Про школу, ток, напряжение, лыжи и прочую лабуду

[Oleg]

Вот опять начинаем путать Бабеля и Гегеля! Шутка!

[Oleg]

Изначально разговор был не про мощность. Разговор начался с того, что чем меньше напряжение, тем больше ток.
Но это же не верно! Закон Ома никто не отменял и тем более его никто не опроверг!
Что касается лыж и контактного провода, то это не к лешему вопрос, а к тому же Ому.
На постоянном токе усиленный (двойной) контактный провод применяют потому что он в режиме тяги ПС является частью электрической цепи, т.е. проводником между тяговой подстанцией и тяговыми двигателями электровоза/электропоезда. Так как токовая нагрузка на к/с большая, а токоприемник не всегда прижимается к контактному проводу с нужным усилием, провод усиливают, а заодно усиливают и токоприемник добавляя вторую лыжу, или делают лыжу с двумя полозами.

На переменке все несколько иначе. К/с не несет такую большую токовую нагрузку как постоянка. Напряжение на переменке больше, но токи в к/с значительно меньше. Всю токовую нагрузку в этом случае несет тяговый трансформатор электровоза. Именно он выдает нужное напряжение на ТЭД и чем оно больше, тем больше ток в силовой цепи. Поэтому переменники всегда ездят на одном токоприемнике, к/с на переменке обычная, не усиленная и нет необходимости во второй лыже на токоприемнике.

Только не нужно делать зависимость низкого напряжения и большого тока на постоянке с высоким напряжением и маленьким током на переменке.
В режиме тяги на постоянке силовая схема ПС в буквальном смысле выглядит так:
Тяговая подстанция - контактный провод - тяговые двигатели ПС.
Если на одном фидере в тяге идут несколько единиц ПС, они все являются элементами одной электрической цепи с несколькими потребителями. И в этом случае мы увидим, что как только в тягу переходит еще один потребитель, в к/с сразу понижается напряжение, а в след за ним снижается ток на движках. И наоборот. Увеличивается напряжение и увеличивается ток в силовой цепи.
На переменке силовая схема:
Выход тягового трансформатора - выпрямитель - тяговые двигатели. Привожу обычную схему без всяких инверторов.

[Pooh]

Сообщение от Oleg

Разговор начался с того, что чем меньше напряжение, тем больше ток.
Но это же не верно!

Т.е. как это не верно? )
Есть требуемая мощность, она определяется механикой и прочими "внешними факторами". Далее, чтобы обеспечить данную мощность на валу двигателя появляется пара "напряжение - ток". Чем ниже напряжение, тем больше ток и наоборот.

Именно по этому (ну не только, разумеется, по этому, но и по этому тоже) в мире используется высокое напряжение.
Условно говоря, 1МВт можно получить и на 0.4кВ, но только токи там будут такие, что шины будут в руку толщиной. Для каждого сечения проводника есть предельное значение тока, выше которого начинается перегрев выше допустимых значений и, как следствие, пережёг проводника, пожар и т.п. В ПУЭ всё это подробно и в табличном виде.
Для того же 0.4кВ в общепроме машины редко превышают 400кВт - слишком большое сечение обмотки требуется, чтобы выдерживать возникающие токи. Ну и вес всей этой меди становится уже реально не детским.

Но, важный момент! Возникающая на валу двигателя мощность, а от неё и текущий ток напрямую зависит от того, какая механическая мощность требуется. На разгоне одно потребление, на "горизонте" другое, "под горку" третье и т.п. Требуемая мощность всё время разная и потребляемый ток, соответственно, так же разный.
Если машина условно 1МВт, то это ни разу не значит, что она всегда работает исключительно на 1МВт и потребляет соответствующий ток.

Теперь причём тут закон Ома. Его, разумеется, никто не отменял Просто сопротивление меняется и зависит от силы тока, протекающей в проводах. Чем больше ток, тем больше уходит в нагрев - прямые потери. Тут есть прямая аналогия с водой или воздухом в трубе. Чем больше напор, тем сложнее его прокачивать через узкое сечение.
Это, кстати, вторая причина перехода на большие напряжения, например, в ЛЭП - передать на большое расстояние 0.4кВ не сравнимо затратнее, чем 6 или 10кВ.

В общем, мощность, напряжение, ток, сопротивление, длина проводов и их сечение - всё это сильно взаимосвязанные вещи и одно влияет на другое.

Вот как-то очень на пальцах.

---------- Сообщение добавлено в 00:28 ---------- Предыдущие сообщение было в 00:19 ----------

Сообщение от Oleg

На постоянном токе усиленный (двойной) контактный провод применяют потому что он в режиме тяги ПС является частью электрической цепи, т.е. проводником между тяговой подстанцией и тяговыми двигателями электровоза/электропоезда. Так как токовая нагрузка на к/с большая, а токоприемник не всегда прижимается к контактному проводу с нужным усилием, провод усиливают, а заодно усиливают и токоприемник добавляя вторую лыжу, или делают лыжу с двумя полозами.

На переменке все несколько иначе. К/с не несет такую большую токовую нагрузку как постоянка. Напряжение на переменке больше, но токи в к/с значительно меньше. Всю токовую нагрузку в этом случае несет тяговый трансформатор электровоза. Именно он выдает нужное напряжение на ТЭД и чем оно больше, тем больше ток в силовой цепи. Поэтому переменники всегда ездят на одном токоприемнике, к/с на переменке обычная, не усиленная и нет необходимости во второй лыже на токоприемнике.

Во всех случаях цепь состоит из источника, проводов (к/с и т.п.) и потребителя.
Второй кабель в к/с возникает из необходимости передать более высокий ток. Как написал выше, у любого сечения есть ограничения. Образно говоря, нельзя через 0.5мм2 передать 1кА. Соответственно, чем выше ток, тем большее сечение требуется для его передачи при разумных потерях. И речь идёт не только о сечении самих проводов, но и о сечении пятна контакта пары лыжа-провод.

[Oberschlosser]

Сообщение от Oleg

Только не нужно делать зависимость низкого напряжения и большого тока на постоянке с высоким напряжением и маленьким током на переменке.

Так всё так и есть... Есть мощность, которую электровоз отбирает от КС. При высоком напряжении в КС потребляемый ток ниже, вот и всё. Этого приближения вполне достаточно, чтобы понимать, почему электровоз постоянного тока трогается на двух токоприёмниках тяжёлого типа с двумя лыжами каждый, при этом над ним висит два контактных провода и рядом на опорах ещё до трёх усиливающих, а переменник или преобразовательный электровоз могут обойтись всего одним токоприёмником.

[Oleg]

Сообщение от Pooh

Т.е. как это не верно? )
Есть требуемая мощность, она определяется механикой и прочими "внешними факторами". Далее, чтобы обеспечить данную мощность на валу двигателя появляется пара "напряжение - ток". Чем ниже напряжение, тем больше ток и наоборот.

Да так, не верно!
На электрическую машину сначала подается напряжение. Ток появляется как производная напряжения и сопротивления в сети (читаем внимательно закон Ома). Приминительно к электровозу это выглядит так:
При включении тяговых двигателей напряжение на них очень маленькое. Для примера на 1-й позиции на ЧС2т, напряжение на движках порядка 150 вольт, а межламельное напряжение на коллекторе ТЭД около 12 вольт. В данном случае напряжение к/с 3000 вольт ограничивают (снижают) пусковые сопротивления. В процессе разгона электровоза, группы пусковых сопротивлений выводятся из цепи. Напряжение увеличивается, растет и ток в цепи. После вывода всех сопротивлений наступает то самое "равновесие" напряжения и тока про которое говорили. Но напряжение на движках не максимальное, т.к. все движки соединены последовательно. Для того, чтобы продолжить разгон нужно увеличить напряжение. Делается это переключение силовой цепи на последовательно-параллельное соединение, когда двигатели включены в две цепи, по 3 в каждой. Напряжение на движках в этот момент опять ограничивают пусковые сопротивления. В процессе разгона они снова выводятся из цепи. Напряжение на ТЭД растет, увеличивается и ток. Опять до достижения баланса тока и напряжения. Дальше на двигателях опять повышают напряжение, переключая схему на параллельное соединение. Движки включены в три цепи, по 2 в каждой. Снова выводят пусковые сопротивления, снова растет напряжение, а следовательно и ток.

---------- Сообщение добавлено в 00:48 ---------- Предыдущие сообщение было в 00:43 ----------

Сообщение от Pooh

Если машина условно 1МВт, то это ни разу не значит, что она всегда работает исключительно на 1МВт и потребляет соответствующий ток.

Электрическая машина (двигатель) ток не потребляет. Электродвигатель потребляет электоэнергию, т.е напряжение. А ток в цепи возникает в следствие работы этой электрической машины. И зависеть этот ток будет от величины напряжения и сопротивления цепи. Чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем больше ток.

[Pooh]

Сообщение от Oleg

Электродвигатель потребляет электоэнергию, т.е напряжение.

Напряжение - это разность потенциалов. Её нельзя потребить. Она просто есть Это как с водопадом. Есть верх, есть низ и они просто есть, вне зависимости от того, сколько через этот водопад течёт.

Говоря бытовым языков, если у Вас в розетке 220В, то они там есть в любом случае (ограничение источника и сечение подводящих проводов не учитываем), вне зависимости от того, сколько чайников и пылесосов в розетки будут воткнуты. Другое дело, чем больше потребителей, тем больше ток в сети, так как потребитель "высасывает" из источника энергию, которая определяется тем самым U*I.

[AlexK]

Я неоднократно видел печи для плавки титана. Вакуумные, дуговые. Там провод, который шел к электроду, был с мою заднюю ногу толщиной. Токи доходили до 40-50 кА при напряжении всего-то 36 вольт.

Во Франции на каждой лыже токоприемника по две графитовые вставки. То есть точенк контакта - четыре при постоянном токе, поскольку лыж - две. При переменном токе одна лыжа и, соответственно, по две точки контакта.

СС 6500 и СС 21000 - пракически один и тот же электровоз, отличие только в наличии тягового трансформатора и кремниевого выпрямителя на СС 21000. И один, и второй водили поезд Сизальпин от Парижа и до... СС 6500 водил до Доля, а вот СС 21000 до самого Валлерба. Поскольку ветка Париж-Доль питается постоянкой 1500 В, а Доль-Валлерб - уже 25 кВ. Поэтому нужно было или менять электровоз на переменник, или переключать в районе Доля схему.

В разделе про модели я размещал фото жуэфовского СС 21000, и на модели совершенно отчетливо видны три токоприемника: два под постоянку и один под переменку. На пути от Доля до Валлерба Сизальпин делал остановки и, соответственно, трогался. Рельеф там будь здоров, вес поезда далеко не 100 граммов. И, что самое странное, одного пантографа ему хватало.

Про потери в тяговом трансформаторе можно не вспоминать, это копейки по сранению с общей мощностью в 5,9 МВт. И еще мелкий момент: при двухполупериодном или мостовом выпрямлении напряжение растет в 1,41 раза.

[Pooh]

Сообщение от Oleg

На электрическую машину сначала подается напряжение. Ток появляется как производная напряжения и сопротивления в сети (читаем внимательно закон Ома).

Не забывайте, что ток ещё зависит от оборотов двигателя

[Oleg]

Сообщение от Oberschlosser

Так всё так и есть... Есть мощность, которую электровоз отбирает от КС. При высоком напряжении в КС потребляемый ток ниже, вот и всё

Ток в к/с на переменке меньше потому, что ТЭД электровоза питаются не от к/с а от трансформатора. Тяговый трансформатор питает движки пониженным напряжением через выпрямители. Поэтому вся токовая нагрузка находится между трансформатором, выпрямителем, сглаживающим реактором и движками.
На постоянке трансформатор находится далекооооо, на тяговой подстанции. Поэтому токовая нагрузка ложится и на контактный провод.
Практически все одинаково, с той только разницей, что на переменке каждый электровоз возит свой трансформатор.

[Pooh]

Сообщение от Oleg

Ток в к/с на переменке меньше потому, что ТЭД электровоза питаются не от к/с а от трансформатора. Тяговый трансформатор питает движки пониженным напряжением через выпрямители. Поэтому вся токовая нагрузка находится между трансформатором, сглаживающим реактором, выпрямителем и движками.
На постоянке трансформатор находится далекооооо, на тяговой подстанции. Поэтому токовая нагрузка ложится и на контактный провод.
Практически все одинаково, с той только разницей, что на переменке каждый электровоз возит свой трансформатор.

Давайте вспомним ещё про закон сохранения энергии. Электровоз не генерирующий источник и тут работает баланс - чтобы получить полезную мощность, он должен эту мощность откуда-то взять с учётом попутных потерь. Получаемая мощность ниоткуда кроме как из сети не возьмётся. Соответственно, то, что он берёт из сети определяется всё тем же U*I. Напряжение сети величина постоянная. Потребляемый ток I зависит от полезной мощности электровоза. По другому, при всём уважении, вот совсем никак

[Oleg]

Сообщение от Pooh

Не забывайте, что ток ещё зависит от оборотов двигателя

Как забыть? Чем выше обороты двигателя, тем больше противо ЭДС. С увеличением оборотов противо ЭДС нарастает, а ток уменьшается. Чтобы это компенсировать, на электровозах и электропоездах устанавливают индуктивные шунты подключенные параллельно обмотке возбуждения ТЭД (на электровозах ЧС, например).

---------- Сообщение добавлено в 01:26 ---------- Предыдущие сообщение было в 01:19 ----------

Сообщение от Pooh

Напряжение сети величина постоянная.

Вот это утверждение откуда? Кто Вам это сказал? Напряжение в сети, особенно на постоянном токе все время меняется. Вы никак в толк не возьмёте, что на постоянке сеть одна и объединяет всех потребителей! Чем больше потребителей включено в работу, тем меньше на них напряжение, а следовательно и ток! На переменке напряжение в к/с тоже колеблется, но тяговый трансформатор все равно выдает на движки 3000 вольт.

[AlexK]

Олег, я понял, в чем ботва. Вы рассматриваете локомотив как сложную элктрическую машину и правильно описываете ее действие.

Но это совершенно неправильный подход с точки зрения процесса питания от контактной сети. Точнее, взаимодействия контактной сети и токоприемника. Данная точка обязана выдерживать максимальную нагрузку, которую может потребить электрическая машина.

И да: реостаты, которыми Вы снижаете напряжение при трогании, тоже потребляют мощность. Только преобразуют ее тупо в тепло.

[Pooh]

Чтобы разобраться, я бы рекомендовал идти от общего к частному.
Начинаем с простого. Источник - электростанция. Потребитель - электродвигатель, вырабатывающий механическую мощность.
Потребляет такая система ровно столько, сколько нужно механической мощности с учётом потерь ибо закон сохранения энергии никто не отменял.
Далее, в эту систему начинают добавляться тучи преобразователей, которые что-то в во что-то преобразуют с попутными потерями.
Например, тяговая ПС - это не источник энергии, а лишь преобразователь по своей сути. Вот если пройти от генератора электростанции (ладно, для простоты от энергосистемы) до этого несчастного двигателя постепенно добавляя новые преобразователи в виде ПС, тяговых трансформаторов и т.п., то сразу станет понятно кто где и куда.

Кстати, энергосистема, если что, работает на переменном токе. Так что постоянный ток это уже результат преобразования со всеми вытекающими.

Нельзя разобраться в работе системы если рассматривать лишь её небольшую часть и не принимать во внимание работу того, что вне этой части.
А в данном случае так ещё и части разные - для переменной к/с одна, для постоянной другая.

[Oberschlosser]

Сообщение от Oleg

Чем выше обороты двигателя, тем больше противо ЭДС. С увеличением оборотов противо ЭДС нарастает, а ток уменьшается. Чтобы это компенсировать, на электровозах и электропоездах устанавливают индуктивные шунты подключенные параллельно обмотке возбуждения ТЭД (на электровозах ЧС, например).

Индуктивные шунты вообще не для этого.

Сообщение от Oleg

Напряжение в сети, особенно на постоянном токе все время меняется. Вы никак в толк не возьмёте, что на постоянке сеть одна и объединяет всех потребителей! Чем больше потребителей включено в работу, тем меньше на них напряжение, а следовательно и ток!

В идеале напряжение должно быть всегда одинаковым. То, что это не получается, говорит о значительном несовершенстве системы питания постоянного тока в современных условиях. Однако колебания напряжения в пределах 20% в обе стороны от номинала принципиально ничего не меняют. Единственный правильный подход здесь - закон сохранения энергии.

И, кстати, у бесколлекторных машин переменного тока при снижении величины питающего напряжения ток может возрастать даже при снижении механической нагрузки...

---------- Сообщение добавлено в 08:11 ---------- Предыдущие сообщение было в 08:07 ----------

Сообщение от Oleg

На переменке напряжение в к/с тоже колеблется, но тяговый трансформатор все равно выдает на движки 3000 вольт.

Трансформаторы не обладают стабилизирующим эффектом. Если в КС переменного тока просядет напряжение, на электровозе с ручным регулированием оно в такой же степени упадёт и на ТЭД (коэффициент трансформации и всё такое).

Если же электровоз достаточно сложный, с автоматизированной системой управления ТЭД, в определённых пределах он сможет работать на заданном машинистом режиме, невзирая на колебания напряжения КС.

[Saddam]

В принципе я понимаю чего хочет сказать Oleg.
Но при любом раскладе токи в постоянке выше.
Как пример, ЧС200 в часовом режиме с запаралелинами движками даёт 4000кВт на секцию и жрёт больше 1000А, при напряжении сети в 3кВ. Если поднять напряжение до 25 кВ, ток упадет почти на порядок.
И ещё момент пантографы-токоприёмники, модели для 3кВ делают с максимальным снимаемым током в движении 2400А, и даже
3200А, а для 25 кВ - 1200А/800А, при этом на стоянках все они рассчитаны на 250А.

[RTF82]

Флудить так флудить.
Существует такая теория дуальности проф. Альтшуллера.
Процессы в электротехнике сопоставимы с процессами в водопроводе. Так, например, разности потенциалов соответствует разность высот и соответственно разность потенциальных энергий. Чем выше, тем больше энергия. Далее имеем емкость с водой, расположенную выше другой емкости, трубу с вентилем и дслее турбинку. Полезную работу по вращению турбинки совершает поток воды при открывании вентиля, сиречь направленный поток заряженных частиц (если проводить аналогию с жлектротоком), а отнюдь не разность высот, т.е. потенциалов. Кстати, вентиль и там и там имеет одинаковые функции. Да и понятия емкости тоже дуальны.
Кстати, мусолимая всеми формула UI всего лишь частный случай закона Ома для участка цепи. Но, как справедливо отмечалось выше, при фиксированной мощности (в данном случае локомотив рассматривается как потребитель, подключенный через лыжу пантографа к эл. Цепи) чем выше напряжение цепи, тем ниже ток в цепи, протекающий конкретно через лыжу. А все, что происходит внутри локомотива и в питающей электросети это совсем другие участки цепи. Трактовка Олега закона Ома совершенно справедливая, все разногласия происходят в плане примения
данного закона для участка цепи.
Ох уж эти цепи, особенно расчт баланса на калькуляторе.
Извините, если повторяюсь.
(перфЕкционист, апропо), без обид. (иначе напоминает "А кто такие фИксики, большой, большой секрет").
С уважением,
Павел.

[Dmitryu]

Сообщение от Pooh

Чтобы разобраться, я бы рекомендовал идти от общего к частному.

Согласен с Вами! Для тех форумчан кто не заканчивал радиотехнических факультетов или не имеет познаний в радиотехнике, раз появился такой топик, нужно с самого начала, от общего к частному. Можно даже начать про закон Ома для цепи переменного и постоянного тока.

Сообщение от Saddam

Но при любом раскладе токи в постоянке выше.

Ага

[RTF82]

Сообщение от Dmitryu

закон Ома для переменного и постоянного тока

Да один он Ом для всех токов!
Лыже все равно, что через нее протекаетй, переменный или постоянный ток, она же лыжа, а не катушка или конденсатор.
При расчетах цепей переменного тока в понятие сопротивление добавляется реактивная (комплЕксная) составляющая, зависящая от частоты переменного тока. В случае емкости - обратно пропорциональная частоте, индуктивность - прямая пропорциональность. Далее необходимо составить схему цепей, параллельное, последовательное, звезда, треугольник. Это может быть непросто. Но самое сложное учесть всякие утечки, насыщения и пр, которые тоже отображаются в общей схеме как реактивные сопротивления. Но лыже до этого...
С уважением,
Павел.

[Oberschlosser]

Сообщение от Dmitryu

нужно с самого начала, от общего к частному

Ток течёт оттуда, где плюсЕе, туда, где минусЕе...)

[TTenkov]

Сообщение от Oberschlosser

Ток течёт оттуда, где плюсЕе, туда, где минусЕе...)

Флудить, так флудить!
Когда это придумали, то еще не знали настоящую физику процесса. Например, в металлах носителем тока являются электроны. А они (отрицательно заряженные частицы) текут от "минуса" к "плюсу".

[RTF82]

Сообщение от TTenkov

от минуса к плюсу

Опять же, как условимся, где плюс, где минус.
А дырки в другую сторону.
С уважением,
Павел.

[Dmitryu]

Сообщение от Oberschlosser

Ток течёт оттуда, где плюсЕе, туда, где минусЕе...)

Уверены? Я думал, что "договорились и решили" - направление тока считать от, как Вы выразились,

Сообщение от Oberschlosser

плюсЕе, туда, где минусЕе

источника тока.
НЕ?

[rere]

Все проще 2 провода и дополнительный фидер сбоку считают одним проводом для уменьшения потерь напряжения ,а на 27кв можно и один провод чем больше напряжение тем меньше потери вот и получаеться что к /сеть одни большии потери и огромныи денежныи затраты не зря пиндосы катаються на тепловозах .

[Dmitryu]

Сообщение от RTF82

А дырки в другую сторону

В проводах (только если один провод, без других "активных" и "реактивных" элементов), единственными носителями заряда являются электроны, а электроны стремятся к положительно заряженным частицам

[Oberschlosser]

Сообщение от Dmitryu

Уверены? Я думал, что "договорились и решили" - направление тока считать от, как Вы выразились

Так и было. Тогда ж не знали, что заряд электрона отрицательный.