Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
Легконогий чешский скакун отбивал рысь — почти восемьдесят километров в час. Для него это был не галоп, галопом он пойдёт дальше, на ка́менском участке, там можно 120, а здесь нельзя — лежит звеньевой путь. Его меняют, через год на главных путях не останется ни пахнущих креозотом деревянных шпал, ни легендарных костылей, забитых в эти шпалы, но пока колёсные пары каждые 25 метров перепрыгивают стыки, рождая знакомые любому звуки железной дороги.
Зелёная цифра «79» дёрнулась и сменилась на «80». САУТ протянул:
— Отключи тягу!
— Я тебя щас отключу! — замахнулся кулаком на слепой прибор машинист. Сейчас закрываться, то есть сбрасывать тягу, никак нельзя — позади была неграфиковая остановка в Златоусте, чтобы взять бланк предупреждений об ограничениях скорости, затем — долгий и мучительный разгон в гору с тяжёлым поездом. Был бы в голове поезда ЧС2, что вернутся сюда через пару лет, или ЭП2К, что придут лет через семь — было бы совсем грустно, но сейчас у машиниста в руках ЧС7. С ним любые подъёмы по плечу, надо лишь ему не мешать.
–= Видео езды на ЧС7 по Уралу =–
Все четыре амперметра стояли торчком — была выбрана «параллель», параллельное соединение двигателей. Случайно вылезшие на САУТе 80 км/ч откатились на 79, состав плотно висел на электровозе, практически над пропастью — перегон шёл по склону горы Семибратки. Европа не хотела отпускать своих детей — электровоз был рождён в Пльзене, а вагоны чуть поближе, в Твери, сейчас они приближались к водоразделу — столбику «Европа — Азия», что за станцией Уржу́мка.
Но в составе ехала домой смена летних лагерей — возвращалась домой в Пыть-Ях, Сургут, Нефтеюганск и другие нефтеграды. Дети Азии, под них специально назначили быстрый поезд, с остановками лишь для смены бригад и локомотивов, и Азия тянула домой своих детей ничуть не слабее, чем Европа своих.
Чтобы привезти загорелых детей домой — нужно взять перевал. Уже почти взяли. Вдруг над лобовым стеклом загорелись два красных квадрата отказа вентиляторов, а вольтметр батареи плавно наклонился влево. Тяговые двигатели остались без охлаждения, батареи — без зарядки. Хорошо ещё, что электровоз продолжал везти — релю́шки, включающие сброс позиций при отказе вентиляторов, были вынуты ещё по возвращении машины с завода.
Командир многоэтажно выругался — уже который раз за поездку — и нажал кнопку «СП — С»: несколько минут без обдувки двигатели выдержат, но всё же нужно их пощадить, убавить ток. Пневмодвигатель выпустил свою холостую пулемётную очередь, скрутив барабан с 56-й позиции на 38-ю, полыхнули вспышки в линейных контакторах и два амперметра упали на ноль, два других же встали на 9 часов.
- Что такое соединения двигателей — С, СП, П — в статье «ТЭД-5»:
Здорово потеряем скорость, ещё намажем график, но старый механик знал, что на малых токах ничего никогда не горит. Квадрат тока, это он помнил ещё с училища... P = I²R... В работе, что в грузовых, что на манёврах, что в пассажирских это только подтверждалось — он не сжёг ни одного сопротивления, когда со смешным током 150 — 200 ампер надвигал отцепы на горку, хотя ползал на сопротивлениях и по пять минут, и по десять... А двигатели ещё крепче, чем сопротивления.
Пока попробуем высокую скорость. Пакетник влево — ноль, ВС — и чудо! На нашей секции вентиляторы пошли, зловещая лампочка с улиткой погасла. А на задней, первой, ещё предстоит оживить. Этим помощник займётся после «пупкá». Вот Уржумка, мучительно долгая левая кривая, выходные стрелки, белая стела справа... Наконец площадка. Машинист бросил штурвал в минус и распорядился:
— Помнишь вставку вентиляторов? Давай, проверишь зелёную, заходи и меняй.
Хлопнула дверь кабины, почти сразу выстрелила электромагнитная защёлка — промежуточный барабан пришёл к нулю. Красная кнопка БВ, пакетники токоприёмников влево... Шедший по машинному отделению помощник услышал щелчок щелчок отключившегося быстродействующего выключателя и шипение разъединителя с заземлителем, что должны его защитить от подарка в три тысячи вольт. Заходить в высоковольтную на ходу запрещено, но реальная работа — лотерея из нарушения инструкций, и вход в заземлённую ВВК на ходу — далеко не самый проигрышный билет.
Зелёная лампа включения заземлителя на стенке коридора горит, порядок! Входим со вставкой наперевес, правой рукой в перчатке дёргаем горелую, вставляем свежую... Теперь бегом в кабину, командир ждёт. Непривычно идти по машинному в тишине... Вентиляторы — сердце старых электровозов постоянного тока — молчат, не дают ни охлаждения, ни пищи для нервной системы машины.
— Поменял.
— Щас поглядим...
Процесс подъёма «чеха» долог. Сперва два длинных щелчка переключателями токоприёмников, потом ждём, пока откинутся заземлители, полностью врубятся разъединители, побежит ток к вентилю токоприёмника... Потом воздух в цилиндр... Вот наконец поднялся сам токоприёмник, вольтметр как подстреленный дёрнулся вправо, показал три киловольта — видимо, у нас на хвосте уже висит грузовой, просаживает напряжение.
Включение БВ! Вентиляторы на низкую! Ура, пошли, красные улитки над лобовым стеклом погасли! Летим дальше на всех парáх, хотя уже и не особо надо — до Флюсовóй только знай тормози, дальше равнинные Миасс и Чебаркýль, потом от Бишкиля ещё немного вниз — и дома. Но дома только бригада, электровозу везти поезд дальше — до Каменска-Уральского, там он сдаст вахту пучеглазой свердловской «двойке».
Как всё просто. Щёлкнул пакетником, выключился заземлитель, включились вентиляторы... За всем этим стоят цепи управления — маленький низковольтный переключатель подал питание на катушку заземлителя, катушка открыта вентиль, давление воздуха откинуло нож заземлителя. Косвенное управление позволяет переключать опасные высоковольтные аппараты на расстоянии.
Всем этим катушкам аппаратов нужно питание. Освещению и электронике вроде КЛУБ-У — тоже. На старых электровозах, электропоездах и пассажирских вагонах это 50 вольт постоянного тока, на старых тепловозах и вагонах метро — 75 вольт*, на всей новой технике — 110. Это и вагоны, и электровозы, и тепловозы. О крохотных промышленных тепловозах с напряжением 24 вольта сейчас не будем...
* — на вагонах метро вольтметр показывает 80 вольт, но это напряжение источника, чтобы заряжалась 75-вольтовая батарея
На тепловозе всё просто, как на автомобиле — работает дизель, от него приводится генератор. Так как на тепловозах с электропередачей (а это ТЭ, ТЭП, ТЭМ и даже М62) есть мощный главный генератор, питающий тяговые двигатели, то небольшой генератор питания цепей управления зовётся вспомогательным генератором (ВГ).
На наших 110-вольтовых тепловозах вроде 2ТЭ116 и 2ТЭ25КМ, пассажирского ТЭП70 и маневрового ТЭМ7, его зовут солиднее — стартёр-генератор. Для запуска он подключается к батарее и работает как стартёр, а после запуска переключается в режим генератора. Это простая коллекторная машина постоянного тока, устройство которой расписано в статье 2:
Заглянем на ТЭП70БС? Это середина тепловоза — дизель:
Отойдём на несколько метров назад, по стрелке, вот показались генераторы — главный (тяговый агрегат) и стартёр-генератор 5ПСГМ:
Длительная мощность этого поросёнка — 50 кВт. На синем гиганте 2ТЭ25К «Пересвет» ракурс более понятный:
69спч или в просторечии 69-я группа — передний распределительный редуктор дизеля, через который коленчатый вал связан со стартёр-генератором:
Как видим, вал ПСГ не намертво прикручен к валу редуктора — между ними упругая пальцевая муфта, что сильно упрощает установку (центровку) ПСГ и смягчает колебания. А что за вторая полумуфта под возбудитель? На 2ТЭ116, 2ТЭ25КМ, простом ТЭП70 рядом с ПСГ стоит возбудитель синхронный ВС-650 для питания цепи возбуждения главного генератора:
Сразу по щёткам видно разницу в токах: у возбудителя на роторе находится обмотка возбуждения, мощность её невелика — хватает четырёх щёток. А у стартёр-генератора ток рабочей обмотки (она у коллекторных машин на роторе) порой зашкаливает за 1000 А — там щётки стоят гроздьями, чтобы пропускать такой ток.
О роли возбудителя в схеме 2ТЭ116 и его родственников — в 20-й статье:
На запуске ПСГ питается от батареи, вот батарея 48ТН-450, стоящая в нише топливного бака:
Точнее, её половина — вторая такая же стоит с другой стороны бака. Батарея эта щелочная.
БАХ!!! Включились пусковые контакторы Д1 и Д2, ток батарей обеих секций провалился в стоящий пока стартёр-генератор, путь отмечен зелёной линией:
Он протёк от плюса батареи GB через контактор Д1 (он соединяет параллельно батареи секций), Д2 (подключает батареи к стартёру), обмотку последовательного возбуждения ПСГ (ОВ), якорь (СГ) и вернулся на минус батареи. В начале раскрутки, когда противоЭДС в якоре ещё нет, ток зашкаливает за килоампер, сейчас 1019,5 А.
После запуска дизеля или через 12 секунд, смотря что наступит раньше, пусковые контакторы отключаются, и если дизель запущен — включается контактор регулятора напряжения, КРН:
В работу вступил регулятор напряжения тиристорный (РНТ-6), он питается от батареи и выдаёт питание на обмотку независимого возбуждения ПСГ (красная линия). Стартёр переходит в режим генератора, развивает напряжение 110 вольт, которые выше напряжения батареи, и это напряжение отпирает диод заряда батареи — ДЗБ. Ток потёк на зарядку батареи и в цепи управления (зелёная линия).
Пока напряжение батареи было выше напряжения ПСГ — диод был закрыт, предотвращал разряд батареи на якорь ПСГ, как говорят автомобилисты, чтобы генератор не брал на себя. ШЗБ — шунт заряда батареи (измерительное сопротивление), ШПД — шунт пуска дизеля, СЗБ — сопротивление заряда батареи.
Регулятор напряжения (РН) работает точно как реле-регулятор («таблетка», «шоколадка») на автомобиле — регулирует возбуждение, много напряжения на выходе — убавляет возбуждение, мало — прибавляет. Он стоит в аппаратной камере, вот вид на неё через правую входную дверь:
На снятие всех щитов — аппаратная камера для защиты бригады от высокого напряжения закрывается щитами — ушло минут пять, зато какой эффект! На старых тепловозах регулятор напряжения механический, он будет показан в конце статьи.
АМК, КДК, КУДК — аппараты питания компрессора, который качает сжатый воздух для работы тормозов, приводов жалюзи системы охлаждения и других потребителей воздуха. Работает компрессор на постоянном напряжении 110 В, то есть питается от ПСГ:
АМК — автомат мотор-компрессора, КДК — контактор двигателя компрессора, КУДК — контактор ускорения двигателя компрессора. Двигатель у компрессора мощный, поэтому пуск реостатный — прямо как у тяговых двигателей старого трамвая:
Сперва включается КДК и питание на двигатель К подаётся через сопротивление пуска компрессора (СПК), двигатель плавно трогается. Через несколько секунд включается КУДК, СПК обходится (шунтируется) и на К подаётся полное напряжение.
Двигатель 2П2К внешне похож на питающий его 5ПСГМ. Для разнообразия — мотор-компрессор на ТЭП70, он другого типа, нежели на 2ТЭ116 или 2ТЭ25КМ, но суть та же:
Вернёмся к цепям управления. На старых тепловозах вроде ЧМЭ3 или 2ТЭ10М компрессор приводится прямо от дизеля, из мощных потребителей вспомогательного генератора там лишь зарядка батареи (и то первое время после пуска дизеля) да прожектор (500 Вт).
А главный генератор там коллекторный, а не синхронный, нет никаких проблем запитать его для пуска дизеля от батареи, отдельный стартёр не нужен. Поэтому там ВГ намного слабее — 5 кВт против 50 — и упакован в один корпус с возбудителем. Этот агрегат назвается двухмашинным, вот он на 2М62:
Такой агрегат стоит на тепловозах, где система возбуждения уже на магнитном усилителе, но ещё без тиристоров — М62, ТЭП60, семейство ТЭ10. Об этой системе рассказано в 16-й статье:
На совсем старых машинах вроде ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2 магнитного усилителя нет — там роль усилителя играет сам возбудитель МВТ, он тоже входит в состав двухмашинного агрегата:
Система авторегулирования возбуждения на электромашинном усилителе впервые изобретена в СССР, о ней рассказано в статье «ТЭД-14»:
Напряжение цепей управления на этих старичках пониже — 75 вольт. На простых М62 и 2М62 батарея стоит по старинке — в нишах топливного бака, на 2М62У и 3М62У её переместили на вакантное место, где у одиночки вторая кабина:
Благодаря этому вырос в объёме топливный бак.
Напряжение и ток батареи на этих машинах контролируются стрелочными приборами, напряжение — на аппаратной камере, ток — на пульте машиниста:
Как видим, всё как на старых автомобилях вроде УАЗа-буханки: влево — разряд, вправо — заряд. Очевидно, что секция запущена: ток зарядки есть, давление масла обоих дизелей есть (чёрные приборы по центру), только одному из термометров плохо — зашкалил.
С тепловозами ясно, а что электровозы? 3000 вольт постоянного тока в 50 просто так не преобразуешь — трансформатор бесполезен, ему нужен переменный ток, поэтому когда в 1930-е гг. начали появляться электровозы — вопрос там решился просто, на вал мотор-вентилятора охлаждения тяговых двигателей поставили генератор управления (ГУ). Вот он, например, на «буханке» ВЛ23, что выпускалась во второй половине 1950-х:
На ВЛ10 и ВЛ11, что выпускались до конца XX века и знакомы любому, кто выходил на линию постоянного тока в Подмосковье, СПб, Челябинске или Томске, генератор совершенно такой же — ДК-405, зато вентилятор стоит более удачно, можно его взять в кадр целиком:
Внутри ДК-405 — совершенно бесхитростная 4-полюсная коллекторная машина, мы в неё уже заглядывали:
Регулированием возбуждения генератора, то есть стабилизацией того самого напряжения 50 вольт, занимается регулятор напряжения — либо старый электромагнитный вибрационный СРН, либо бесконтактный электронный БРН. На ВЛ10 они стоят во втором кузове на панели управления (ПУ), на ВЛ11 — в каждой секции свой на агрегате панели управления АПУ, она подписана на снимке выше, вот ПУ и АПУ крупно:
Как видим, тут тоже есть диод, предотвращающий разряд батареи на неработающий генератор. До него, когда в мире ещё не было мощных полупроводниковых диодов (а это годы выпуска ВЛ8 и даже первых ВЛ10) — стояло реле обратного тока, РОТ, но о нём чуть позже.
СРН — классический вибрационный регулятор:
Как только напряжение генератора превышает норму — катушка преодолевает сопротивление пружины и переключившиеся контакты уменьшают возбуждение генератора. Процесс этот повторяется непрерывно — между контактами постоянно скачут искорки, за счёт индуктивности обмотки возбуждения и инертности железа магнитопровода напряжение не скачет вслед за искорками, а держится более-менее средним. Подкручиванием винта можно настраивать СРН.
Об индуктивности — в статье «ТЭД-11»:
Если на старых тепловозах ток — на пульте, напряжение — не в кабине, то тут наоборот: ток — на ПУ, напряжение — на пульте:
Электровоз, как видим, грустит в ожидании бригады — потушен, батарея выключена, на вольтметре ноль. А вверху видна лампа реле обратного тока — «РОТ».
Как устроены источники питания на ЧСах, с одного из которых началась статья, и других электровозах — во второй части статьи. Нас ждёт великое разнообразие — и разные виды бесконтактных источников, и чудо-генератор электровоза ВЛ82М, единственный прогрессивный...
Товарищи! Из-за новой политики платформы канал в сложном положении, показов подписчикам мало, а в общей ленте материалы вообще не показываются. Без вашей поддержки мне не выстоять, так что по возможности делитесь публикациями на своих страницах в соцсетях, в чатах, да где угодно. Всегда найдётся тот, кому это будет интересно. Кроме технических статей, например, выходят регулярно походные:
До встречи!