Реакторы

Назначение и основные характеристики реакторов. 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 (токоограничивающие 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. И, индуктивности реактора ?_р и магнитного потока Ф от тока I в цепи реактора.

Сглаживающие реакторы. На э. п. с. со статическими преобразователями выпрямленное напряжение на зажимах тяговых двигателей не является постоянным во времени: оно изменяется, пульсирует. Коэффициент пульсаций напряжения

«ъУ = ^ит/и = (^ив - и)/(и_5тЫ„),

где и_т - амплитудное значение переменной (пульсирующей) составляющей напряжения; 11 - среднее выпрямленное напряжение (постоянная составляющая); и_в - напряжение на зажимах выпрямителя с учетом только основной гармоники его пульсаций; ш_п = 4л1 - угловая частота колебаний переменной составляющей, соответствующая удвоенной промышленной частоте 1 = 2 50 = 100 Гц переменного тока.

Коэффициент /с_п„ зависит от схемы выпрямления и угла коммутации диодов и тиристоров выпрямителя. Пульсации выпрямленного напряжения вызывают и 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

/с_п1 = /т/1 ^ ^пи^ном1 »

где 1_т - амплитудное значение переменной составляющей тока, 1 - постоянная составляющая тока; 2/. - полная индуктивность цепи выпрямленного тока, отнесенная к одному двигателю и состоящая в основном из индуктивностей двигателя ?_д, и индуктивности сглаживающего реактора Ь_р

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 2/. = оо, коэффициент пульсации тока возрастает при снижении нагрузки, что соответству ет 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,

= и»О_срл²/С1/С2/сз-10⁶/0,44,

где на - число витков катушки; К\, К2 и лез - коэффициенты, учитывающие влияние на индуктивность соответственно длины, диаметра и толщины намотки катушки.

Основными частями сглаживающего реактора (рис. П9) 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 ¹/з высоты шины для лучшего охлаждения, а из провода - стеклоленту, наматывая ее в один слой вполуперекрышу. Витки из алюминиевых шин ймеют изоляцию класса В. Торцы и цилиндрическую поверхность магнитопровода реакторов РС-32, РС-33, РС-50, РС-53, РС-55 и РС-56 покрывают стеклопластом; толщи-

Рис 119 Сглаживающие реакторы РС-53(а) электровозов ВЛ80^Т, ВЛ80^С, РЭД-4000А(б) электровозов ВЛ60 , 1СЬУН-7050

электровозов ЧС4, ЧС4^Т (в):

1 - обмотка; 2 - шпильки стяжные, 3 - раднально-шихтованный сердечник; 4 - боковина гетннаксовая; 5 - кожух; 6 - установочный угольник, 7 - ярмовая балка; 8 - основание, 9 - разомкнутый магнитопровод, 10 - каркас на 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 сглаживаюших реакторов показаны на рис 120, а основные технические данные приведены в табл. 6.

Рис. 120. Характеристики сглаживающих реакторов типов РЭД-4000А (кривая /), РС-53 (кривая 2), РС-32 (кривые 3 и 5), РС-56 (кривая 4)

Переходные реакторы. Эти реакторы применяют на электровозах для ограничения тока в секции в процессе ее шунтирования при регулировании напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Реакторы выполняют как с магнито-проводами, так и без них. В переходном реакторе с магнитопроводом вследствие нелинейности характеристики на-

Таблица 6

Показатель Сглаживающий реактор типа

*' 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

ной цепи, достигает больших значений. Для снижения ее и уменьшения массы реакторов широко применяют переходные реакторы без магнитопроводов, имеющие линейную характеристику. Индуктивность такого реактора зависит от

На отечественных электровозах применяют переходные реакторы ПРА-1М и ПРА-2, ПРА-ЗА, ПРА-48.

Каждый реактор состоит из двух самостоятельных аппаратов, размещенных один над другим (рис. 121). Этим достигается наиболее выгодное использование площади кузова и взаимной индуктивности реакторов. Каждый аппарат имеет четыре катушки /, включается в одно из плеч трансформатора и работает самостоятельно. По конструкции и схеме все отечественные переходные реакторы одинаковы. Каждая катушка намотана плашмя в один слой из двух параллельных шин алюминия. Между параллельными шинами предусмотрены зазоры 3 мм, между витками - 8 мм. Катушка в радиальном направлении скреплена восемью бандажами из стеклоленты, в осевом - шпильками 2 из дюралюминия. Для предотвращения чрезмерного нагрева находящихся вблизи реактора стальных конструкций сверху и снизу реактора устанавливают экранирующие шихтованные стальные пакеты 3. Характеристики переходных реакторов приведены в табл. 7.

Рис. 121 Переходный реактор ПРА-48 (а и схема соединения его обмоток (б)

Реакторы токоограничивающие. Их применяют на электропоездах ЭР9 и ЭР9П выпуска до 1976 г. для ограничения тока короткого замыкания в выпрямителе и как датчики для отключения главного выключателя.

На любом моторном вагоне установлено три токоограничивающих реактора ТР-400 каждый в отдельном кожухе. Реактор не имеет магнитопровода, состоит из силовой катушки и дополнительной вторичной обмотки, с которой подается импульс на отключение главного выключателя. Силовая катушка имеет 28 витков из медной шины площадью сечения 5,5X40 мм, дополнительная, расположенная между слоями силовой катушки,-18 витков из провода ПБД диаметром 2,02 мм. Катушки укреплены монтажными колодками на стеклотекстолитовой плите (основании), установленной на изоляторах в обшем кожухе