Курсовая / MU_po_LR_SE

Рисунок 38 – Циклы перемагничивания магнитопровода сглаживающего реактора при разных значениях пульсирующего тока (а) и зависимости

индуктивности реактора от величины выпрямленного тока и длины воздушного зазора (б)

1. 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 (токоограничиваюшие реакторы), выравнивания нагрузки между параллельными цепями тиристоров (индуктивные делители) и для других цепей.

61

Основными характеристиками реакторов являются зависимости магнитной индукции В от суммарной м. д. с.F, индуктивности реактораLpи магнитного потока Ф от тока / в цепи реактора.

2. 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 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 частотеf = 2-50 = 100 Гц переменного тока.

Коэффициент кnν, 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,

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.
	62

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. Магнитопровод 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 ЧС4Тсглаживающие реакторы выполнены без магнитопроводов и снабжены шихтованными экранирующими магнитными контурами.

63

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, к2 и к3 — коэффициенты, учитывающие влияние на индуктивность соответственно длины, диаметра и толщины намотки катушки.

Основными частями сглаживающего реактора 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, намотанных на ребро, с зазором до 4 мм, алюминиевых 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 РС53 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
	64

воздушное охлаждение, реактор СР-800 охлаждается одновременно с установленными на нем охладителями масла тягового трансформатора.

3. 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 магнитопроводами, так и без них. В переходном реакторе с магнитопроводом вследствие нелинейности характеристики на магничивания амплитуда суммарного тока, обусловленная насыщением магнитной 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 геометрических размеров и конструкции обмотки.

Таблица 2 – Характеристики переходных реакторов

Показатель	Переходной реактор типа
	Пра -	Пра-ЗА	Пра-48
	1М
	Пра - 2
Серия электровоза	ВЛ60«	ВЛ80"	ВЛ80Т,
			ВЛ80Р
Номинальное напряжение между	252	146	146
выводами, В
Ток ветвн, А, в режиме:	1100	1350	1350
часовом
продолжительном	1000	1270	1270
Индуктивное сопротивление, Ом	0,26	0,12	0,12
Число витков	44	32	27
Площадь сечения шины, мм 2	6X60	8X60	8X60
Масса реактора, кг	580	572	450

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. Этим достигается наиболее выгодное использование площади кузова и взаимной индуктивности реакторов.

65

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. Характеристики переходных реакторов приведены в табл. 2.

Задание для подготовки к эксперименту

Задание должно быть выполнено и оформлено в протоколе испытаний до начала проведения эксперимента.

1.Подготовить протокол испытаний, включающий в себя название, цель и содержание работы, принципиальную схему эксперимента, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента Изобразить упрощѐнную карту напряжений и указать уровни

потенциалов, подразделив их на постоянную и переменную составляющие.

2.1Аналитически вывести уравнение энергии, накапливаемой

реактором.

2.2Построить график зависимости мощности от частоты реактора входных цепей.

2.3Привести расчѐт энергий реактора для первых пяти гармонических составляющих входного напряжения.

Результаты выполнения задания после обсуждения с преподавателем служат основанием для допуска к проведению эксперимента.

Методика проведения эксперимента

Для проведения эксперимента необходимо:

1.Подключать осциллограф и контрольным точкам привода и зарисовывать полученные осциллограмы.

2.Серия осциллограмм должна быть на частотах 50, 100, 150, 200 Гц.

66

Эксперимент

Параметры элементов и режимы цепей в эксперименте следует выбирать соответствующими прогнозирующему расчету задания для подготовки к эксперименту.

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерения, собрать принципиальную схему экспериментальной цепи.

2.Измеряя частоту работы преобразователя и нагрузки привода снять серии осциллограмм. На которых указать амплитудные, временные и фазовые значения напряжений.

3.Снять данные для построения графика закона управления.

Отчет

Отчет включает в себя:

– титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и ла-

боpатоpной работы, Ф.И.О. студента и преподавателя, годом и местом вы-

полнения работы;

– протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем.

Контрольные вопросы:

1.Для чего применяются реакторы в вентильных преобразователях?

2.Как классифицируются реакторы?

3.Назовите основные параметры реакторов.

4.Поясните зависимости индуктивности сглаживающего реактора от тока.

5.Для чего вводится воздушный зазор в сглаживающих реакторах?

6.В чем отличие в условиях работы сглаживающих и токоограничивающих реакторов?

67

Основная литература

1.Силовая электроника: методические указания к практическим занятиям для студентов очной формы обучения направления 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника / Сост.: Н.В. Ладенко, С.А. Попов; Кубан. гос. ун-т. Каф. электротехники и электрических машин. –

Краснодар, 2015. – 56 с. Режим доступа: http://moodle.kubstu.ru (по паролю).

2.Силовая электроника: методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов очной формы обучения направления 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника / Сост.: Н.В. Ладенко, С.А. Попов; Кубан. гос. ун-т. Каф. электротехники и электрических машин. –

Краснодар, 2015. – 68 с. Режим доступа: http://moodle.kubstu.ru (по паролю).

3.Силовая электроника: методические указания по выполнению курсового проекта для студентов очной формы обучения и МИППС направления 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника/Сост.: Н.В. Ладенко, А.Н. Плахотнюк, С.А. Попов - Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. электротехники и электрических машин. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2015.-

37 с. Режим доступа: http://moodle.kubstu.ru (по паролю).

68