Автор Тема: История разработки ЧС2  (Прочитано 9138 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн gidra

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 167
  • Репутация: +23/-0
  • Откуда: Пермь
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #60 : 22 Мая 2018, 08:33:23 »
Поскольку некоторые товарищи, судя по всему, и русский текст избирательно читают, а уж иностранный и тем более, замечая только те цифирки, которые соответствуют их теории, а остального текста будто бы и нет, привожу перевод фрагмента описания декодера:

"Выбор подходящей частоты:
Импульсное питание с модуляцией (ШИМ) может подаваться на двигатель с низкой, либо с высокой частотой. Эта частота определяется величиной, записанной в Конфигурационную Переменную (CV) #9.

Высокая частота:
Если значение, записанное в CV#9 равно 0 (по умолчанию),  двигатель работает на частоте 20 кГц, эта частота может быть увеличене до 40 кГц установкой бита 5 в CV#112.  Это сравнимо с питанием чисто постоянным напряжением, в результате двигатель работает бесшумно, кроме того, это благоприятнее для самого двигателя, поскольку он меньше нагревается и испытывает меньшие механические напряжения. Высокая частота идеальна для безъякорных двигателей и даже рекомендуется фирмой Faulhaber- одним из лидирующих производителей безъякорных двигателей. Этот режим так же рекомендуется для других высокопроизводительных двигателей, включая моторы фирм LGB и Roco.

Однако, этот режим не рекомендуется для двигателей, предназначенных для питания переменным напряжением и для некоторых устаревших малопроизводительных двигателей.

Низкая частота:
При записи в CV#9 величины из диапазона между 176 и 255 на двигатель подаётся частота от 30 до 150 Гц. Более часто используется величина 208, что соответствует 80 Гц."

..И как, интересно, наш мэтр объяснит разницу (примерно в 3 Вольта) в уровнях напряжений на рис.3 во время больших и маленьких пауз?

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 602
  • Репутация: +20/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #61 : 22 Мая 2018, 12:30:04 »
Это сравнимо с питанием чисто постоянным напряжением, в результате двигатель работает бесшумно,
Да именно так, огибающая пачки должна быть ровной:
Высокая частота заполнения этих импульсов нужна только для того, чтобы огибающая НЧ-импульса была как можно более "гладкой", т.е "похожей" на постоянный ток.

Высокая частота идеальна для безъякорных двигателей
Речь идет об использовании обычного коллекторного двигателя, т.е. того, что применяется в аналоге. (как пример, я приводил двигатель Пико-2032, 9000об, 3 обмотки по 20 Ом. 12В номинал).

На приведенной осциллограмме хорошо видны низкочастотные пачки с ВЧ-заполнением (ШИМ) . ;)

разницу (примерно в 3 Вольта) в уровнях напряжений на рис.3 во время больших и маленьких пауз?
Для этого надо увеличить развертку осциллографа. Возможно это величина выброса на фронтах импульсов заполнения. Выброс примерно такой же величины и происходит в обе стороны.

Аргументы предполагают ясное понимание обсуждаемого вопроса. Специализация - не гарантия способности это понимание ясно обосновать и объяснить другим участникам дискуссии.
Согласен, поэтому кроме использования великого и могучего, для объяснения на пальцах, я привожу схемы, ссылки и картинки.

Вот для пояснения написанного в п. #55 и выше.
На картинках приведена пачка с ШИМ сигналом (синий цвет). Импульсы имеют одинаковый период повторения Т и разную длительность t. Длительность пачки соответствует низкой частоте (100Гц)
Верхний рисунок соответствует большей скважности, нижний меньшей.
Пунктирной линией показан процесс выделения постоянной составляющей с помощью конденсатора небольшой емкости. Справа показаны два импульса (черный цвет) которые получаются на обмотке двигателя. Это один импульс низкой частоты (100Гц). В случае меньшей скважности мы имеем почти все напряжение питания, в случае большей - меньшее значение. Видно что чем Уже импульс в пачке, - тем меньше действующее напряжение импульса на обмотке. Мощность падает.

Картинка, собака, не загрузилась пришлось сделать вложенный файл.




« Последнее редактирование: 22 Мая 2018, 14:24:57 от VeschiiOleg »

Оффлайн gidra

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 167
  • Репутация: +23/-0
  • Откуда: Пермь
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #62 : 22 Мая 2018, 13:19:20 »
Развёртку увеличить? Пожалуйста- рис.2.
Кроме того, даже на рис.3 по интенсивности свечения видно, что за исключением небольшого выброса ЭДС самоиндукции перед второй большой паузой никаких других выбросов нет- всё чисто.

"Этот режим так же рекомендуется для других высокопроизводительных двигателей, включая моторы фирм LGB и Roco."- читай, только для самых древних высокая частота не прокатывает.
У меня лично два не самых современных 3- полюсных Фляйша на 40 кГц вполне себе хорошо работают.
Я их правда, для успокоения совести, на 20 кГц сконфигурировал, ну так это тоже далеко не сто герц.
А для безъякорников низкая частота просто опасна- роторная обмотка может деформироваться.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 602
  • Репутация: +20/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #63 : 22 Мая 2018, 14:38:05 »
меня лично два не самых современных 3- полюсных Фляйша на 40 кГц вполне себе хорошо работают.
Они работают не от 40кГц, а от постоянной составляющей пропорциональной скважности импульсов. См рис в п #61. Верхний рисунок соответствует меньшей скорости (меньшее действующее напряжение на обмотках) , нижний - большей скорости (большее действующее напряжение).
Рисунки приведены для демонстрации физики, чисто "на пальцах".


Оффлайн gidra

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 167
  • Репутация: +23/-0
  • Откуда: Пермь
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #64 : 22 Мая 2018, 14:40:57 »
Вот так, как на Вашей верхней картинке нарисованы чёрные графики, весьма приблизительно, менялся бы ток якоря, если бы конденсатора не было. Причём, на условно средней частоте модуляции. А чёрные линии на нижнем графике вообще ничему не соответствуют. Свойства экспоненты Вы видимо не представляете.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 602
  • Репутация: +20/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #65 : 22 Мая 2018, 14:44:17 »
Кроме того, даже на рис.3 по интенсивности свечения видно, что за исключением небольшого выброса ЭДС самоиндукции перед второй большой паузой никаких других выбросов нет- всё чисто.
Тогда возможно, что это смещение (на 3В) - есть значение противо-ЭДС. 

Оффлайн gidra

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 167
  • Репутация: +23/-0
  • Откуда: Пермь
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #66 : 22 Мая 2018, 14:58:28 »
Ура! В точку. Но почему в больших паузах она есть, а в маленьких нет?

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 602
  • Репутация: +20/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #67 : 22 Мая 2018, 15:09:05 »
Вот так, как на Вашей верхней картинке нарисованы чёрные графики, весьма приблизительно, менялся бы ток якоря, если бы конденсатора не было. Причём, на условно средней частоте модуляции. А чёрные линии на нижнем графике вообще ничему не соответствуют. Свойства экспоненты Вы видимо не представляете.
Графики верхний и нижний нарисованы абсолютно верно. Нагрузка с емкостью составляют определенную постоянную времени (определяющую  скоростные характеристики цепи). Если постоянная времени цепи очень маленькая то напряжение повторяет входное и двигатель не крутится. Если постоянная времени очень большая, то все импульсы срезаются и двигатель тоже не крутится. При определенной пост.времени выбранной из расчета работы на частоте 20-40кГц (как на рисунке) происходит процесс выделения пост. составляющей. И это наглядно видно. При большой длительности импульса процесс увеличения и уменьшения тока (происх. по экспоненте, радиусы видны на графиках), успевает "отрисовать" всю огибающую пачки, при меньшей длительности импульса - не успевает, и огибающая идет ниже. Спад происходит только после окончания каждого импульса, если он длинный то спада нет.  При очень коротких импульсах напряжение будет равно нулю.
Свойства экспоненты Вы видимо не представляете.
Это весьма неумное предположение. :D


... и добавил:
Но почему в больших паузах она есть, а в маленьких нет?
В маленьких тоже есть -только очень маленькое (милливольты) ;)
(если увеличить развертку по амплитуде, то будет видно.)

Оффлайн EM

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 72
  • Репутация: +3/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #68 : 22 Мая 2018, 17:06:13 »
О преимуществах "переменки" высокого напряжения (15 или 25 кВ) перед "постоянкой" 1,5 или 3 кВ, думаю, упоминать не стОит? На "заре" электровозостроения, как я понял, главной проблемой был тот факт, что коллекторные двигатели "любят" постоянный ток. Выпрямлять переменный ток необходимой силы (непосредственно на электровозе) тогда было попросту нЕчем. "Переменка" частотой 16 Гц оказалась более-менее приемлемой для непосредственной подачи на двигатели, что мы и видим на схемах "буржуйских" электровозов.ЕМНИП, степень влияния активной нагрузки (коей являются обмотки двигателя) пропорциональна квадрату частоты переменного тока. Стало быть, при 50 Герцах условия работы двигателя будут, фигурально выражаясь, "хуже" на порядок (!), чем при 16 Гц. Что делает неприемлемым непосредственное питание ТЭДов переменкой 50Гц.Это ИМХО. Если заблуждаюсь - принимаю аргументы.
Всё так. Осталось лишь пояснить: а почему на электровозах тогда устанавливались лишь коллекторные двигатели, а не,  скажем, асинхронные или синхронные, широко применяемые в промышленности?  ;)

... и добавил:
швейцарцы начали в самом начале 20 века и выпрямителей пригодных для "мобильных" применений не было до 50-х гг, да и электричество у них "халявное" с ГЭС на горных речках.

Гидроэлектроэнергия, разумеется, не является "халявной", а требует существенных вложений. Другое дело, что использование электротяги на горных участках имеет целый ряд преимуществ. А если добавить к этому и отсутствие собственного угля - то преимущества её над паровой становится ещё более ощутимым. В начале ВМВ это обернулось появлением на швейцарских ж.д. такого технического курьёза, как элекетропаровозы. Тогда, столкнувшись с отказом немцев поставлять им уголь,  (как это было в предшествующие годы), швейцарцы начали переоборудовать свои паравозы на работу от контактной сети. Для этого на будку устанавливался токоприёмник, а в котле монтировались... ТЭНы.  :)

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 602
  • Репутация: +20/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #69 : 22 Мая 2018, 17:15:05 »
а не,  скажем, асинхронные или синхронные, широко применяемые в промышленности?
Потому что нужна была жесткая характеристика зависимости крутящего момента от напряжения. У асинхронников зависимость от частоты, а синхронники имели низкое КПД, для применения в тяге.
Как выше уже упоминалось, только в 90х гг. появились ТЭДы переменного тока с хар-ками близкими к характеристикам двигателей пост. тока.

Оффлайн EM

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 72
  • Репутация: +3/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #70 : 22 Мая 2018, 17:20:23 »
Кроме того, чистый двигатель переменного тока не имеет такой тяговой хар-ки (связь скорости и напряжения) как у двигателя пост тока
Почему же тогда сегодня на ЭПС всё шире применяют именно двигатели переменного тока (в частности - асинхронные)?

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3688
  • Репутация: +179/-6
  • JNR, DRG, Z
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #71 : 22 Мая 2018, 18:31:46 »
...а почему на электровозах тогда устанавливались лишь коллекторные двигатели, а не,  скажем, асинхронные или синхронные, широко применяемые в промышленности? 

Этот вопрос уже упоминали. Ответ Олега в принципе верен, только сформулирован (ИМХО) не очень доходчиво:

Потому что нужна была жесткая характеристика зависимости крутящего момента от напряжения. У асинхронников зависимость от частоты,...

Если попытаться выразиться более понятно, то как-то так:
1. Коллекторный двигатель выдаёт максимальный крутящий момент при нулевых оборотах, т.е. при трогании состава с места (как, впрочем, и паровая машина :) ). Это очень важно и это главное!
2. Управлять крутящим моментом коллекторного двигателя (силой тяги локомотива) доступными в то время средствами было значительно проще, по сравнению с другими перечисленными типами двигателей. Смею предположить, что 100 лет назад вообще не было практического способа управлять (в необходимом для локомотива диапазоне) крутящим моментом асинхронника.



... и добавил:
Почему же тогда сегодня на ЭПС всё шире применяют именно двигатели переменного тока (в частности - асинхронные)?

По всей видимости, потому, что СЕГОДНЯ есть средства достаточно просто изменять частоту (и другие параметры) напряжения, подаваемого на ТЭД. :thinking:

(Избавиться от коллектора - "голубая мечта" конструкторов двигателей  :) )

Оффлайн EM

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 72
  • Репутация: +3/-0
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #72 : 22 Мая 2018, 19:46:53 »
По всей видимости, потому, что СЕГОДНЯ есть средства достаточно просто изменять частоту (и другие параметры) напряжения, подаваемого на ТЭД.

Совершенно верно. Прогресс электронно-прелбразовательной техники позволил регулировать частоту питающего напряжения АТЭД, и, таким образом - менять скорость его вращения в широком диапазоне. Именно это и открыло дорогу к их практическому использованию на ЭПС. Безо всяких там "и других параметров".  :)


... и добавил:
Коллекторный двигатель выдаёт максимальный крутящий момент при нулевых оборотах
Это - свойство любого электродвигателя.

... и добавил:
(Избавиться от коллектора - "голубая мечта" конструкторов двигателей   )
Да, потому что коллекторные двигатели - наиболее сложный и капризный в эксплуатации тип электродвигателей. Асинхронные же, напротив - самые простые в устройстве и эксплуатации. Причины того, что на электровозах вплоть до конца прошлого века использовались в основном именно коллекторные, изложены выше. Если кратко - потому что регулировать скорость их вращения было легче, пока не появились сложные полупроводниковые преобразователи, успешно справляющиеся  с этой задачей.   

Оффлайн ailcat

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1554
  • Репутация: +60/-3
  • Незлобный гоблин
  • Откуда: Москва
  • Имя: Алексей
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #73 : 22 Мая 2018, 20:32:52 »
Это - свойство любого электродвигателя.
Чо?

Да, потому что коллекторные двигатели - наиболее сложный и капризный в эксплуатации тип электродвигателей. Асинхронные же, напротив - самые простые в устройстве и эксплуатации
Чо?
Наш паровоз в тупик летит - в овраге остановка...

Оффлайн silron

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 29
  • Репутация: +7/-0
  • Откуда: Санкт-Петербург
  • Имя: Андрей
Re: История разработки ЧС2
« Ответ #74 : 22 Мая 2018, 21:06:09 »
Да, потому что коллекторные двигатели - наиболее сложный и капризный в эксплуатации тип электродвигателей.   
Тут дело не только в эксплуатации дело. С производством коллектора надо еще ооочень хорошо справиться. Дело в том, что коллектор должен быть цилиндром в идеале, причем допуски на цилиндричность и несоосность жесткие (порядка 0,02мм)  Коллектор,как вам всем известно, состоит из пластин-ламелей к каждой из которых подключены проводники обмотки якоря. Собрать его очень сложно. Пластины так и норовят вылезти друг за друга. Каждая из них изолирована от соседки миканитовой прокладкой. На них действует сила арочного распора, термические силы, центробежная сила (скорость на поверхности коллектора может достигать 40 м/с или 144 км/ч!!!).  В особо ответственных случаях выступание/западание пластин не должно быть больше 2 мкм. Так вот для производства коллекторов и машин постоянного тока используется в основном ручной труд:
 Коллектор надо собрать, отформовать в холодном и горячем состоянии, отбалансировать, уложить обмотку и уравнители, обточить, продорожить (грубо говоря снять фаску с каждой коллекторной пластины и убрать выступание миканитовой прокладки. Медь коллектора изнашивается в процессе работы и если продораживание не сделать миканит будет выступать за пластины и бить по щетке)   . Это очень сложное производство. Заводы, которые могут сделать машину постоянного тока хорошо и качественно можно пересчитать по пальцам.
первое фото- укладка уравнителей, второе - укладка обмотки третье- балансировочный стенд. Фото Александра Сватова,  Дмитрия Бердасова.