ПЕРЕХОДНЫЕ РЕАКТОРЫ

Основным средством регулирования выпрямленного напряжения на э.п.с. однофазно-постоянного тока является изменение коэффициента трансформации тягового трансформатора, осуществляемое подключением различных выводов его вторичной обмотки к нагрузке. Переход с одной ступени регулирования на другую должен осуществляться без разрыва силовой цепи, что невозможно без хотя бы кратковременного соединения двух соседних выводов вторичной обмотки трансформатора. При этим секция вторичной обмотки замыкалась бы накоротко и ток вторичной обмотки был бы ограничен лишь ее незначительным сопротивлением.

Для устранения коротких замыканий при переключениях применяют переходные реакторы ограничивающие токи, вызванные коротким замыканием одной из секций вторичной обмотки трансформатора. Схема установки со ступенчатым регулированием выходного напряжения с переходным реактором приведена на рис. 5.1.

Рисунок 5.1. Принципиальная схема стенда с переходным реактором

Переходной реактор выполняют без сердечника, его обмотка имеет вывод от средней точки, подключенной к нагрузке. Процесс перехода с позиции "п" на позицию "п+1" осуществляется в соответствии с принципиальными схемами, представленным на рис. 5.2.

Рисунок 5.2. Ступени регулирования переходного реактора

На основных ступенях регулирования оба конца обмотки реактора присоединяют к одному выводу обмотки трансформатора (рис. 5.2, а). В этом случае токиполуобмоток реактораравны, основной магнитный поток, создаваемый токами полуобмоток отсутствует. Сопротивление реактора невелико, оно вызвано индуктивными сопротивлениями рассеяния в каждой цепи, (в мощных установках этими индуктивными сопротивлениями пренебрегают). Реактор работает как делитель тока.

При включении реактора на смежные выводы (рис. 5.2. в) к обмотке реактора прикладывается напряжение секции. Токи полуобмоток не равны, образующийся магнитный поток наводит в обмотке ЭДС, которая по величине равна напряжению закороченной секции за вычетом падения напряжения на индуктивном сопротивлении реактора - реактор работает как автотрансформатор, деля напряжение в средней точке пополам. Напряжение на нагрузке возрастает на 0,5 DU.

В схемах с переходными реакторами обычно используют в качестве регулировочных оба вида включения на вывод и на секцию - что приводит к удвоению числа ступеней регулирования по отношению к числу секций. Промежуточным способом включения переходного реактора является способ, когда только один его вывод присоединяется ко вторичной обмотке трансформатора (рис. 5.2, б). При этом через одну из его полуобмоток протекает весь ток нагрузки. Намагничивающий ток и, следовательно, индуктивное падение напряжения на реакторе существенно возрастают. Последний фактор приводит к значительному увеличению длительности коммутационного интервала выпрямительной установки и снижению ее энергетических показателей.

При идеально сглаженном выпрямленном токе коммутационные потери напряжения пропорциональны току нагрузки и индуктивному сопротивлению цепи питания. Для однофазных мостовых выпрямителей их рассчитывают по следующему соотношению

(5.1)

В выпрямительных установках э.п.с. индуктивные сопротивления (из-за наличия сглаживающего реактора) намного превышают активные. Поэтому ток нагрузки достаточно сглажен и выходное напряжение выпрямителя можно найти как разность напряжения холостого хода и коммутационного падения напряжения

(5.2)

гдеE₂- действующее значение напряжения секции вторичной обмотки трансформатора, подключаемой к нагрузке.

С другой стороны, выпрямленное напряжение однофазного выпрямителя может быть выражено в зависимости от длительности коммутационного интервала

(5.3)

Таким образом, с ростом тока I_d (при уменьшении активного сопротивления нагрузки) или при увеличении индуктивного сопротивления питающей сети (при одностороннем питании переходного реактора) коммутационные потери возрастают. Увеличивается и длительность коммутационного интервала. Это приводит не только к снижению величины выпрямленного напряжения, но и к ухудшению энергетических показателей выпрямителя, так как с ростом угла коммутации возрастает фазовый сдвиг между приложенным напряжением и током, потребляемым выпрямителем.

Коэффициент мощности выпрямителя находится как произведение коэффициента искажения n, обусловленного наличием высших гармоник в кривой потребляемого тока, и коэффициента сдвига

где j₁ - угол сдвига между кривыми питающего напряжения и тока, потребляемого выпрямителем.

При преобладающих параметрах индуктивных сопротивлений цепей выпрямителя и при отсутствии коммутационного интервала (g = 0) коэффициент искажения равен 0,9. С ростом длительности коммутационного интервала кривая потребляемого тока по своей форме приближается к синусоиде, гармонический состав потребляемого тока улучшается, коэффициент искажения растет. Однако при малых изменениях длительности коммутационного интервала (10^о – 15^о) можно считать, что коэффициент искажения не меняется. Основное влияние на величину коэффициента мощности длительность коммутационного интервала оказывает за счет изменения коэффициента сдвига. При этом приближенно можно полагать, что фазовый сдвиг между напряжением и током в питающей сети равен половине длительности коммутационного интервала.