Бакинская "Москва" на станции Мытищи
Первый из двух составов отправился к месту назначения
Реостатное торможение на электропоездах метро
В одном из своих постов я рассказывал про устройство пневматических тормозов электропоездов метрополитена. Однако этот вид тормоза - не единственный, используемый в подвижном составе метрополитена и железных дорог вообще. Пневматические тормоза имеют свои недостатки:
1) Основной недостаток - это неодновременность срабатывания тормозов на разных вагонах при большой длине поезда. Ведь воздушная волна, вызванная переводом крана машиниста в тормозное положение, распространяется не быстрее скорости звука в воздухе (330 м/с). Длина грузовых поездов может достигать нескольких сотен метров. В итоге это приводит к неодновременному срабатыванию тормозов по всей длине состава, и, как следствие, может привести к разрыву поезда (для грузовых). На пассажирских поездах это может вызвать дискомфорт пассажиров.
2) При срабатывании пневматических тормозов колесную пару может попросту заклинить, так как в таком тормозе колеса тормозятся путем прижатия колодок к ободу колеса. При заклинивании колес на них образуются ползуны. Про них можете прочитать вот в этом посте.
Поэтому помимо пневматических тормозов на подвижном составе метрополитена и железных дорог используется реостатное, рекуперативное либо реостатно-рекуперативное торможение. В этом посте я расскажу только про реостатное.
Здесь небольшое отступление. В поездах метро (речь идет о старых вагонах - Е, Ем, Еж, номерные, на новых вагонах "НеВа", "Юбилейный" используются асинхронные двигатели с рекуперативным торможением) используются двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Они дают хороший пусковой момент, который важен на транспорте, но имеют также свои особенности. Основная - ДПТ последовательного возбуждения нельзя включать без нагрузки на валу, так как при этом неконтролируемо увеличатся его обороты, и двигатель выйдет из строя (говорят, это происходит за несколько секунд, чаще всего обмотка якоря вылетает из пазов). Механическая характеристика (зависимость вращающего момента двигателя от скорости вращения) выглядит следующим образом:
Как видно, при уменьшении момента на валу скорость начинает расти до бесконечности (это в теории, на практике будут препятствовать механические потери, но они малы).
При реостатном торможении двигателя в общем случае его обмотка якоря отключается от сети и переключается на специальные сопротивления, называемые тормозными резисторами. Электрическая машина по принципу обратимости из двигателя становится генератором. Для ДПТ последовательного возбуждения просто так эту операцию сделать не получится, так как при переключении с двигательного режима на генераторный меняется направление тока в якоре и в обмотке возбуждения (это для любого ДПТ). И таким образом произойдет размагничивание машины, она не сможет стать генератором из-за отсутствия остаточной намагниченности. Поэтому в ДПТ последовательного возбуждения необходимо либо поменять местами концы обмотки якоря, либо переключить обмотку возбуждения на питание от независимого источника (тогда электрическая машина станет генератором независимого возбуждения). Вот так выглядит первый способ (лучше картинки, к сожалению, не нашел):
Не вникая в подробности, скажу лишь, что второй способ торможения более эффективный.
Конец отступления. Итак, вот как реализуется реостатное торможение на поездах метро. В кабине машиниста есть специальное устройство, называемое контроллером машиниста. Вот так выглядит контроллер машиниста в вагонах типа Ем (они все еще курсируют по 1-й, "красной" линии Петербургского метрополитена):
Он имеет три положения на ход, называемые "ход-1", "ход-2", "ход-3" и три положения на тормоз, называемые "тормоз-1", "тормоз-1а", "тормоз-2".
Вот так выглядит контроллер машиниста в кабине "номерного" вагона 81-717/714 (они еще лет 20 минимум будут по нашему метро ходить), на фото он внизу по центру под белой кнопкой. Также имеет 3 положения на ход и 3 положения на тормоз.
(фотографии не мои) Эти контроллеры машиниста используют реостатно-контакторную систему управления, при которой поворот рукоятки не непосредственно коммутирует силовую цепь, а управляет лишь низковольтными реле. У локомотивов железных дорог контроллер машиниста имеет гораздо больше положений, но принцип действия у него такой же.
При установке контроллера в какое-либо тормозное положение в цепь якоря тяговых электродвигателей вводятся тормозные сопротивления (вообще они называются пуско-тормозными, потому что используются и при пуске, и при торможении двигателя). У вагонов метро они расположены под вагонами и выглядят вот так:
На открытом пространстве видно, как от них струится теплый воздух. У трамваев и локомотивов обычной железной дороги тормозные реостаты расположены, как правило, на крышах. После ввода тормозных реостатов двигатель начинает работать в режиме генератора. Энергия движущегося поезда преобразуется в электричество, которое рассеивается на тормозных реостатах. В зависимости от положения рукоятки контроллера в цепь вводится различное количество тормозных реостатов, соответственно тормозная сила тоже различная.
Описанный вид торможения имеет ряд преимуществ перед пневматическим:
1) При использовании такого торможения не происходит полного заклинивания колесных пар. Они лишь будут вращаться медленнее, но не настолько, чтобы произошел юз.
2) Эффективен в широком диапазоне скоростей. Это свойство реостатного торможения дало о себе знать при крушении в Сан-Бернардино, произошедшее 12 мая 1989 года. Участником крушения стал большой грузовой поезд, ведомый 6 локомотивами. Такого количества локомотивов было вроде бы достаточно для безопасного спуска с горы, однако машинисты не знали, что на 3 из них реостатные тормоза были по разным причинам отключены. Они выбрали для спуска скорость, безопасную при работающих 6 реостатных тормозах, но не при 3. В итоге на спуске поезд неуправляемо разогнался, а пневматические тормоза при такой скорости были просто неэффективны.
3) Может применяться на любом виде железнодорожного транспорта, так как тормозные резисторы располагаются на самом подвижном составе.
и перед рекуперативным (рекуперативное торможение - это почти как реостатное, только электрическая энергия не рассеивается на тормозных резисторах, а возвращается обратно в сеть):
1) Не зависит от напряжения сети. При низких скоростях напряжение, вырабатываемое тяговыми электродвигателями, может оказаться недостаточным, чтобы отдавать энергию в сеть.
2) Не требует наличия электрической сети вообще, т.е. может применяться на неэлектрифицированных железных дорогах.
Однако оно имеет и недостатки:
1) Выделяемая энергия расходуется в пустую, нагревая воздух. Когда я был в депо метрополитена, мне рассказывали, что летом из-за нагретых тормозных резисторов там бывает как в аду.
2) Не может использоваться для полной остановки поезда. При низких скоростях тормозная сила будет очень мала, либо же генератор не сумеет самовозбудиться, и торможения вообще не произойдет. Так что нужны механические тормоза (например, пневматические).
Для полной остановки поезда используются пневматические тормоза. В вагонах метро они включаются автоматически с помощью так называемого вентиля замещения при падении скорости ниже 5 км/ч (ну либо по команде машиниста). Кто ездит в метро - можете сами посмотреть, как на низкой скорости при вьезде на станцию на вагонах загорается желтая лампочка. Это значит, что в вагоне сработали пневматические тормоза.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi