зелёным показаны как раз цепи ослабления возбуждения.
Пока контактор 65 выключен — ток течёт по прямой как стрела цепи через якорь и ОВ, это называется работой двигателя последовательного возбуждения на полном поле. Когда же 65 включится — часть тока обойдёт обмотку возбуждения через резистор Р1 и индуктивный шунт ИШ1, двигатель перейдёт на ослабленное поле (ОП). Обход тока ещё называется шунтированием.
ПротивоЭДС упадёт, ток якоря вырастет, с ним вырастет и ток ОВ — ведь они включены последовательно, но былое равновесие нарушено и ток якоря всё равно окажется больше, чем до включения ОП. Это первая ступень (ОП1). Если включить 67 — ток через него обойдёт половину резистора Р1, то есть сопротивление цепи шунтировки упадёт и через неё потечёт больше тока, через обмотку возбуждения — меньше. Это вторая ступень.
После включения контактора 69 в цепи и вовсе останется один ИШак — третья ступень. Сопротивление его ничтожно, меньше даже сопротивления самой ОВ (что оно ничтожно — сказано в предыдущей статье), для ВЛ80 — 0,0051 и 0,0079 Ом.
Сразу ясно, что раз сопротивление меньше — то и тока по нему пойдёт больше, чем по ОВ. Так оно и есть — на третьей ступени ОП лишь 43 % тока якоря идёт через обмотку возбуждения, кратко это называется — возбуждение 43 %. А почему ИШак так называется, зачем он нужен и до какой степени можно ослаблять поле — об этом позже, для начала нужно доразобраться с работой самого двигателя.
Пока и полюса, и якорь обесточены (их можно запитывать раздельно в иных схемах возбуждения — независимой, параллельной...) — в двигателе нет никаких полей. Вернее, есть остаточная намагниченность полюсов, но сейчас её проще не учитывать...
Стоит подать ток возбуждения — в двигателе начинает циркулировать рабочий поток:
А когда добавится питание якоря и двигатель начнёт вращаться, то поле якоря начнёт влиять на поток возбуждения, векторно складываясь с ним и искажая его. Это называется реакцией якоря:
Обратите внимание, куда уехал основной поток — к самым щёткам. А где поток — там наводится ЭДС, грубо говоря — напряжение, которое в нормальных условиях наводится в витках, далёких от щёток. А где выше напряжение — там труднее гаснет дуга, то есть искрение под щётками резко усилится.
Дугогасительных устройств никаких на коллекторе нет, поэтому работа в таком режиме сильно приблизит его смерть, а в особо тяжёлых случаях смерть будет мгновенной — разовьётся круговой огонь, дуга достанет по коллектору от щётки до щётки. Это короткое замыкание.
Чтобы этого избежать, прежде всего не допускают слишком глубокого ослабления возбуждения. Например, двигателю TE-006 тепловоза ЧМЭ3, обычно работающему при напряжении до 300 вольт, допускается ослаблять поле до 20 %, а вот на ВЛ80, где у двигателя НБ-418 максимальное напряжение на якоре равно 1080 В, минимальное возбуждение — 43 %.
Кстати, коротким замыканием кончится и пропадание возбуждения при сохранённом питании якоря — ведь без возбуждения не будет противоЭДС и ток якоря уйдёт в заоблачные дали. По этой же причине нельзя сразу давать полное напряжение на двигатель даже на ходу — полюса намагничиваются до нескольких секунд, за это время якорь и щётки уже будут повреждены запредельным током.
Поэтому на любом локомотиве есть нулевая блокировка — набор может начинаться только с первой позиции контроллера, чтобы напряжение нарастало плавно.
Вторая контрмера против кругового огня — дополнительные полюса (ДП). Они установлены между главными полюсами (ГП) возле щёток и подправляют поле машины конкретно в районе щёток, поэтому они сравнительно небольшого размера — чтобы не влиять на общее поле машины.
Поскольку они сражаются с вредным влиянием поля якоря — то их ток всегда должен быть равен току якоря как по амперам, так и по направлению. Поэтому ДП всегда включены последовательно с якорем внутри машины и итоговая схема двигателя выглядит так:
Но на общих схемах ДП для упрощения не показываются... И, само собой, чтобы не было кругового огня — нужно поддерживать коллектор в исправном состоянии.
И наконец — зачем нужен индуктивный шунт? Тут надо вспомнить, что такое индуктивность и самоиндукция. Подробнее об этом — в статье ТЭД-11, пока — кратко. Любая обмотка из проводника при протекании тока создаёт магнитное поле. Если ток через проводник растёт — то растёт и вызванное им магнитное поле. И пока поле не «надуется» пропорционально возрастанию тока — обмотка будет сопротивляться нарастанию тока, потому что «надувающееся» поле наводит в обмотке так называемую ЭДС самоиндукции.
Эта ЭДС, как и противоЭДС в якоре, действует против основного тока. При падении тока будет обратный процесс — поле, «сдуваясь», будет наводить в обмотке ЭДС, поддерживая ток. Поэтому в цепях с обмотками (индуктивных цепях) ток никогда не меняется мгновенно — индуктивные элементы (обмотки) его сглаживают. Индуктивность обмотки многократно возрастает, если внутри неё есть магнитопроводящий сердечник (обычно — из железа или его сплавов типа стали).
А теперь представьте работу двигателя на ослабленном поле. После якоря ток течёт по двум параллельным цепям, одна — обмотка возбуждения, вторая — шунтирующая (резистор ослабления поля). Пока ток стабилен — всё хорошо, амперы разделяются обратно пропорционально омам. И вдруг напряжение питания подскочило — например, сбросил тягу встречный трамвай, идущий по соседнему пути (сеть же соединена).
И вот тут ОВ проявит свою индуктивность — обмотка есть, железа целая тонна... Ток, упершись в неё, предпочтёт протечь по резисторам, обмотке останется мало, что означает резкое падение возбуждения. А это, как разъяснено выше, может довести до кругового огня. Поэтому в цепи ослабления поля вместе с резистором стоит ИШ. На трамваях Татра его сопротивления хватает, чтобы обеспечить нужное ОП — дополнительных резисторов нет вообще. А на тепловозах, где резких скачков почти не бывает — нет ИШаков.
Есть и другие типы возбуждения — например, параллельное. Взглянем на вспомогательный двигатель ТА-6А, стоящий на Ту-154...
Ту-154 хоть и устарел, но родной сын ТА-шестого — ТА-12 — стоит на «Руслане», Ту-204 и других машинах куда современнее. И стартёр-генераторы на них одинаковые. Про его параллельное возбуждение, про независимое возбуждение 2ЭС6 «Синара», про метрополитеновский «Ход 3» и секреты «Хода 1» — в следующей части!
Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха»