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 L_p 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 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 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 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, к2 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	1575	1850	1850	535	400	1140X3 поохз
Индуктивность, мГн*'	5,6/10,5*'	4/5,85*'	4/6*'	42/60*'	3х3/-*1	20*2
Номинальное напряже-
ние, В	3000	3000	1500	3000	3000	•—
Площадь сечения сер-
дечника, см2	430	920	920	920	—	Нет
То же провода обмотки,
мм2	5X50	4X65	4X65	1,95X65	—	—
Число витков	144	70	70	228	168	—
Марка провода	МГМ	МГМ	МГМ	МГМ	ПСД-3,05- 10
Количество охлажда-
ющего воздуха, м3/с	5	3	1,59	1	—	3,5/2,2
Масса реактора, кг	1570	800	800	1700		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

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 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 7

Показатель	Переходной реактор типа
	Пра - 1М Пра - 2	Пра-ЗА	Пра-48
Серия электровоза	ВЛ60«	ВЛ80"	ВЛ80Т, ВЛ80Р
Номинальное напряжение между выводами, В	252	146	146
Ток ветвн, А, в режиме: часовом	1100	1350	1350
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 (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 стеклотекстолитовой плите (основании), установлен­ной на изоляторах в общем кожухе.