переходные и сглаживающие реакторы. Переходные и сглаживающие реакторы. Общие сведения о переходных и сглаживающих реакторах
 Скачать 2.05 Mb.
|
|
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕХОДНЫХ И СГЛАЖИВАЮЩИХ РЕАКТОРАХ Реакторомназывают статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. На э. п. с. переменного и постоянного тока и на тепловозах широко применяют реакторы: сглаживающие — для сглаживания пульсаций выпрямленного тока; переходные — для переключения выводов трансформатора; делительные — для равномерного распределения тока нагрузки между параллельно включенными вентилями; токоограничивающие — для ограничения тока короткого замыкания; помехоподавления — для подавления радиопомех, возникающих при работе электрических машин и аппаратов; индуктивные шунты — для распределения при переходных процессах тока между обмотками возбуждения тяговых двигателей и включенными параллельно им резисторами и пр. Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока. При подключении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока (рис.1а) протекающий по ней ток определяется потоком, который необходимо создать, чтобы индуцируемая в катушке э. д. с. eL была равна и противоположна по фазе приложенному к ней напряжению. Этот ток называют намагничивающим. Он зависит от числа витков катушки, магнитного сопротивления ее магнитопровода (т. е. от площади поперечного сечения, длины и материала магнитопровода), напряжения и частоты его изменения. При увеличении поданного на катушку напряжения u возрастает поток Ф, сердечник ее насыщается, что вызывает резкое увеличение намагничивающего тока. Следовательно, такая катушка представляет собой нелинейное индуктивное сопротивление XL, значение которого зависит от приложенного к ней напряжения. Вольт-амперная характеристика катушки с ферромагнитным сердечником (рис.1б) имеет вид, подобный кривой намагничивания. Как было показано в главе, магнитное сопротивление магнитопровода определяется также размерами воздушных зазоров, имеющихся в магнитной цепи. Поэтому форма вольт-амперной характеристики катушки зависит от воздушного зазора б в магнитной цепи. Чем больше этот зазор, тем больший ток i проходит через катушку при заданном напряжении и, следовательно, тем меньше индуктивное сопротивление XL катушки. С другой стороны, чем больше магнитное сопротивление, создаваемое воздушным зазором, по сравнению с магнитным сопротивлением ферромагнитных участков магнитопровода, т. е. чем больше зазор б, тем больше вольт-амперная характеристика катушки приближается к линейной. Регулировать индуктивное сопротивление XLкатушки с ферромагнитным сердечником можно не только путем изменения воздушного зазора, но и путем подмагничивания ее сердечника постоянным током. Чем больше подмагничивающий ток, тем большее насыщение создается в магнитопроводе катушки и тем меньше ее индуктивное сопротивление ХL. Катушка с ферромагнитным сердечником, подмагничиваемым постоянным током, называется насыщающимся реактором. Применение реакторов для регулирования и ограничения тока в электрических цепях переменного тока вместо резисторов обеспечивает значительную экономию электрической энергии, так как в реакторе в отличие от резистора потери мощности незначительны (они определяются малым активным сопротивлением проводов реактора). При включении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока протекающий по ней ток не будет синусоидальным. Из-за насыщения сердечника катушки в кривой тока i получаются «пики» тем больше, чем больше насыщение магнитопровода (рис.1в). Сглаживающие реакторы. На электровозах и электропоездах переменного тока с выпрямителями для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепях тяговых двигателей применяют сглаживающие реакторы, выполненные в виде катушки со стальным сердечником. Активное сопротивление катушки весьма мало, поэтому она практически не влияет на постоянную составляющую выпрямленного тока. Для переменной же составляющей тока катушка создает индуктивное сопротивление XL = ?L тем большее, чем выше частота ? соответствующей гармоники. В результате этого амплитуды гармонических составляющих выпрямленного тока резко уменьшаются и, следовательно, снижается пульсация тока. На э. п. с. переменного тока с выпрямителями, работающими от контактной сети с частотой 50 Гц, основной гармоникой  Рис. 1. Катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока (а), ее вольт-амперные характеристики (б) и кривые тока и напряжения в цепи катушки (в): 1 — при ? = 0; 2 — при некотором ?1; 3 — при ?2> ?1 выпрямленного тока, которая имеет наибольшую амплитуду, является гармоника с частотой 100 Гц. Для эффективного ее подавления необходимо было бы включить сглаживающий реактор с большой индуктивностью, т. е. довольно значительных размеров. Поэтому практически эти реакторы рассчитывают так, чтобы снизить коэффициент пульсации тока до 25—30%. Индуктивность реактора, а следовательно, и его габаритные размеры зависят от наличия в нем ферромагнитного сердечника. При отсутствии сердечника для получения требуемой индуктивности реактор должен иметь катушку значительного диаметра и с большим числом витков. Реакторы без сердечника устанавливают на тяговых подстанциях для сглаживания пульсации тока, поступающего в контактную сеть от выпрямителей. Они имеют большие габаритные размеры и массу и требуют значительного расхода меди. На э.п.с. устанавливать подобные устройства не представляется возможным. Однако выполнять реактор с замкнутым стальным сердечником, как у трансформатора, нецелесообразно, так как протекающая по его катушке постоянная составляющая тока вызвала бы при больших нагрузках сильное насыщение сердечника и снижение индуктивности реактора. Поэтому магнитную систему сглаживающего реактора должны рассчитывать так, чтобы она не насыщалась от постоянной составляющей тока. Для этой цели магнитопровод 1 реактора выполняют незамкнутым (рис.2 а) так, чтобы его магнитный поток частично проходил по воздуху, либо замкнутым, но с большими воздушными зазорами (рис. 2б). Чтобы уменьшить расход меди и снизить массу и габаритные размеры реактора, его обмотку 2 рассчитывают на повышенную плотность тока и интенсивно охлаждают.  Рис. 2. Магнитная система сглаживающего реактора при разомкнутом (а) и замкнутом (б) магнитопроводах На электровозах и электропоездах применяют реакторы с принудительным воздушным охлаждением. Такой реактор заключают в специальный цилиндрический кожух; охлаждающий воздух проходит по каналам между его сердечником и обмоткой. Имеются также конструкции реакторов, в которых сердечник с обмоткой установлен в баке с трансформаторным маслом. Для уменьшения вихревых токов, которые снижают индуктивность реактора, его сердечник собирают из изолированных листов электротехнической стали. Подобную же конструкцию имеют индуктивные шунты, которые обеспечивают при переходных процессах требуемое распределение токов между обмоткой возбуждения тягового двигателя и шунтирующим резистором (при регулировании частоты вращения двигателей путем уменьшения магнитного потока). На электровозах ВЛ80с устанавливают переходные реакторы типа ПРА-48, на электровозах ВЛ80к - ПРА-3 и на электровозах ВЛ60к - ПРА-2. Устройство переходных реакторов всех типов и схемы соединения их обмоток одинаковы. Охлаждение реакторов - естественное воздушное. Реакторы размещены один над другим. Этим достигается наилучшее использование места и их взаимной индуктивности. Переходной реактор типа ПРА-48 служит для осуществления перехода с одной позиции ЭКГ на другую без разрыва электрической цепи с током тяговых двигателей, а также является делителем напряжения. Он ограничивает ток короткого замыкания в секции трансформатора до 1200А. Каждый реактор работает самостоятельно в одном из плеч тяговой вторичной обмотки трансформатора. 2. СГЛАЖИВАЮЩИЙ РЕАКТОР РС-53 ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ-80С  2.1 НАЗНАЧЕНИЕ Сглаживающий реактор типа РС-53 служит для сглаживания пульсирующего тока после выпрямительных установок, что необходимо для улучшения коммутации ТЭД. Для преобразования переменного тока в постоянный с целью питания ТЭД электровоза, применяют выпрямительные установки со схемой двух полупериодного выпрямления, которые преобразуют переменный ток в пульсирующий, т.е. ток, который не изменяется по направлению, но меняется по времени. Такой ток не пригоден для питания ТЭД, так как при высоких пульсациях двигатели имели бы неудовлетворительную коммутацию и сильно нагревалась бы из за возникновения больших дополнительных потерь. Поэтому для уменьшения пульсаций необходимо выпрямленный ток сглаживать сглаживающим реактором(катушка индуктивности) который включается между выпрямительной установкой и ТЭД полностью сгладить выпрямленный ток невозможно, так как в этом случае сглаживающий реактор имел бы большие размеры. 2.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РС-53 Габаритные размеры, мм.........................................................915x560x672 Масса, кг...............................................................................................800 Часовый ток, А....................................................................................1850 Сечение провода обмотки, мм2.........................................................4x65 Число витков...........................................................................................70 Номинальное напряжение, В.............................................................1500 Количество охлаждающего воздуха, м3/мин.........................................50 Индуктивность, мГн..............................................................................5,8 2.3 УСТРОЙСТВО Сглаживающий реактор РС-53 по своей сути является катушкой индуктивности со стальным сердечником, и состоит из круглого шихтованного сердечника 3 , закрытого по окружности и с торцов изоляцией, зажат между двумя боковинами 4 при помощи 5-и шпилек 2. На сердечнике расположена катушка из шинной меди ШММ 4Х65. 70 витков намотано на ребро, между витками, на 1/3 высоты установлена миконитовая изоляция толщиной 7 мм. Сердечник и катушка пропитываются лаком, закрываются пластиковым кожухом, а на боковинах крепятся выводы. В верхней части кожуха расположены 2-а овальных отверстия для подвода воздуха, снизу – отверстие для выброса воздуха под кузов после охлаждения. Реакторы устанавливаются с помощью уголков на полу кузова, ниже блоков ВУ. Воздух после охлаждения блоков ВУ попадает в гибкий брезент и направляется на охлаждения сглаживающих реакторов. На каждой секции электровоза ВЛ-80с устанавливаются два сглаживающих реактора, каждый на два тяговых двигателя, они обозначаются на схеме цифрами 55 и 56. Сглаживающие реакторы помещены на электровозах в кожуха под тяговыми выпрямительными установками ВУ1 и ВУ2 соответственно и охлаждаются воздухом от вентиляторов МВ3 МВ4. 2.4 РАБОТА СГЛАЖИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ В СХЕМЕ Принцип работы сглаживающего реактора основан на явлении самоиндукции. При нарастании пульсирующего тока в катушках сглаживающих реакторов наводится ЭДС самоиндукции, направленное по правилу Ленца встречно нарастающему току и не дает ему сразу увеличится до максимального значения.При убывании пульсирующего тока ЭДС самоиндукции направлена согласно с убывающим током и по правилу Ленца не дает току сразу уменьшится до нулевого значения. В результате в цепи ТЭД с последовательно включенными сглаживающими реакторами значительно уменьшается переменная составляющая пульсирующего тока, что способствует улучшению коммутации ТЭД. Для устойчивой работы ТЭД на электровозе необходимо, не просто ограничить пульсации выпрямленного пульсирующего тока, добиться их равномерности по величине, с 1 по 33 позицию. Сглаживающий реактор обладает начальной индуктивностью 6 мГн с последующим снижением до 4 мГн. Снижение индуктивности происходит в результате подмагничивания сердечника рабочим током. Поэтому пульсации тока, протекающего по обмоткам ТЭД, получаются равномерными на любой позиции. При этом по обмотке возбуждения ТЭД протекает только постоянная составляющая выпрямленного тока, а переменная составляющая отводится по шунтирующему резистору. 3. ПЕРЕХОДНОЙ РЕАКТОР ПРА 4  3.1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РЕАКТОРА ПРА-4 Напряжение относительно «земли» 1500В; Ток продолжительного режима (ветви) 1270А Ток часовой (ветви) 1350А Ток 10-минутный (ветви), 1900А Сопротивление (ветви) индуктивное, 0,121+0,005Ом Охлаждение воздушное естественное Масса 450 кг 3.2 НАЗНАЧЕНИЕ Реактор ПРА-48 предназначен для ограничения токов короткого замыкания секций тягового трансформатора при переходах с одной позиции регулирования на другую и деления напряжения при работе электровоза на переходных позициях главного контроллера. 3.3 УСТРОЙСТВО На гетинаксовом основании толщиной 12 мм с помощью дюральалюминиевых шпилек устанавливаются два переходных реактора. Каждый реактор состоит из четырёх катушек. Катушка наматывается из сдвоенных алюминиевых шин с зазорами между шинами 10 мм в количестве 6,75 витка. Шихтованный сердечник на ПРА отсутствует. Для замыкания магнитного потока установлены четыре экранирующих пакета͵ которые выполняют роль сердечника. Сверху устройство закрыто асбестоцементным листом толщиной 10мм. Охлаждение естественное 3.4 ПРИНЦИП РАБОТЫ Делителем напряжения – на неходовых позициях выводы секций вторичной регулируемой обмотки тягового трансформатора при отсутствии переходного реактора замыкались бы накоротко и выходили из строя. Этого не происходит из-за конструкции обмоток ПРА, один вывод которого, через контакты ЭКГ подсоединяется к точке с наименьшим потенциалом, к другой точке с условно наибольшим потенциалом. Средний вывод ПРА всегда соединен с ТЭД. Ток «короткого замыкания» стремится к точке с наименьшим потенциалом, ᴛ.ᴇ. по всем четырём катушкам проходит ток. Возникают четыре магнитных потока. Ток «короткого замыкания» по всем четырём катушкам проходит в одном и том же направлении. Значит и магнитные потоки направлены в одну сторону. В результате образуется суммарный магнитный поток, который наводит в обмотках противо-ЭДС, которая всегда направлена против причины её вызвавшей и ограничивает ток «короткого замыкания». На данном участке электрической цепи происходит падение напряжения примерно на 2/3, и только 1/3 напряжения пойдет в силовую цепь ТЭД. Ограничение тока «короткого замыкания» произойдет согласно закону Ома. реактор сглаживающий переходной электровоз Как только начинает изменяться ток за единицу времени, появится индуктивность и чем быстрее изменения тока за единицу времени, тем больше индуктивность. Индуктивность прямопропорциональна индуктивному сопротивлению, ᴛ.ᴇ. возрастёт общее сопротивление участка цепи и согласно закону Ома - при неизменном напряжении и возросщем сопротивлении произойдет уменьшение тока «короткого замыкания» до минимальных значений. Делителем тока – в режиме делителя тока всё напряжение коммутируемой секции (за исключением потерь до 5%) поступает в силовую цепь ТЭД т.к. ток по двум (из четырех) катушкам ПРА протекает от начала к концу,апо двум другим от конца к началу. На основании закона Кирхгофа – ток, протекающий по этим катушкам одинаков, магнитные сопротивления и число витков катушек одинаково,Значит: Появляются два магнитных потока равных по значению, но направленных встречно. Соответственно оба магнитных потока взаимокомпенсируются и суммарный магнитный поток равен нулю. Вывод первый: Противо ЭДС в катушках ПРА отсутствует и падения напряжения не происходит. Вывод второй: в режиме деления напряжения на катушках ПРА происходит более 70% падения напряжения, что вызывает сильный нагрев катушек. Более 10 минут на неходовых позициях следовать запрещено. В режиме делителя тока падения напряжения на катушках ПРА не происходит, они не нагреваются, значит, позиция ходовая и можно следовать бесконечно долго. |