Магнитного усилителя и стабилизатора напряжения

Назначение, принцип действия, устройство реактора,

Реактор - статическое электромагнитное устройство (катушка с ферромагнитным сердечником), предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. Реакторы используются для:

· сглаживания пульсаций выпрямленного тока;

· переходные – для переключения выводов трансформатора;

· длительные - для равномерного распределения тока нагрузки между параллельно включенными вентилями;

· токоограничивающие - для ограничения тока короткого замыкания;

· для подавления радиопомех, возникающих при работе электрических машин и аппаратов и пр.

При включении катушки с ферромагнитным сердечником в цепь переменного тока (намагничивающий ток) в ней индуцируется э.д.с. самоиндукции, которая зависит от числа витков катушки, магнитного сопротивления ее магнитопровода, напряжения и частоты его изменения. При увеличении поданного напряжения сердечник насыщается, намагничивающий ток резко возрастает.

Такая катушка представляет собой нелинейное индуктивное сопротивление, которое можно регулировать изменением воздушного зазора.

Ток, протекающий по катушке с ферромагнитным сердечником, будет иметь пики, тем больше, чем больше насыщение магнитопровода.

Рисунок 6.2. Катушка с ферромагнитным сердечником

Если не допускать насыщения сердечника, то будет происходить сглаживание пульсации выпрямленного тока.

Применение реакторов для регулирования и ограничения тока в электрических цепях переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями вместо резисторов экономит электрическую энергию, т.к. в реакторе в отличие от резистора потери мощности незначительные. Они определяются малым активным сопротивлением проводов реактора.

Сглаживающие реакторы. Наэлектровозах 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 X_L=ωL тем большее, чем выше частота ω соответствующей гармоники. В результате чего амплитуды гармонических составляющих выпрямленного тока резко уменьшаются и, следовательно, снижается пульсация тока.

Рисунок 6.3. Магнитная система (а) сглаживающего реактора при разомкнутом и (б) замкнутом магнитопроводах 1 – магнитопровод; 2 - обмотка  

На электроподвижном составе переменного тока с выпрямителями, работающими от контактной сети с частотой 50 Гц, основной гармоникой 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 устанавливаются 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 электроподвижном составе устанавливать подобные устройства не представляется возможным.

Однако выполнять реактор с замкнутым стальным сердечником, как у трансформатора, нецелесообразно, т.к. 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.6.3.а) так, чтобы его магнитный поток частично проходил по воздуху, либо замкнутым, но с большими воздушными зазорами (рис. 6.3.б).

Чтобы уменьшить расход меди и снизить массу и габаритные размеры реактора, его обмотку 2 рассчитывают на повышенную плотность тока и интенсивно охлаждают. 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).

Токоограничивающие реакторы. На электроподвижном составе переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями в некоторых случаях последовательно с выпрямительной установкой включают токоограничивающие реакторы. Полупроводниковые вентили имеют малую перегрузочную способность и при больших токах быстро выходят из строя. Поэтому при использовании их необходимо принимать специальные меры для ограничения тока короткого замыкания и быстрого отключения выпрямительной установки от источника питания до того, как этот ток достигнет значения, опасного для вентилей. При коротком замыкании в цепи нагрузки и пробое вентилей индуктивность реактора ограничивает ток короткого замыкания (примерно в 4 – 5 раз по сравнению с током без реактора) и замедляет скорость его нарастания. В результате этого за период времени, необходимый для срабатывания защитной аппаратуры, ток короткого замыкания не успевает возрасти до опасного значения. В токоограничивающих реакторах иногда применяют дополнительную обмотку, выполняющую роль вторичной обмотки трансформатора. При возникновении короткого замыкания резко возрастает ток, проходящий по основной обмотке реактора, и увеличивающийся магнитный поток индуцирует в дополнительной обмотке импульс напряжения. Этот импульс служит сигналом для срабатывания устройства защиты, отключающего выпрямительную установку.

Дата добавления: 2015-05-06