§ 43. 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 (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.
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
«пи = UJU = WB-U)/(U^),
где и'т — амплитудное значение переменной (пульсирующей) составляющей напряжения; II — среднее выпрямленное напряжение (постоянная составляющая); С1В — напряжение на зажимах выпрямителя с учетом только основной гармоники его пульсаций; и>„ = 4л/1 — угловая частота колебаний переменной составляющей, соответствующая удвоенной промышленной частоте ^ = 2 - 50 = 100 Гц переменного тока.
Коэффициент кп„ 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
*п/ = « Кланом/(<Й|/2Л),
где 1т — амплитудное значение переменной составляющей тока, / — постоянная составляющая тока; 2/. — полная индуктивность цепи выпрямленного тока, отнесенная к одному двигателю и состоящая в основном из индуктивностей двигателя £дв и индуктивности сглаживающего реактора /.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 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,
/.„= шОсрл2/С1/с2/сз-Ю6/0,44,
где на — число витков катушки; к\, къ и /сз — 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; толщи-
Рис 119 Сглаживающие реакторы РС-53(а) электровозов ВЛ80Т, ВЛ80С, РЭД-4000А(б) электровозов ВЛ60", 1СЬУН-7050
электровозов ЧС4, ЧС4Т (в):
1 — обмотка; 2 — шпнлькн 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 сглажи-
Рис. 120. Характеристики сглаживающих реакторов типов РЭД-4000А (кривая /), РС-53 (кривая 2), РС-32 (кривые 3 и 5), РС-56 (кривая 4)
ваюших реакторов показаны на рис 120, а основные технические данные приведены в табл. 6.
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
Таблица 7
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.
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.
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 токоограничиваюших 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 стеклотексто-литовой плите (основании), установленной на изоляторах в общем кожухе