Назначение и основные характеристики реакторов.
Реакторы
Реакторы электровозов и электропоездов выполняют со стальными магнитопроводами и без них. Их применяют для уменьшения пульсаций выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей пульсирующего тока (сглаживающие реакторы), для ограничения тока в секции обмотки трансформатора во время перехода с одной ступени регулирования напряжения на другую (переходные реакторы), более равномерного распределения тока между обмотками возбуждения тяговых двигателей и резисторами ослабления возбуждения (индуктивные шунты), стабилизация напряжения (насыщающиеся реакторы, допускающие изменение параметров с помощью подмагничивания — трансформаторы ТРПШ-2 и др.), сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи аккумуляторных батарей, в цепи защиты от замыкания на «землю», снижения уровня радиопомех, создаваемых при работе электровоза или электропоезда под контактным проводом, в качестве датчиков для ограничения тока к. з. в случае сквозного пробоя вентилей плеча выпрямителя (токоограничиваюшие реакторы), выравнивания нагрузки между параллельными цепями тиристоров (индуктивные делители) и для других цепей.
Основными характеристиками реакторов являются зависимости магнитной индукции В от суммарной м. д. с. F, индуктивности реактора Lp и магнитного потока Ф от тока / в цепи реактора.
На э. п. с. со статическими преобразователями выпрямленное напряжение на зажимах тяговых двигателей не является постоянным во времени: оно изменяется, пульсирует. Коэффициент пульсаций напряжжения
где Um — амплитудное значение переменной (пульсирующей) составляющей напряжения; U — среднее выпрямленное напряжение (постоянная составляющая); UB — напряжение на зажимах выпрямителя с учетом только основной гармоники его пульсаций; ώ = 4лf — угловая частота колебаний переменной составляющей, соответствующая удвоенной промышленной частоте f = 2-50 = 100 Гц переменного тока.
Коэффициент к nν, зависит от схемы выпрямления и угла коммутации диодов и тиристоров выпрямителя. Пульсации выпрямленного напряжения вызывают н пульсации тока тяговых двигателей, которые тем больше, чем меньше индуктивность в их цепи. Собственной индуктивности тяговых двигателей недостаточно для сглаживания тока в необходимых пределах. Поэтому для уменьшения пульсации тока последовательно в цепь двигателей включают добавочное индуктивное сопротивление — сглаживающий реактор. В этом случае коэффициент пульсации тока
где 1т — амплитудное значение переменной составляющей тока,
/ — постоянная составляющая тока;
2L — полная индуктивность цепи выпрямленного тока,отнесенная к одному двигателю и состоящая в основном из индуктивностей двигателя LдВ и индуктивности сглаживающего реактора Lp
В тяговом двигателе пульсирующего тока момент на валу создается только постоянной составляющей тока. Переменные составляющие напряжения и особенно тока затрудняют условия работы тяговых двигателей, ухудшая их коммутацию и увеличивая магнитные и дополнительные потери Отсутствие пульсаций тока возможно только при ∑L = ∞, коэффициент пульсации тока возрастает при снижении нагрузки, что соответствует более высоким скоростям движения локомотивов. Обычно сглаживающие реакторы обеспечивают уменьшение пульсации тока не более чем на 25—30%. Дальнейшее сглаживание не осуществляется, так как оно сопряжено с чрезмерным увеличением размеров и массы реактора.
Для поддержания постоянной пульсации тока в широких пределах нагрузки тяговых двигателей сглаживающий реактор должен обеспечивать изменение индуктивности цепи выпрямленного тока по закону гиперболы. С некоторым приближением такую характеристику имеют сглаживающие реакторы с ферромагнитным сердечником. Объясняется это тем, что индуктивность таких реакторов не является постоянной, а зависит от тока в обмотке. Индуктивность изменяется прямо пропорционально магнитной проницаемости, которая зависит от магнитной индукции При возрастании тока в обмотке реактора одновременно возрастает и магнитная индукция, что вызывает уменьшение магнитной проницаемости, а следовательно, и уменьшение индуктивности. При уменьшении тока в обмотке индуктивность реактора увеличивается. Это свойство реакторов с ферромагнитными сердечниками и используется для сглаживания пульсации выпрямленного тока.
На отечественном э. п с. со статическими преобразователями применяют сглаживающие реакторы как с замкнутой, так и с разомкнутой магнитными системами с тремя, двумя и одним сердечником, которые набирают из лакированных листов электротехнической стали Э22 толщиной 0,5 мм. Реакторы с замкнутым магнитопроводом имеют большую массу на единицу мощности. Магнитный поток реакторов с разомкнутым магнитопроводом слабо влияет на смежное оборудование, и, следовательно, не требуется применять специальные меры для ограничения этого влияния
Сердечники реакторов имеют значительный воздушный участок в магнитной цепи во избежание насыщения и чрезмерного снижения индуктивности при больших токах нагрузки. С увеличением воздушного зазора снижается начальная индуктивность, но насыщение сердечника и падение его индуктивности наступают лишь при большем токе нагрузки. Зазоры в стержнях заполняют диамагнитными прокладками из гетинакса. Магнито-провод с одним сердечником выполняют радиально-шихтованным, что позволяет уменьшить массу и размеры реактора, снизить потери в стали путем рационального распределения магнитного потока (он замыкается через торцы пластин маг-нитопровода), улучшить заполнение «окна» обмотки, повысить технологичность изготовления. На электровозах ЧС4 и ЧС4Т сглаживающие реакторы выполнены без магнитопроводов и снабжены шихтованными экранирующими магнитными контурами.
Электромагнитные и тепловые нагрузки, обеспечивающие заданные характеристики сглаживающего реактора при наименьших габаритных размерах и массе, рассчитывают методом постепенного приближения. Индуктивность рассеяния реактора, мГн,
где ώ — число витков катушки; к1, к 2 и к3 — коэффициенты, учитывающие влияние на индуктивность соответственно длины, диаметра и толщины намотки катушки.
Основными частями сглаживающего реактора (рис. 119) являются катушка, магнитопровод или шихтованные экранирующие магнитные пакеты, монтажные детали (боковины, стягивающие дюралюминиевые шпильки, кожух, экран и др.). Шихтованные экранирующие пакеты предотвращают нагрев окружающих металлических конструкций потоками рассеяния.
Катушки 1 выполняют из шин медных (рис. 119,а и б), намотанных на ребро, с зазором до 4 мм, алюминиевых (рис. 119,в) или из провода (реакторы СР-800 и др.). Для витковой изоляции катушки из медных шин обычно применяют электронит, установленный на '/з высоты шины для лучшего охлаждения, а из провода — стеклоленту, наматывая ее в один слой вполуперекрышу. Витки из алюминиевых шин имеют изоляцию класса В. Торцы и цилиндрическую поверхность магнитопровода реакторов РС-32,
РС-33, РС-50, РС-53, РС-55 и РС-56 покрывают стеклопластом; толщина основного слоя 7 мм Стеклопласт обеспечивает упругое крепление пакета без каких-либо крепежных деталей.
Сглаживающие реакторы РС-32, РС-53, РС-60 выполнены с разомкнутой магнитной системой, равноценны по электромагнитным характеристикам, имеют принудительное воздушное охлаждение, и одинаковые по конструкции обмотки и магнитопроводы. Различие между ними заключается в конструкциях воздуховодов. Воздуховод реактора РС-53 входит в конструкцию самого реактора. Реакторы РС-32 и РС-60 размещают в вентиляционных камерах, которые являются частью кузова электровоза. Магнитопровод такого реактора выполнен в виде одиночного радиально-шихто-ванного стержня круглого сечения.
Сглаживающие реакторы ЭРБД-800 и СР-800 имеют магнитопроводы броневого типа. Каждая обмотка их состоит из 14 секций (168 витков) из провода ПСД-3,05 • 10. Реактор ЭРБД-800 имеет принудительное воздушное охлаждение, реактор СР-800 охлаждается одновременно с установленными на нем охладителями масла тягового трансформатора.
Характеристики некоторых сглаживающих реакторов показаны на рис 120, а основные технические данные приведены в табл. 6.
Таблица 6
Показатель | Сг | лаживаюи | ций реакто | р типа | ||
РЭД-4000А РС-32 | РС-53 | PC-56 | ЭРБД-800 | ICLVH-7050 | ||
СР-800 | 2CLVH-7050 | |||||
Серия электроподвиж- | ВЛ60к | ВЛ80к | ВЛ80р, ВЛ80т ВЛ80с | ВЛ82" | ЭР9 | ЧС4 |
ного состава | ЭР9П,ЭР9М | ЧС4Т | ||||
Ток часового режима, А | 1140X3 поохз | |||||
Индуктивность, мГн*' | 5,6/10,5*' | 4/5,85*' | 4/6*' | 42/60*' | 3х3/-*1 | 20*2 |
Номинальное напряже- | ||||||
ние, В | •— | |||||
Площадь сечения сер- | ||||||
дечника, см2 | — | Нет | ||||
То же провода обмотки, | ||||||
мм2 | 5X50 | 4X65 | 4X65 | 1,95X65 | — | — |
Число витков | — | |||||
Марка провода | МГМ | МГМ | МГМ | МГМ | ПСД-3,05- 10 | |
Количество охлажда- | ||||||
ющего воздуха, м3/с | 1,59 | — | 3,5/2,2 | |||
Масса реактора, кг | 1300 1300 | |||||
Число реакторов на | ||||||
электровозе или моторном | ||||||
вагоне | 2 4 | 4 4 1 | 2/2 |
*' В числителе индуктивность при токе часового режима, в знаменателе — начальная *2 Индуктивность при подмагничивании постоянным током 250 А, при токе 530 А индуктивность подмагничивания 10 мГн, при переменном токе 60 А — 21 мГи