Сглаживающие реакторы

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 L_p 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 U_m — амплитудное значение перемен­ной (пульсирующей) составляющей на­пряжения; U — среднее выпрямленное напряжение (постоянная составляю­щая); U_B — 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 1_т — 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 Lд_В и индуктивности сглаживающего реактора L_p

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 ЧС4^Т 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