Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха»
Ш-ш... Бах! На пульте покачнулся термос. Это машинист нелёгким движением руки поставил контроллер на 28-ю позицию, за дверью громко ответили аппараты, двигатели переключились на параллельное соединение. Из-за неловких манёвров по Бердяушу поезду пришлось вначале сбивать скорость на жёлтый огонь светофора, в конце ненадолго даже поймав КЖ*, но главный путь наконец освободился и входной светофор сменил гнев на зелёный. Бердяуш, как и большинство станций, стоит в долине реки, Большой Сатки, теперь предстояло выбираться из этой ямы силой. Скорость была уже за 40, но у электровозов на хвосте висели несколько тысяч тонн бензина.
А рельсы поливал весенний дождь, расквашивая чёрные пятна — здесь недавно, как в старом анекдоте про бизонов, прошёл другой наливной — с сырой нефтью... Электровоз, хоть и хотел, зацепиться колёсами за эту квашню не мог и завывал то одной, то другой осью. Машинист неторопливо щёлкал собачкой, выводя реостат, но, завидев, как стрелка амперметра снова неровно плывёт влево, сбрасывал контроллер назад. Реостат исправно умножал квадрат тока на сопротивление и порядочно раскалился, а выйти на 37-ю позицию, чтобы двигатели наконец встали под полное напряжение и реостат остыл, никак не удавалось.
Ладно, бесполезно. Резким движением главная рукоятка сброшена куда-то в район 25-й, за спиной силовой контроллер ответил "ш-ш... Ба-бах!", двигатели вернулись на сериес-параллель. Теперь четыре шунта верхней рукояткой и просто ждать. За пару километров до Салгана подъём кончается, там чуть перевалим и закроемся, как говорят машинисты по старой паровозной традиции — для выключения тяги в старые времена закрывали регулятор... Хотя нет, машинист это сделает без нас, мы же покинем тесную кабину ВЛ10У и будем разбираться, что такое сериес-параллель. Что такое шунты — уже в следующей статье.
* КЖ - красно-жёлтый огонь локомотивного светофора, показание при движении к светофору с красным огнём
Итак, в прошлой статье было сказано, что даже полмегаваттному вагону метро для управления двигателями маловато одного реостата — будет сильно «гореть сцепление». А 5,5-мегаваттному грузовому «волу» — и подавно. Поэтому реостат дополнен самым, казалось бы, лежащим на поверхности методом регулирования — изменением напряжения на двигателях.
Но не всё так просто: ВЛ10У, как и выпускаемый ныне — в 2021-м году — ЭП2К, и уже списываемая иномарка Skoda 82E (ЧС7), рассчитан на постоянное напряжение 3000 вольт. Это старая система, ей лет сто, но до сих пор ею электрифицированы десятки тысяч километров дорог. К источнику постоянного тока не подключишь трансформатор, который так выручает в глобальных сетях переменного тока 50 Гц и в миллионе других случаев. И сразу нужное напряжение не выработаешь, как на тепловозе (о чём дальше — в статье ТЭД-14).
Спасает то, что на «ухолёте» — так называют ВЛ10У челябинцы, с одним из которых мы ехали — восемь тяговых двигателей. Их можно соединить последовательно, как лампочки в гирлянде, тогда напряжение, перебирая все по очереди, поделится поровну, на каждый двигатель придётся 3000 / 8 = 375 вольт. Это называется последовательным соединением, а с латыни — сериесным или просто С. Может показаться, что всё это старые дрова, но в конце статьи вас ждёт сюрприз... Выглядит сериесное примерно так:
Сопротивление каждой обмотки возбуждения можно взять из книги, оно равно примерно 0,025 Ом и при нормальном для двигателей токе в 400 А на каждой ОВ будет по закону Ома падать аж целых U = IR = 400 х 0,025 = 10 (десять) В, поэтому их можно даже не учитывать. Но для трогания этого недостаточно и реостат («сцепление»...) всё же нужен: сопротивление якорных обмоток очень мало, несильно отличается от сопротивления ОВ – поэтому разумные 400 – 500 ампер без реостата будут держаться лишь на скорости, когда есть противоЭДС (о ней — в статье 3). Для плавного трогания на первой позиции контроллера схема примерно такая:
А на стоянке при включении двигателей без реостата ток достигнет десятков килоампер, то есть будет «бабах»... Чтобы показать включение реостата – напугаю вас упрощённой реальной схемой «десятки» (она же схема ВЛ8, почти один в один), ибо лучший способ выучить язык – начать общаться с носителем. Ниже будут упрощённые вырезки. Итак:
С виду страшная схема, если её расцветить, потихоньку выдаёт свои секреты – ток, попадая в электровоз через токоприёмники 45-1 и 45-2, проходит всякую ерундистику типа разъединителей 47-1 и 47-2 (ими отсекается поломанный токоприёмник) и дросселя 83, а потом быстродействующий выключатель 51 (БВ).
Это по сути огромный автомат, примерно как в квартире у электросчётчика, и функция та же – отключаться при превышении тока, защищая сеть от перегрузки, а оборудование от сильных повреждений. Например, он вырубится при коротком замыкании либо если попробовать полностью вывести реостат на стоянке. Вот он, подробнее о нём позже:
После БВ ток проходит дифференциальное реле 52 или просто дифреле. Это уже аналог квартирного УЗО, его задача – обнаружить, если ток где-то в цепях пошёл налево, то есть нарушилась изоляция. О нём — в статье 18:
А ток дальше проходит контакторы 3-1 и 4-1, реостат Р1 ... Р4, контактор силового контроллера (КСП) 22-2, реостат Р5 ... Р8 и достигает якорей двигателей 1 и 2. На пути ещё стоят реле обнаружения перегрузки 65-1 (РП) и отключатель неисправных двигателей ОД1-2, а якоря, как мы знаем из предыдущей главы, взяты в «крест» реверсирования, но это сейчас неважно. А «лишние», неподписанные контакты — тормозной переключатель, для электрического торможения.
Потом ток из важного проходит обмотки возбуждения ТЭД 1 и 2, контакты КСП 25-1, якоря 3 и 4, ОВ 3 и 4, контакты КСП 32-1 и идёт во вторую секцию электровоза – ВЛ10 же 2-секционный. Там он проходит контактор 3-2, реостат, контактор КСП 22-2, ещё реостат, контактор 2-2, якоря и обмотки возбуждения 5 и 6, контакторы 25-2 и 17-2, якоря и полюса 7 и 8 и наконец уходит на минус – через межсекционное соединение 274И возвращается к дифреле 52 и далее через электросчётчики 106 и 106А уходит в рельсы. Дифреле сравнивает плюсовой и минусовой токи, чтобы сходился баланс, поэтому и включено так.
Как можно заметить, цифра 1 или 2 через дефис означает номер секции, в которой аппарат стоит, и есть одноимённые. С контакторами вроде 3-1 или 17-2 ясно – линейные контакторы, предназначены для включения и выключения двигателей, но зачем их так много? И что за КСП? Все эти аппараты понадобятся для выбора других соединений. Ведь по мере разгона противоЭДС довольно быстро уравновесит те 375 вольт, и чтобы разгонаться – понадобится увеличить напряжение на двигателях. Это делается переключением двигателей на последовательно-параллельное соединение, оно же сериес-параллельное или СП:
После переключения, как видим, снова введён реостат, но по мере перемещения главной рукоятки он выводится (включаются реостатные контакторы 6, 7...) и на 27-й позиции контроллера машиниста реостат выведен:
А чтобы получить максимальную скорость – на параллельное, П. Правда, оно условно параллельное, ибо в контактной сети номинал 3300 В, а номинальное напряжение двигателей равно 1650 В, что ровно вдвое меньше, поэтому двигатели всегда нужно соединять в гирлянды минимум по два и «параллель» выглядит так:
Само собой, после перехода в цепь тоже вводится реостат, с 28-й позиции по 35-ю он выводится и на 36 ... 37 он полностью выведен. Безреостатные позиции (16, 27, 36, 37) ещё зовутся ходовыми – на них допускается длительная езда, нет опасности пережечь реостат.
Ещё ВЛ10 умеет работать в режиме электрического торможения — возвращать энергию в сеть:
Казалось бы, реостаты, контакторы, соединения давно должны остаться в прошлом, но нет — взгляните на дисплей системы управления выпускаемого уже второй десяток лет электровоза 2ЭС6:
«Тяга П», «Iя» и «Iв» (ток якоря и ток возбуждения), позиции... Сам 2ЭС6 «Синара» назван в честь красивой уральской реки:
Течёт она между Челябинском и Екатом:
Теперь, после разбора схемы, становится ясно, зачем столько аппаратов, хотя всё равно кажется — многовато... Правильно, соединение надо переключить так, чтобы не было прерывания тока через двигатели – это и лишние удары в редукторах, и рывки силы тяги. Поэтому были придуманы разные схемы перехода с соединения на соединение – вентильная, мостовая, шунтированием... Но об этом позже, а в следующей статье – про ШУНТЫ. И вообще про питание обмоток возбуждения.
Пока же можно вернуться к схеме метровагона 81-717. Когда рукоятка контроллера (который, как я уже говорил, правильно в электротехнике называется командоаппаратом) ставится в «Ход 1», то включаются контакторы ЛК1, 2, 3, 4 и ток начинает протекать по зелёной линии:
Он пройдёт сперва якоря двигателей 1 и 3, потом их полюса, потом нечётную группу реостата, потом через ЛК2 идёт к чётной группе, после неё через якоря и ОВ 2 и 4 попадает в минусовые коробки. И всё, на позиции «Ход 1» больше никаких переключений не будет. Если поставить рукоятку в «Ход 2» — сперва начнёт вращаться реостатный контроллер, своими контактами РК1 ... 19 закорачивая секции реостата.
Когда реостат полностью выйдет — схема перейдёт на последовательно-параллельное соединение двигателей: включаются контакты ПП1 ... 3, ЛК5, разомкнётся ЛК2 и ток потечёт по двум цепям (рыжие линии). В первой будут ЛК1, якоря и полюса ТЭДов 1 и 3, нечётная группа реостата и ПП2, во второй — ЛК5, чётная группа, ТЭДы 2 и 4, ЛК4...
Соединения в схеме таковы, что реостат снова окажется введённым, а РК, начав обратное вращение, снова начнёт его вывод — приступит к пуску вагона на СП. После полного вывода реостата РК остановится — это и будет полный «Ход 2». «По пути» можно делать остановки, возвращая рукоятку в «Ход 1» — пуск будет приостанавливаться в любом месте на обоих соединениях.
При сбросе рукоятки на ноль сразу выключится ЛК5, а через 0,5 ... 0,7 с — остальные ЛК. На последовательном соединении ЛК5 попросту не работает, поэтому при сбросе «номерного» на малой скорости слышен один хлопок и тяга пропадает сразу вся, а при сбросе на большой, когда соединение уже последовательно-параллельное — слышны два хлопка и тяга уменьшается в два приёма.
А если уложить рукоятку в «Ход 3» — включатся контакторы КШ1 и КШ2, контакторы шунтировки... О шунтах — как я уже сказал, в следующий раз!
Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Другой цикл канала — «Тушкины потроха»