Железяки электропоезда-5. Тяговый трансформатор и силовой контроллер⁠⁠

Предыдущие посты цикла:

Железяки электропоезда. Токоприёмник.
Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.
Железяки электропоезда-3. Тормозная система
Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395
***

Продолжаю тему силовых цепей электропоезда переменного тока. Сегодня поговорим о тяговом трансформаторе и силовом контроллере. Каждый из этих аппаратов достоин отдельного поста, но при рассказе об одном из этих устройств нужно постоянно ссылаться на другое, поэтому об этой "сладкой парочке" я запилю один пост.

Тяговый трансформатор.
В контактной сети переменного напряжения аж 25 тысяч вольт (плюс-минус четыре тыщи и кое-где допускается понижение до 19 кВ). Это слишком высокое напряжение, чтобы питать им напрямую тяговые электродвигатели, освещение, отопление и прочие аппараты электропоезда. Эту величину нужно как-то понижать. Для этих целей и используется тяговый трансформатор (далее - ТТ). На электропоездах разных серий применены самые различные модификации ТТ, но я не буду вдаваться в подробности, расписывать их отличия между собой (тем более, что я сам толком не помню, нужно рыть интернеты :D), расскажу об общих принципах работы.

Для начала покажу, где тяговый трансформатор стоит:

Как видите, это совсем немаленькая бандура весом больше трёх тонн, установленная под днищем моторного вагона (моторный вагон - вагон, на котором установлены тяговые электродвигатели, с помощью которых поезд и едет, визуально выделяется наличием токоприёмника и обилием подвагонного оборудования).
Электрическую схему ТТ можно представить так:

Как видите, у тягового трансформатора одна первичная (сетевая) обмотка (от А до Х) и две вторичных:

- тяговая обмотка (от вывода 1 до вывода 8)
- обмотка собственных нужд (от х2 до 01) и отопления (от 01 до а1).
На тяговую обмотку подаётся напряжение контактной сети (Uном=25 000 В). На вторичных обмотках возникает напряжение: ~2000 вольт в тяговой обмотке, ~276 вольт в обмотке собственных нужд и ~600 вольт в обмотке отопления. Вы спросите: "Motormaniac, а почему значения приблизительные?" Отвечу. Во-первых, трансформатор имеет постоянный коэффициент трансформации, поэтому напряжение на вторичных обмотках будет зависеть от напряжения в контактной сети. Во-вторых, повторюсь, я пишу в общих словах о всех модификациях ТТ, а у них значения напряжения во вторичных обмотках могут несколько отличаться.
Тяга электропоезда.
Тяговая обмотка имеет аж девять выводов, разделена на восемь секций. Представьте, что к двигателям электропоезда мы подключаем выводы 7 и 8. На движки у нас пойдёт напряжение одной секции. Не две тысячи вольт, а ~270. Поезд тронулся. Мы отключаем вывод 7, подключаем вывод 6. На двигатели поступает напряжение уже двух секций, то есть 540 вольт, электропоезд едет быстрее. И так далее, пока к двигателям не подключится вся тяговая обмотка от вывода 1 до вывода 8 с её двумя тысячами вольт, и не будет достигнута максимальная тяга.
Напрашивается вопрос. А что будет подключать и отключать выводы? Для этого и предназначен силовой контроллер.

Силовой контроллер. Далее - КСП (контроллер силовой пневматический).
Выглядит он так:

Опять же, у него несколько модификаций с некоторыми отличиями, но принцип работы одинаков, фото стырил первого попавшегося (этот вообще на ЭР2 стоит, электропоезде постоянного тока, но это неважно).
КСП находится в одном из подвагонных ящиков моторного вагона. Принцип работы прост. Он имеет вал с кулачковыми шайбами. Вращаясь, вал своими шайбами замыкает/размыкает кулачковые контакторы. Контакторов здесь два вида: силовые (на рисунке они справа, через них проходит высокое напряжение, поэтому они внешне крупнее и "мощнее"), а также контакторы управления (на рисунке слева, через них проходит напряжение 110 вольт, поэтому и размерами они помельче).  Выводы от тягового трансформатора и подведены к силовым контактам КСП, а он, в свою очередь, подключает/отключает их.
Отдельно стоит поговорить о приводе КСП. Это легендарный пневмопривод Решетова, позволяющий вращать вал контроллера, не применяя электродвигателей. Выглядит он так:

Принцип работы: на одном общем штоке 6 находятся два поршня 3 (второй числом не обозначен) и два ролика 4. Электропневматические вентили 1 подают поочерёдно воздух то к одному, то к другому поршню. Ролики воздействуют на звезду 5, заставляя её вращаться. При этом каждое нажатие роликом на звезду поворачивает её ровно на 18 градусов. Звезда находится на одном валу с шестернёй 11, которая вращает шестерню вала КСП. Полный оборот звезды - это 360 градусов/18= 20 позиций контроллера. Эти позиции - аналог передач в КПП автомобиля. Пневмопривод Решетова позволяет таким нехитрым способом (просто поочерёдно подавая напряжение на вентили) добиваться чёткого переключения позиций. Но он имеет некоторые недостатки. Во-первых, вал вращается только в одну сторону, из-за чего позиции могут либо увеличиваться, либо останавливаться, но уменьшиться они не могут. Машинист не имеет физической возможности понизить позицию, для этого ему нужно сначала её сбросить, а потом набрать заново нужную. Во-вторых, после сброса позиции для очередного набора нужно выжидать время, необходимое для того, чтобы КСП "сбросился", то есть провернулся с позиции, на которой машинист "сбросился", на исходную нулевую позицию, а это - до девяти секунд ожидания. Но машинист при ведении электропоезда должен учитывать эти особенности набора.

Вот таким образом осуществляется понижение высокого напряжения контактной сети до напряжения, необходимого для набора скорости электропоезда. Надеюсь, мой пост был для вас интересен и не сильно сложен. Отвечу на вопросы.