Огромная кривая на 268-м километре была затянута предрассветным туманом. Он горел неоновым пламенем в первых лучах солнца и разлетался облачками из-под колёс электровоза. Обычно машинисты смотрят на туман безо всякой радости — не только смотреть вперёд мешает, но и колёсам не даёт вгрызаться в рельсы.
Однако во главе нашего скорого стоял огромный мощный ЧС8. Заказанный в Чехословакии с советским размахом — под 32 вагона, он шутя затаскивал 17 вагонов днепропетровского на подъёмы Приднепровской возвышенности. Вот и сейчас мы взяли очередной бугор — с Фундуклеевки аж за Сосновку, сейчас небольшая передышка — и снова вверх.
Можно проверить реостатный тормоз — пока он был не особо нужен, однако скоро Знаменка, за ней — затяжной спуск с Пантаевки в Користовку. Там «реостат» бы очень пригодился, придержать 17 «коробок»... Машинист аккуратно взял в жменю рукоятку, придавил её на себя и отпустил через секунду. Справа от рукоятки манометры исполнили хитрое па, следом нестройно подскочили амперметры и локомотив словно споткнулся.
— Ни черта «реостат» не отрегулирован, как всегда...
Один из амперметров завалился куда-то за 1,2 кА, другой не показывал и полутысячи. Плавности торможения нет, будем спускаться в Користовку по старинке — на ЭПТ, электропневматическом тормозе. Тут уж почти всё зависит от состава, но у восьмидесятого скорого тормоза всегда отличные.
Не в пример какому-нибудь 84-му мариупольскому, где ЭПТ обычно выключается сразу после пробы, ибо его почти не чуешь, да и автотормоза шалят. А в спину нам дышит необычно бодрый — порожняк везёт — ВЛ80Т, у него тоже ни реостатного, хотя должен быть, ни ЭПТ, который грузовым не положен...
Что ж, бросаем рукоятку от себя, «реостат» разобрался, уже пора набираться — впереди очередной раунд боя «возьми Чернолесскую». Сейчас за Цыбулёвым подъём будет страшный, если там встанет грузовой — то уже сам не тронется. Страшный, но не для нас!
А в Кемеровской области уже близился полдень. Вроде тоже лежит двухпутка, электрифицированная переменным током, вроде тоже вокруг красивая холмистая местность, вроде тоже у состава хорошие тормоза — только состав массой не тысячу тонн, а две с половиной, и вагоны не пассажирские, а контейнеровозы, да и электровоз — не иномарка ЧС8, с его тихой удобной кабиной, а кондовый ВЛ80Р.
Кабина мелко дрожала от изнывающих в своём вечном вое вентиляторов и подрагивала на стыках. Что на машине ехать Великим сибирским путём, что поездом — всё одно: сплошные горки да повороты. Очередная горка осталась позади, голова поезда уже вовсю несётся вниз. Пора придержать коней...
По мановению тормозной рукоятки переморгнули лампы «Т» и «Р», запустился пятый вентилятор, штурвал небрежно брошен в угол. Теперь машинист аккуратно крутит его назад, по сантиметрам перебирая обод пальцами. Наконец амперметры осторожно выглянули из-за нулей — джоули потекли из двигателей вверх, в трансформатор. Оттуда часть их растекалась по мотор-вентиляторам самого электровоза, рычала гармониками в обмотках, часть возносилась в контактный провод и пыталась помочь встречному ВЛ85 взять подъём.
Тот возмущался кривому подобию синусоиды, которую вырабатывала «эрка» — волны тока были больше похожи на колотые дрова. Но «бык» и сам не без греха — он спешно грыз полуволны своими тиристорами, отхватывая макушки со спинками, превращая выработанную Саяно-Шушенской ГЭС идеальную волну с примесью дров «эрки» в неровные барашки берегового наката. Поэтому 85-й сердито рычал трансформаторами, но ел, что дают... Братья-электровозы обменивались энергией.
"Вожатая рванула электрический тормоз". Кто не помнит эту фразу из «Мастера и Маргариты»? Только тот, кто не читал сей неоднозначный роман. А кто не знает, как работает этот самый тормоз? На самом деле — очень многие. Кто-то думает, что водитель «врубает задний ход».
Кто-то думает, что электрический тормоз — длинные «грузила», висящие между колёс трамвая. Но чаще всего электротормоз работает иначе, хоть крайне редко и встречаются варианты с торможением «задним ходом», хоть и крайне редко — об этом ближе к концу статьи. А «грузила» называются магниторельсовым тормозом или просто рельсовым:
Как я уже не раз говорил, любая электромашина обратима. Любая. Коллекторная, синхронная, асинхронная... Даже асинхронник, вроде бы простую болванку без магнитов, можно заставить переводить механическую энергию в электрическую — и это широко используется на грузоподъёмных кранах, на электровозах с асинхронным приводом (которых пока в России немного), в общем, везде, где на валу массивная нагрузка, запасающая много энергии.
Но пока о простом — о коллекторном. Вспомните формулу ЭДС, она была в статье «ТЭД-3»: E = СФn. «Двигатель» умножить на поток возбуждения и умножить на обороты. Если локомотив бежит по спуску, в спину его толкают вагоны — оборотов у нас с избытком. Если подать в обмотки возбуждения ток — то двигатель начнёт работать как генератор, на выводах якоря появится напряжение.
Но это ещё не торможение — генератор ничем не нагружен, вспомните «ТЭД-2» и формулу крутящего момента: M = СФi. Чтобы двигатель начал тормозить, надо ток возбуждения умножить на ток якоря — замкнуть каким-то образом цепь якоря. С маломощными двигателями с быстрым выбегом можно поступить буквально — замкнуть накоротко цепь якоря, вспомните видео о реверсировании, с 5:48:
Это схема управления двигателем привода главного контроллера ЭКГ-8Ж электровозов ВЛ60 и ВЛ80, о котором подробно — в статье 15. Продублирую схему здесь:
Возбуждение на СМ поступает по проводу Н49 с батареи либо другого источника постоянно. Обороты при отключении якоря (размыкании правого контакта контактора 208) есть. Осталось лишь замкнуть накоротко якорь — что и делает левый контакт 208 (обратный, он же тыловой, он же нормально замкнутый — зовите как хотите, мне больше нравится первый вариант — прямые и обратные контакты).
Накоротко — значит, что без сопротивления, значит, ток уйдёт в бесконечность. На деле же сопротивление есть и у проводов, и у контактора, и у щёток, и у якоря. На этом сопротивлении согласно формуле P = I²R (см. пятую статью) горит выработанная двигателем электроэнергия . И двигатель развивает тормозной момент — переводит механическую энергию в электрическую, следом электрическая переходит в тепловую.
Такой режим с рассеяньем энергии называется динамическим торможением, так же он называется и в английском — dynamic brake. В чешском динамическое торможение называется электродинамическим (elektrodynamická brzda), с началом поставок электровозов с таким торможением термин проник в СССР и начал использоваться у нас, причём часто — в неправильном значении, а в 2018 году даже был включён в ГОСТ... Но об этом — в конце статьи.
Самое уязвимое в этой цепи — сложная обмотка якоря. Так как СМ маломощный, а на валу у него тяжеленный ЭКГ — останавливается он очень быстро. Но с большими двигателями такой фокус не пройдёт — сопротивление якоря составляет жалкие доли ома (у ТЭД ВЛ80, например — около 0,01 ома), кабели с контакторами тоже от них недалеко ушли — в итоге набежит, может, 0,1 ома...
Обратимость двигателя означает, что если он в режиме мотора развивает сотни киловатт — то и в режиме торможения может развивать сотни киловатт, иначе какой из него тормоз? Как он остановит им же разогнанное? Чтобы рассеять, например, 500 кВт на сопротивлении 0,1 Ом — нужен ток 2240 А (2240² × 0,1). У ВЛ80 же реле перегрузки стреляют при 1300 А, допускаются рабочие токи чуть больше 1 кА.
Защитить двигатель от «расплавления» просто — нужно рассеивать энергию в другом месте, то есть установить где-то специальное тормозное сопротивление. Для примера глянем схему ВЛ80Т/ВЛ80С, благо мы её разбирали по частям уже не раз начиная с шестой статьи. Сперва, как и всегда, напугаю, потом разбор:
Для простоты убраны двигатели передней тележки (первый и второй), обесцвечены ЭКГ и выпрямительная. Оставлены лишь двигатели 3 и 4, а также обозначенные синим цепи торможения. Красным обведена диаграмма работы переключателя, выбирающего режим работы двигателей — тяга или торможение. По умолчанию он развёрнут на тягу — на схеме видно, какие элементы 50 замкнуты, какие разомкнуты.
Кстати, у ВЛ80Т буква «Т» и означает «торможение» (реостатное) — предшественник (ВЛ80К) электротормоза не имел. Та же история с ЧС2Т и ЧС4Т, с ЭР2Т и ЭР9Т. А следующая серия, ВЛ80С — система многих единиц (может работать в 3 — 4 секции). Итак, схема с переключателем 50, развёрнутым на торможение:
Якоря от обмоток возбуждения отключены теми контактами 50, что чуть ниже якорей (ЯЯ3, ЯЯ4) — схема последовательного возбуждения разобрана. Зато теми контактами 50, что ниже, собрана цепь независимого возбуждения (см. статью 7), обведённая красным — обмотки возбуждения всех двигателей собраны в одну «гирлянду» и питаются от отпаек трансформатора 8-7 (вверху).
Питаются не напрямую, а, как видим, через тиристор 60 (на деле он далеко не один, но упростим). 60 — выпрямительная установка возбуждения, ВУВ. Тиристоры, как рассказано в предыдущей статье, позволяют плавно регулировать ток, в данном случае — ток возбуждения. ВУВ стоит в хвосте секции:
Итак, возбуждение у двигателей есть, обороты есть — осталось лишь сжигать выработанную электроэнергию на тормозных резисторах. Почему сжигать, а не пускать в дело? Потому что это — постоянный ток, а в сеть нужно отдавать переменный. И даже на работу вспомогательных машин самого электровоза (вентиляторов и компрессоров) его не пустишь — они асинхронные, а статья 9 ясно говорит: асинхроннику нужен переменный ток. Зачем тогда нужен реостатный тормоз?
Им можно тормозить длительно без опаски перегреть колодки и колёса, его реакция на управление почти моментальная. Перегретые колодки плохо тормозят, а на колёсах от перегрева может развиться выкрашивание металла, если же колесо бандажное (с «покрышкой» — бандажом), то бандаж от расширения может провернуться или вообще слететь.
Что до управления — из краткой статьи про тормоза ясно, что все эти магистрали и воздухораспределители срабатывают долго, до минуты. Скорость держать с таким «тормозным тормозом» сложно, с реостатным проще — угол открытия тиристоров меняется движением руки, а с ним и тормозная сила... Итак, резисторы:
Синим обведены контуры якорного тока. Якорь каждого ТЭДа замыкается на свой БТР — блок тормозных резисторов. Например, четвёртый — через контакты тормозного переключателя 50 и линейный контактор 54 (он замыкается и в тяге, и в торможении) на резистор R14, он же тормозной реостат. Поэтому такой подвид динамического торможения называется реостатным.
Так как каждый резистор рассеивает мощность отопления средней пятиэтажки — у него есть активное охлаждение от мотор-вентилятора 3 либо 4. В режиме тяги МВ3, МВ4 «дуют вниз» — переключатели потока воздуха направляют их поток в главные выпрямительные установки 61, 62. В режиме торможения заслонки ППВ опускаются и поток дует вверх — в БТР.
Но экономии электроэнергии реостатный тормоз не даёт, а после торможения есть опасность, что какой-то из аппаратов — 49, 50, ППВ или переключатель цепей управления БП — не развернётся в режим тяги. Особенно склонны к этому ППВ — заслонки охотно падают вниз, а вот подняться вверх (на тягу), если пневмопривод не смазан, могут не всегда. Поэтому на ВЛ80 этим тормозом практически не пользуются, а где-то он даже разоборудован.
Для управления «реостатом» на контроллере машиниста стоят две рукоятки — тормозная и задатчик силы:
Задатчиком выставляется максимальная сила (от 20 до 50 тонно-сил на весь электровоз), а у тормозной несколько положений: 0, П, ПТ и далее тормозные. В положении 0 схема электровоза находится в режиме тяги, в положении П (подготовка) переходит в тормозной режим, в ПТ (предварительное торможение) усилие плавно нарастает до 10 тс, а тормозными положениями задаётся скорость.
Электровоз будет тормозить до заданной скорости с максимально заданным усилием, а затем её поддерживать за счёт изменения усилия. Заданную тормозной рукояткой скорость видно по указателю скорости — это самый верхний правый прибор на пульте. Управляет тормозным усилием, то есть тиристорами ВУВ, блок управления реостатным торможением — БУРТ:
Как видим, это довольно сложный электронный блок — и это ещё одна причина, по которой «реостат» непопулярен. С электроникой в советских депо всегда было туго — а большинство депо и сейчас сохраняют советские традиции, разве что рабочий персонал сократили раза в четыре...
А вот ВЛ80Р благодаря тиристорам умеет возвращать энергию в сеть. Но об этом ниже, а пока — о том, что электровозы умели ещё сто лет назад. В те годы на ЖД сплошь трудились «постоянники», двигатели которых подключены напрямую к контактной сети. Поэтому и рекуперировать (возвращать энергию) там просто — дал возбуждения побольше и всё, ток поменял знак.
Так и делает, например, наш старый — ещё с пятой статьи — знакомый ВЛ10, вот упрощённая схема одной секции в режиме рекуперации:
Возбуждение двигателям даёт специальный агрегат — возбудитель, состоящий из питающегося от сети двигателя (П1, показан на полной схеме, ниже) и генератора (ПГ1, здесь просто ПГ). Поскольку сопротивление ОВ мало — номинальное напряжение ПГ всего 38 вольт, зато ток — до 800 ампер.
Теперь — полная схема, это самая сложная часть статьи, дальше будет проще. Переключается схема из тяги в рекуперацию и обратно тормозным переключателем, контакты которого (Тхх), замкнутые в рекуперации, показаны красными метками:
Как видим, ПГ1 питает обмотки возбуждения по хитрой перекрёстной схеме, по двум параллельным цепям. Первая цепь — ОВ первого двигателя (кк1 — к1), быстродействующий контактор 302 (БК, это защита), ОВ ТЭД4 (кк4 — к4), вторая — такая же, но зеркальная: кк3 — к3, БК 303, кк2 — к2. Это выравнивает ЭДС двигателей.
Якорная цепь изображена на самом популярном для рекуперации соединении — сериес-параллельном, что такое соединения двигателей — об этом в «ТЭД-5». Всё четыре якоря собраны в одну «гирлянду». Почему СП — самое популярное? Об этом чуть ниже, пока — сама цепь.
Поскольку в рекуперации ток течёт обратно (в сеть), то пойдём от рельсов к проводу: колёса, электросчётчики 310 и 301, дифреле 52, БК 303, обмотка противовозбуждения н2 — нн2, якоря 4 и 3, обмотка н3 — нн3, якоря 2 и 1, БВ 51, дифреле 52, контактный провод. Про БВ и дифреле говорили в статье 18, а что за обмотки противовозбуждения?
Основное возбуждение ПГ1 получает от своей обмотки н1 — нн1, она получает питание от цепей управления, ток в ней регулируется тормозной рукояткой контроллера машиниста (верхней). Больше взята на себя рукоятка — больше возбуждение (Ф) ПГ1 — больше напряжение на якоре ПГ1 (E = CФn) — больше возбуждение двигателей — больше ЭДС двигателей — больше ток рекуперации.
А вот потоки обмоток н2 — нн2 и н3 — нн3 действуют против потока н1 — нн1. Вспомните по 14-й статье возбудитель тепловоза, где бодаются потоки основной и противокомпаундной обмоток возбудителя. Здесь — совершенно то же самое. Ведь напряжение в контактной сети плавает, скорость тоже, а ток рекуперации надо как-то стабилизировать.
Упало напряжение — возрос ток рекуперации — возрос поток противокомпаундных обмоток — они чуть больше пересилили поток основной обмотки — возбуждение ПГ1 упало — ток рекуперации упал. Короче, обеспечивается обратная связь по току.
А почему СП — самое популярное соединение при рекуперации? Потому что ЭДС двигателей при рекуперации должна быть чуть больше напряжения сети, баланс весьма зыбок. ЭДС двигателей складываются, если соединить последовательно все 8 — сложатся все 8, это применяется лишь на малых скоростях, когда обороты (n) малы и с ними мала ЭДС.
Обычно такие скорости бывают при движении на запрещающий сигнал. А держать рекуперацией под красный запрещено — вдруг она сорвётся, а тормозить-то надо... Поэтому под красный — только пневматикой. А на параллельном наоборот — чтобы парой двигателей пересилить сеть, нужна большая скорость, бывает она очень недолго, плюс для двигателей это очень тяжёлый режим — напряжение на коллекторах часто запредельное.
На ВЛ10К (прошедших модернизацию на челябинском заводе) рекуперация П для сохранения двигателей вообще убрана, убраны и две пары контактов тормозного переключателя:
С рекуперацией на «десятках» пока всё, работа «быков» (БК 302 и 303), особенности управления — это как-нибудь в другой раз, пока отдохнём на простейшей схеме реостатного торможения трамвая Татра Т-3. В ней даже возбудителя никакого нет. Помните, в видео «Вперёд! Назад!..» сказано, что магнитная система двигателя перемагничивается долго, поэтому реверс полем не используется в быстродействующих приводах?
Хоть для полюсов и используется магнитномягкая сталь (не склонная сохранять намагниченность после уборки внешнего поля), но всё равно полюса с остовом в первые секунды после отключения тока сохраняют довольно сильную намагниченность.
Если сразу после отключения тяги замкнуть двигатель на сопротивление — то этот остаточный поток наведёт в якоре ЭДС, по цепи якорь — ОВ — сопротивление потечёт ток, этот ток будет поддерживать поле возбуждения. Этот режим называется самовозбуждением. Сперва покажу полную схему, сразу за ней — упрощённая:
Так работает «трояк» при отпускании пусковой педали — отключаются контакторы тяги LS, M1, М2, тут же включается контактор ослабления поля F2, а следом — тормозные В1 и В2. Двигатели замыкаются через ускоритель (реостат) ZR двумя перекрёстными цепями:
Почему перекрёстными? Тоже для устойчивости: если двигатель будет вырабатывать ток сам себе — при росте тока якоря вырастет ток возбуждения, из-за этого ток якоря вырастет ещё больше, и так до юза колёс... А когда двигатели вырабатывают ток возбуждения друг другу — схема работает устойчивее.
А почему «реостат» собирается сразу, без движения на выбеге? Чтобы поймать максимальную намагниченность и обеспечить вагон надёжным торможением, что важно в городском цикле. Постоянная работа ускорителя при движении — одна из причин, почему у него мощное постоянное охлаждение — любому, кто ездил на Татре, знаком рёв мотор-генератора.
На других вагонах выбег истинный, «реостат» по необходимости. Но, к примеру, на усть-катавцах КТМ-5М3 и 71-608 у тяговых двигателей две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная, работающие по довольно сложной схеме:
Плюс ещё схема по-разному работает при наличии напряжения в контактной сети и при пропадании — в этом случае ОВ запитаются от батареи. Татра же упрощена, но за счёт этого выбег похуже. Бросил водитель пусковую — амперметр упал на ноль, а через долю секунды снова показал ток, ампер 30 — 50 — уже тормозной.
Стоит тронуть тормозную педаль — амперметр подскакивает, это выключается F2 и двигатели встают под полное поле. А дальше для увеличения тормозной силы начинает вращаться крестовина — выводить сопротивления. К сожалению, эта простота иногда оборачивается рывками — из-за резкого увеличения поля ток иной раз подскакивает так резко, что вагон словно спотыкается. Водителю приходится «танцевать» на тормозной педали, чтобы обуздать машину...
На тёплых ламповых «ежах» (Еж3) и их прямых потомках «номерных» (81-717) тоже самовозбуждение:
Схема у «номерного» совершенно вырвиглазная, но если присмотреться, то видно, что по сути она очень похожа на схему Т-3: пары двигателей вырабатывают ток раздельно, но жгут энергию на одном реостате. Реостат довольно вольготно чувствует себя под вагоном и активного охлаждения у него нет, однако по прибытии на станцию с затяжного спуска можно почуять жар от него, если выйти через вторые или третьи двери — тянет из-под вагона здорово.
И на «не машине, сказке» ВЛ82М — тоже перекрёстное самовозбуждение:
Пуск у этого электровоза двойного питания на обоих родах тока реостатный, поэтому охлаждение реостата сделано принудительным (от двух специальных вентиляторов), этим убиты сразу два зайца — обеспечена надёжная работа реостата без опасности его пережога и при разгоне, и при реостатном торможении.
Почему не сделана рекуперация хотя бы на постоянном токе? Видимо, негде было разместить преобразователь (электровоз и так набит оборудованием как на девятом месяце), да и схему переусложнять — тоже ничего хорошего. В итоге получилась надёжная, живучая машина, к ней я обязательно ещё вернусь.
На электропоездах железной дороги возбуждение при электрическом торможении независимое. Как я уже сказал, ЭР2Т отличается от ЭР2 именно электротормозом, та же история и с семейством ЭР9: у ЭР9Т крыши моторных вагонов (чётных) усеяны «сосисками» тормозного реостата, у более старых же (ЭР9П, 9М, 9Е) на крыше лишь токоприёмник да главный выключатель:
Есть реостатный тормоз и у тепловозов. На них, как правило, каждый якорь включается на свой реостат, а обмотки возбуждения собираются в одну цепь и питаются от главного генератора. Например, на 2ТЭ25КМ электротормозу посвящён целый кадр дисплея, на нём ничего лишнего — только нужные машинисту параметры, но схема на нём угадывается:
Интересный факт: электрический тормоз назван электродинамическим, хотя на момент создания 2ТЭ25КМ (2014 год) этот термин был лишь в техрегламенте Таможенного союза (ТР ТС) 2011 года, в государственном же стандарте (ГОСТ) было лишь понятие «электрическое торможение» — как я уже говорил, «электродинамическое» туда приписали лишь в 2018 году.
Такова сегодняшняя культура производства: не конструкторская документация выполняется в соответствии с ГОСТами — потому что они обязательны лишь при госзакупках, а ГОСТы задним числом подгоняются под изделия — потому что пишутся непонятно кем... Что не новость и во многих других отраслях.
Как и на других типах подвижного состава, на тепловозах с коллекторными двигателями схема из тяги в торможение переключается специальным контроллером — тормозным переключателем, в схеме 2ТЭ25КМ он обозначен просто — Т. Всё как обычно — обмотки возбуждения прочь от якорей, в единую цепь, а якоря — к реостатам. По конструкции Т как реверсор и стоит рядом с ним:
Привод у Т пневматический, чёрная круглая камера привода хорошо видна на виде А. У американских тепловозов, например, привод контроллеров электрический — уж не знаю, из каких соображений. Кто играл в старый добрый MSTS — помнит неровное жужжание при переключении реверса на GP38 или Dash 9...
Само собой, реостат обдувается двумя мощными вентиляторами, питающимися от самого реостата, то есть потребляющими часть «бесполезного» тормозного тока. Подход как на ВЛ82М или, например, ЭП2К и ЧСах, о которых ниже. Или как на ЧМЭ3Т, у которого реостат размещён в заднем капоте, а батарея перемещена из капота в ниши топливного бака:
Есть и «чмухи» с электротормозом, установленным как доработка, но из-за слабого охлаждения его хватает придержать пару вагонов, не больше:
В силовой схеме — ничего нового, якоря включаются на тормозные реостаты RT1— RT6 (красные линии), обмотки возбуждения соединяются в «гирлянду» и питаются от генератора (синяя линия):
Охлаждаются сопротивления вентилятором ВМ, питающимся от реостата двигателей 3 и 4.
По мере падения скорости электротормоз истощается — как ни наращивай возбуждение, двигателям не хватает оборотов, чтобы генерировать тормозной ток... Поэтому при скорости 8 км/ч включаются контакторы КТ4 — КТ6, шунтирующие половину сопротивлений. Сопротивление падает, ток возрастает.
К скорости 2 км/ч «реостат» истощается окончательно — и срабатывает вентиль замещения, подающий воздух в тормозные цилиндры. Останавливается тепловоз пневматическим тормозом. Все контакторы стоят в заднем капоте, рядом с реостатом:
Если вернуться к схеме ВЛ80 — то там тоже найдутся контакторы, выводящие половину реостата, 31 — 34:
Их включение уменьшает сопротивление каждого из реостатов с 1 до 0,54 Ом. И такие же есть в схеме ЧС8 — 075, 076:
А вот на ЧС4Т их нет, поэтому реостатный тормоз эффективен не до столь малых скоростей, как на ЧС8. Однако питание обмоток возбуждения ТЭД на обеих сериях одинаковое — от тиристорного выпрямителя 021. Вот он на ЧС4Т:
А на ЧСах постоянного тока с электротормозом (ЧС2Т, ЧС6, ЧС7, ЧС200) обмотки возбуждения питаются от преобразователя 100, который в начале торможения питается от батареи, а потом питается от вырабатывающих ток двигателей. То есть «реостат» работает даже при опущенных токоприёмниках и отсутствии напряжения в сети.
С ЧСами переменного тока такой фокус не проходит — ВУВ 021 питается переменным током от трансформатора. Что не помешало одному фотографу-трепачу, в 90-е годы за активность в сообществе любителей железных дорог получившему значок «Почётный железнодорожник», использовать это как убойный аргумент при сравнении ЧС4Т и ЭП1М.
Мол, у ЭП1 рекуперация работает лишь при наличии напряжения, на нейтральных вставках электротормозом не придержишь, а ЧСы умеют тормозить без напряжения... Замолчав, что только ЧСы постоянного тока.
Что такое нейтральная вставка — рассказано в 12-й статье, а как рекуперирует на переменном токе ЭП1, ВЛ80Р или ВЛ85, двигатели которых вырабатывают постоянный ток? Сложнее, ибо надо постоянный ток превращать в переменный. Для этого его тиристорный выпрямитель (выпрямительно-инверторный преобразователь — ВИП) работает в так называемом режиме инвертора, ведомого сетью.
Возбуждение даётся точно так же, как на ВЛ80Т, а якоря через тот же ВИП, что в режиме тяги их питает, отдают ток в трансформатор — в каждый полупериод ток в обмотке течёт против ЭДС, создаваемой сетью. Следовательно, вместо потребления тока из сети трансформатор начинает ток отдавать — работает как повышающий.
Подробнее этот процесс разрисован в следующей статье цикла, где подробно разрисована и работа ВИП в режиме тяги.
Здесь можно лишь добавить, что на скорости менее 10 км/ч, когда рекуперация уже неэффективна, электровоз переходит в режим торможения контртоком — вместо отдачи тока в сеть двигатели начинают его потреблять, работая «задним ходом».
Торможение получается очень мощным, но это тяжёлый режим для двигателей, поэтому на практике им для торможения не пользуются. Зато внезапно пользуются для трогания. Ведь это режим тяги с независимым возбуждением, только задом наперёд. И если поставить реверсивную рукоятку назад и собрать рекуперацию, то электровоз поползёт вперёд на независимом возбуждении.
Как говорят машинисты — "чувство такое, что добавилась ещё одна секция". Чем так хорошо независимое возбуждение против последовательного — рассказано в 7-й статье. Как штатный режим независимое возбуждение в тяге реализовано на 2ЭС5К с 470-х номеров, 3ЭС5К с 900-х и 4ЭС5К.
На пульте стоит специальный переключатель «Последовательное — независимое», пользоваться режимом можно уже не до 10, а до 50 км/ч. А вместо старых ВИП-4000 на таких электровозах стоят ВИУ-4000 — выпрямительно-инверторные установки. Принцип работы особо не поменялся.
А почему контрток не используется как штатный тормоз? Потому что энергия, как и при динамическом торможении без внешнего сопротивления, будет рассеиваться в якоре, и если на малых скоростях он ещё может это выдержать — то на больших двигателям придёт конец намного раньше, чем они успеют остановить поезд. Поэтому контртоком не пользовались, например, при саморасцепе на перевале Мурурин:
И напоследок — о терминологии:
Вот фрагменты из книги одного из столпов электрической тяги СССР — Леонида Мироновича Трахтмана. Книга называется «Электрическое торможение электроподвижного состава», издана в 1965 году. Откуда взялся распространившийся в последние десятилетия термин «электродинамическое торможение»?
В общей электротехнике его нет, а железная дорога — лишь частный случай применения электротехники и конкретно теории электропривода. Есть лишь три вида торможения электродвигателей — динамическое, рекуперативное, противовключением (на ЖД жаргонно называемый «контрток», но в стандартах этого термина нет). Вот книга близкого, 1966-го, года «Характеристики двигателей в электроприводе», тоже в жуткой телефонной пересъёмке:
Понятие динамического торможения она знает, "электродинамического" — нет. Вернёмся к ЖД-литературе, к её классике — книге «Электровоз» Виталия Александровича Ракова, ещё одного столпа, и Пантелеймона Кондратьевича Пономаренко, 1956 год. Снова только электрическое и никакого "электродинамического":
Узнали перекрёстную схему реостатного торможения? Кстати, здесь ясно написано, что при реостатном торможении двигатели тоже работают как генераторы, а то к одной из недавних статей («Зачем локомотиву руль?») был забавный комментарий, что... Впрочем, читайте сами, здесь только начало, целиком — под статьёй:
Современная терминология электропривода тоже наряду с рекуперативным знает лишь просто динамическое торможение:
Система управления уральских трамваев 71-405 тоже знает правильные термины — что электроаппаратов (командоаппарат), что электропривода (динамическое торможение):
На ЖД динамическое (с рассеянием энергии) называется реостатным, так как используется мощный внешний реостат, хотя маломощные двигатели тормозятся без реостата — вспомните СМ ЭКГ, и к нему в одном из руководств по ВЛ60К применён именно термин «динамическое».
Долгим перебором литературы я выяснил, что термин "ЭДТ" поначалу встречался лишь в руководствах по чехословацкой технике, потом просочился в учебники по тепловозам (например, «Электрические передачи локомотивов», год, кажется, 2004), в 2011 году был закреплён в Техрегламенте Таможенного союза (ТР ТС), а в 2018 — в государственном стандарте (ГОСТ).
Учитывая, кто сейчас и с каким качеством пишет государственные документы и что в них попадает (вспомнить "до́говор"), а также то, что ГОСТы теперь в большинстве случаев необязательны к исполнению, я лично эти документы «поколения ЕГЭ» авторитетными не считаю, особенно если разобрать тот же ГОСТ подробнее, он весь состоит из неточностей, а то и ошибок. Но об этом — в другой раз.
Вот ещё факты употребления терминов:
«Электрические схемы электровоза ЧС2Т», Савичев Н. В., 2001
Стр. 5: «Мощность реостатного тормоза, кВт — 4400»;
Стр. 15: «Оборудование и построение силовой схемы, схемы управления и пневматической схемы электровоза ЧС2Т рассчитано на использование электрического (реостатного) торможения».
-
Инструкция локомотивным бригадам по обнаружению и устранению неисправностей в электровозной схеме электровоза ЧС4Т, Соколов Ю. Н., 1986
Стр. 6: «Общие сведения об электрическом торможении»;
«Электрические силовые цепи в режиме электрического торможения».
-
Машинисту об электровозах ЧС6 и ЧС200, Савичев Н. В., 2005
Стр. 10: «Оборудование и построение силовой схемы, схемы управления и пневматической схемы электровозов ЧС6 и ЧС200 рассчитано на использование электродинамического (реостатного) торможения».
+
Локомотивной бригаде об электровозе ЧС7, Карасев И. И.,2003
Стр. 3: «Мощность реостатного тормоза в длительном режиме, кВт — 6500»;
Стр. 93: «Цепи управления электродинамическим тормозом».
+
Электровоз, Раков В. А., Пономаренко П. К., 1956
Стр. 13: «Первый опытный электровоз ВЛ19-01 с рекуперативным торможением был построен <...> в 1932 году. В 1934 — 1938 гг. электровозы серии ВЛ19 выпускались с реостатным торможением...»;
Стр. 14: «В 1934 г. был построен опытный пассажирский электровоз ПБ21-01, который ранее имел реостатное торможение, а затем был переоборудован по схеме без электрического торможения...»
-
Электровоз ВЛ8, Зублевский С. М., Сидоров И. И., 1963
Стр. 3: «Электрическое торможение — рекуперативное»;
Стр.22: «Преобразователь НБ-429А предназначен для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей при рекуперативном торможении.»;
Стр. 175: «Режим рекуперативного торможения. Выбор соединения тяговых двигателей (в зависимости от скорости движения электровоза) осуществляется реверсивно-селективной рукояткой, которая имеет для обоих направлений движения четыре фиксированных позиции:
1. Моторный режим М.
2. Рекуперативный режим П...»
-
Электровозы ВЛ10 и ВЛ10У. Руководство по эксплуатации, Кикнадзе О. А., 2001
Стр. 6: «На электровозах, кроме тормозов с пневматическим и ручным управлением, предусмотрено рекуперативное торможение, которое значительно...»;
Стр. 351: «Управление электровозом в режиме рекуперативного торможения. Рекуперативное торможение на электровозе применяется, как правило, при движении поезда с установившейся скоростью на спуске. Однако возможно применение рекуперативного торможения...»
-
Электрические схемы электровозов ВЛ11 и ВЛ11М. Вохмянин Э. С., Чумаков В. Ю., 2003
Стр. 160: «Общие сведения о рекуперативном торможении. Принцип рекуперативного торможения. Рекуперативное торможение базируется на принципе обратимости электрических машин...»
-
Грузовые электровозы переменного тока. Дубровский З. М., Попов В. И., Тушканов Б. А., 1998
Стр. 7: «...могут работать в составе трёх секций (электровозы ВЛ80С, ВЛ85), без электрического торможения, с реостатным или рекуперативным тормозом, по системе многих единиц и без неё.»;
Стр. 19: «Расчётный коэффициент сцепления ?к определяется в режиме тяги в зависимости от скорости и системы регулирования напряжения по кривым, приведённым на рис. 1.21. При рекуперативном торможении коэффициент сцепления принимается равным ?р = 0,8?к. При реостатном торможении...»;
Стр. 22: «Применение на электровозах переменного тока рекуперативного торможения позволяет снизить удельный расход электроэнергии <...>. Возврат электроэнергии при рекуперации в реальных условиях эксплуатации в среднем составляет 10 — 15 % потребляемой в режиме тяги.
При электрическом торможении расход тормозных колодок...»;
Стр. 352: «Комплект электрооборудования, силовые цепи и цепи управления обеспечивают <...>:
неавтоматический ступенчатый пуск <...>;
электрическое реостатное торможение с заданным машинистом и автоматически поддерживаемым током <...>»;
Стр. 360: «Перегруппировка тяговых двигателей осуществляется по схеме моста. Режим реостатного торможения — по перекрёстной схеме с самовозбуждением.»;
Стр. 363: «Комплект электрооборудования, силовые цепи и цепи управления электровоза ВЛ80Р обеспечивают <...>:
неавтоматический плавный пуск <...>;
неавтоматическое рекуперативное торможение с заданным машинистом током <...>».
-
Электровоз ВЛ80С. Руководство по эксплуатации. Васько Н. М., Девятков А. С., Кучеров А. Ф. И др., 2001
Стр. 3: «Торможение — пневматическое и электрическое реостатное»;
Стр. 245: «Взаимодействие электрического и пневматического тормозов. Совместное применение электрического (реостатного) и автоматического пневматического тормозов электровоза...»
-
Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации. Под ред. Тушканова Б. А., 1985
Стр. 4: «Торможение — пневматическое и электрическое рекуперативное с противовключением тяговых двигателей на 1-й зоне регулирования».
-
Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации. Тушканов Б. А., Пушкарёв Н. Г., Позднякова Л. А., 1992
Стр. 3: «Электрическое торможение — рекуперативное».
-
Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э. Нотик З. Х., 1996
Стр. 9: «Тип тормоза — колодочный (на тепловозе ЧМЭ3Т применён также электродинамический тормоз)»;
Стр. 261: «Основное различие между этими локомотивами заключается в том, что тепловоз ЧМЭ3Т оборудован электродинамическим (реостатным) тормозом и устройством для прогрева дизеля после длительных стоянок».
+
Электропоезда постоянного и переменного тока. Добровольская Э. М., 2004
Стр. 279: «Отличия в силовых цепях электропоездов постоянного тока различных серий обусловлены наличием или отсутствием электрического торможения, перехода с одного соединения...»;
Стр. 296: «Режим электрического торможения. Общие сведения. Электрическое торможение позволяет <...>
Если электроэнергия, вырабатываемая тяговыми двигателями в процессе торможения, поглощается в резисторах реостата, такое торможение называется реостатным, если передаётся в контактную сеть — рекуперативным».
-
Электропоезда метрополитена. Добровольская Э. М., 2003
Стр. 189: «Применение тиристорного регулятора позволило полностью автоматизировать процесс электрического торможения в зоне высоких скоростей».
-
Итого:
— книг с упоминанием термина "ЭДТ" — 20 % (3 из 15);
— из них описывают технику производства ЧССР — 100 % (3 из 3);
— из них причисляют рекуперативное торможение к ЭДТ — 0 % (0 из 3).
То есть чешский термин "ЭДТ", хоть он и распространился в железнодорожной терминологии вплоть до проникновения в стандартны, корректным для русской терминологии не является. Русско-чешская терминология — вообще вещь в себе, там и «шунтировка поля» (это похлеще объёма сферы, если помните геометрию), и «орган силы», и диод Зенера вместо стабилитрона, и трансдуктор вместо магнитного усилителя...
Последние два термина приняты в некоторых иностранных языках, но это не делает их законными — например, в ГОСТ 17561-84 слова «трансдуктор» нет, оно есть лишь в списке англоязычных терминов на английском языке (transductor). И в ГОСТ 17465-80 нет термина «диод Зенера» — только «стабилитрон». Однако «ЧСники» и «ЧМЭшники», прочитав в плохо переведённой документации, употребляют их до сих пор.
Употреблять чешский термин "ЭДТ", ссылаясь на новые стандарты, или придерживаться общей электротехнической терминологии — вам решать. ГОСТы, повторюсь, несколько лет назад утратили былую силу, не только в сфере ЖДТ — так что теперь вообще непонятно, как их использовать. "Меня в институте так учили" — тоже так себе аргумент, в институтах тоже работают не эталоны.
Не так давно от одного бывшего сотрудника ВНИИЖТ пришлось услышать толкование термина "ЭДТ": "за счёт электричества (электро) гасит динамику поезда (поэтому динамический)". Без комментариев, про раздел физики «электродинамика» и про определение динамики — нет, не слышали...
Один плюс у этого термина — удобно ставить аббревиатуру в один ряд с «ПТ» (пневматический тормоз) и «ЭПТ» (электропневматический тормоз).
На этом пока всё. На очереди — третья часть ликбеза «Как самолёт находит путь?» — о радиолокации, а следом выйдет вторая часть «Зелёной полосы» — видеоролик про автоблокировку, проходные и входные светофоры. Удаляюсь работать дальше!
