Дроссели, реакторы, индуктивные шунты.

Дроссели и реакторы используют для сглаживания пульсаций выпрямленного тока – сглаживающие реакторы.

Реактор представляет собой катушку со стальным сердечником. Активное сопротивление катушки мало. Для переменной составляющей тока катушка создает индуктивное сопротивление тем больше, чем больше частота. В результате чего амплитуда выпрямленного тока резко уменьшается и, следовательно, снижается величина пульсации. Основным параметром сглаживающего реактора является реактивная мощность.

Q = I² L,

где I - ток проходящий через реактор

– частота

L - индуктивность

Магнитопровод реактора выполняют незамкнутым а, либо замкнутым, но с большими воздушными зазорами б.

 

 

Рисунок 27- Схема магнитопровода реактора

а — незамкнутый; б — замкнутый, с воздушным зазором

 

Реакторы принудительно охлаждают воздухом или располагают в баке с трансформаторным маслом.

Переходной реактор – служит для ограничения токов короткого замыкания и деления секций регулируемой обмотки тягового трансформатора на переходных позициях.

При переходе с позиции на позицию с целью исключения разрыва в цепи питания ТЭД переключение секций регулируемой обмотки происходит в два этапа. Один контактор остается замкнут, а второй переключается и секция регулируемой обмотки тягового трансформатора закорачивается. Переходной реактор, обладая значительным индуктивным сопротивлением, уменьшает ток короткого замыкания. При этом напряжение на двигателе равно напряжению включенных секций плюс половина напряжения закороченной секции.

Сглаживающий реактор – служит для сглаживания пульсаций выпрямленного тона в цепи питания ТЭД.

После выпрямительной установки ток пульсирующий, имеющий постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая вредна для работы ТЭД, так как увеличиваются потери на нагрев, ухудшается коммутация. Переменной составляющей тока сглаживающий реактор оказывает большое индуктивное сопротивление. Коэффициент пульсации тока снижается до 25-30%. Постоянной составляющей тока сглаживающий реактор оказывает малое активное сопротивление.

Индуктивные шунты – обеспечивают требуемое распределение токов между обмоткой возбуждения тягового двигателя и шунтирующим сопротивлением при регулировании скорости вращения путём ослабления магнитного поля. При регулировании скорости вращения тяговых двигателей параллельно обмоткам возбуждения включают шунтирующие сопротивления. При этом уменьшается ток возбуждения двигателя и его магнитный поток, вследствие чего возрастает скорость вращения. Такой способ регулирования называется ослаблением поля.

Чем меньше сопротивление шунта, тем меньше ток возбуждения. Однако такое распределение тока имеет место только при стационарном режиме. При переходных процессах, когда токи изменяются, в обмотке возбуждения возникает значительная ЭДС самоиндукции. В результате ее действия ток возбуждения уменьшается по сравнению с его значением при стационарном режиме, а ток шунта возрастает, т. е. происходит значительно большее ослабление поля. Наиболее опасным переходным процессом для тяговых двигателей, работающих с ослабленным полем, является включение их на полное напряжение после кратковременного отключения от сети. В этом возникает резкий бросок тока якоря, сопровождающийся нарушением нормальной коммутации и образованием кругового огня. Кроме того, коммутационные перенапряжения могут вызвать пробой изоляции якоря и обмотки возбуждения.

Для обеспечения при переходных процессах такого же распределения токов, как и при стационарном режиме, последовательно с шунтирующим сопротивлением включают индукционный шунт, представляющий собой катушку со стальным не замкнутым сердечником. В этом случае ЭДС самоиндукции индуктивного шунта в совокупности с ЭДС обмотки возбуждения не создадут возрастание тока в обмотке якоря.

Токоограничивающие реакторы – используются для ограничения тока КЗ и отключение выпрямительной установки до того, как ток КЗ достигнет опасной величины.

Индуктивность обмотки 1 ограничивает ток КЗ в 4-5 раз и замедляет скорость его возрастания в дополнительной обмотке 2. При коротком замыкании возникает импульс ЭДС, который является управляющим сигналом для защитной аппаратуры (ЗА).

Дроссели насыщения – служат для усиления электрического сигнала и регулирования величины переменного тока большой мощности. Устройство: сердечник, подмагничивающая обмотка 1 по которой проходит постоянный ток управления и рабочая обмотка 2 в которую включается нагрузка.

Изменяя I_у можно регулировать напряжение на нагрузке.

 

Магнитные усилители

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора и на ЭПС для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей.

Магнитные усилители с насыщающимися реакторами. В таком магнитном усилителе используют два насыщающихся реактора L₁ и L₂ (рисунок 28, а).

 

Рисунок 28- Схемы магнитных усилителей с насыщающимися реакторами с выходом на переменном (а) и постоянном (б) токе

 

 

Каждый из них выполнен в виде катушкис ферромагнитным сердечником 3 и подмагни-чиваюшей обмоткой 2, по которой проходит постоянный ток (ток управления).

Рабочие обмотки реакторов L₁ и L₂ включают согласованно, чтобы переменные ЭДС, индуцированные в них, складывались, а обмотки управления 2 включают встречно, чтобы ЭДС, индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно уничтожались.

Входом магнитного усилителя, на который подается управляющий сигнал, являются зажимы а и b обмоток управления обоих реакторов. Выходом усилителя служат точки с и d, к которым подключают нагрузку R. Если нагрузка питается переменным током, то она включается последовательно с рабочими обмотками реакторов L₁ и L₂. Такой магнитный усилитель называют усилителем с выходом на переменном токе. Если нагрузка R рассчитана на питание постоянным током, то ее включают через выпрямитель В (рисунок 28,б). Магнитный усилитель в этом случае называют усилителем с выходом на постоянном токе.

Источником питания магнитного усилителя служит сеть переменного тока или трансформатор, подключенный к питающей сети (когда напряжение питания отличается от напряжения сети).

Магнитный усилитель обладает способностью усиливать электрические сигналы.

Магнитный усилитель работает следующим образом. Когда на вход усилителя не подается управляющий сигнал (напряжение на входе усилителя Uy и ток управления Iу равны нулю), сердечники реакторов не насыщены и рабочие обмотки имеют большое индуктивное сопротивление. Поэтому ток в цепи нагрузки будет мал. Его называют начальным, или током холостого хода усилителя. Напряжение на нагрузке U (выходное напряжение) будет также мало, так как большая часть напряжения питания теряется в виде падения напряжения, в рабочих обмотках. Следовательно, будет мала и мощность, поступающая к нагрузке от источника питания.

При подаче в обмотки управления 2 тока управления Iу сердечники реакторов подмагничиваются и индуктивное сопротивление X_L рабочих обмоток уменьшается. При этом растут ток в цепи нагрузки и поступающая к ней мощность.

Магнитный усилитель, выполненный по схемам рисунок 28, имеет симметричную характеристику управления, т. е. одинаково реагирует на то или иное направление тока управления. В ряде случаев требуется, чтобы ток нагрузки изменялся различным образом в зависимости от полярности сигнала управления. Для этой цели в усилителе создают некоторое начальное подмагничивание при помощи специальной обмотки, обтекаемой постоянным током. Она называется обмоткой смещения и располагается на сердечнике так же, как и обмотка управления (при наличии нескольких обмоток управления одну из них обычно используют в качестве обмотки смещения).

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое реактор?

2. Как применяются индуктивные шунты?

3. Зачем нужны токоограничивающие реакторы?

4. Что такое дроссели напряжения и как их используют?

5. Что называется трансформатором, и каков принцип работы трансформатора?

6. Как устроен трансформатор?

7. Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

8. Как классифицируются трансформаторы?

 

 

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА.

К химическим источникам относятся гальванические элементы и аккумуляторы

Электролитическая диссоциация – распад молекул на положительные и отрицательные ионы в электролите.

Электрический ток образуется благодаря действию встречных потоков заряженных частиц – потока положительных ионов, идущих к катоду, и потоке отрицательных ионов, идущих к аноду.

При прохождении электрического тока через растворы происходит процесс разложения электролита на составные части, сопровождаемый выделением химических веществ на электродах.

Простейших гальванический элемент – медно-цинковый гальванический элемент Вольта. Он состоит из двух пластин (электродов) – цинковой и медной, опущенных в водный раствор серной кислоты Н₂SO₄, называемый электролитом.

и и растворение и в серной кислоте.

При растворении цинкового электрода положительные ионы цинка будут переходить в раствор, заряжая его положительно. При этом на цинковом электроде будут скапливаться свободные электроны, вследствие чего этот электрод приобретет отрицательный потенциал. Медный электрод тоже растворяется в растворе, но растворимость больше и поэтому будет разность потенциалов, которая называется ЭДС гальванического элемента. Она зависит от химического состава электролита и металлов, из которых выполнены электроды (1,3 – 1,5 В).

При подключении потребителя в электролите ионы и от цинковой пластины начнут двигаться к медной и от медной пластины к цинковой. Ток внутри электролита от к .

Аккумулятор – химический источник тока, который способен накапливать в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь.

Накапливание при пропускании по нему тока от постоянного источника – зарядка аккумулятора, где электрическая энергия переходит в химическую энергию, при разряде аккумулятора происходит обратное превращение химической энергии в электрическую.

Аккумуляторы бывают кислотные и щелочные.

Кислотные аккумуляторы. Электроды – свинцовые пластины, покрытые активной массой «+» перекись свинца PbO₂, а «-» электрод состоит из губчатого свинца. Электролит 25-34% водный раствор Н₂SO₄.

Часть окислов Pb переходит в перекись свинца PbO₂.

Каждая положительная пластина из Pb в эбонитовом панцире – коричневый цвет. Отрицательная пластина имеет остов в виде решетки из сплава свинца с сурьмой. Образующиеся ячейки заполняют пастой из порошка PbO₂ (и сажа, пемза и т.д.) после формовки перекись свинца переходит в чистый свинец Pb, имеющий пористую структуру – поэтому называется губчатый свинец, который имеет серый цвет серый цвет.

При разряде аккумулятора и образующиеся при распаде Н₂SO₄ → направляются соответственно к «+» и «-» электродам и вступают в электрохимическую реакцию с их активными массами. При этом химическая энергия превращается в электрическую энергию и возникает 2В.

В результате электрохимической реакции – положительный электрод и ионов с – отрицательный электрод образуется сернокислый свинец (сульфат свинца) соль белого цвета (при 35% - распад прекращается), которая оседает на поверхности электрода и остается вода .

Саморазряд в неработающем аккумуляторе – теряют свою емкость (примерно 1 – 1,2% в сутки).

Заряд аккумулятора. перемещаются к отрицательному электроду, а – к положительному электроду и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца покрывающим оба электрода. Поэтому растворяется и на электродах вновь образуются активные массы: перекись свинца PbO₂ на положительном электроде и губчатый свинец Pb отрицательном.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества в ампер-часах, которое может дать полностью заряженный аккумулятор при разряде его до предельно допустимого напряжения 1,8 В.

Пример: Емкость аккумулятора 80 А·ч и распадный ток 16А, то аккумулятор можно размещать таким образом в течение 80:16=5 ч.

Емкость определяется размерами аккумулятора.

КПД – отношение количества энергии в кВт·ч, полученной от него при разряде, к количеству энергии, затраченной при заряде.

Кислотные КПД 65 – 75%.

-40 – 50°С – U и емкость падают до 0.

+40 – 90°С – усиливается саморазряд и сокращается срок их службы.

Полностью заряженный аккумулятор 2,2В при разрядке быстро 2В и медленно до 1,8В.

При заряде быстро до 2,2В медленно до 2,3В и быстро до 2,6-2,7, когда аккумулятор как бы «кипит» то полностью заряжен.

Щелочные ЭДС=1,45В до 1,3В.

Электролит 20% едкий калий KOH с примесью едкого лития LiOH.

«+» - электрод, гидрат оксида никеля

«-» - электрод из Fe или кадмия

КПД 55 – 65%