3. Сглаживающий реактор

Индуктивность сглаживающего реактора (L1, L2, L3 на рисунке 1) определяется из условия обеспечения заданной пульсации выпрямленного тока в цепи тяговых двигателей. Коэффициент пульсации выпрямленного тока , равный отношению амплитуды пульсации к среднему значению выпрямленного тока, обычно принимается в пределах от 0,20 до 0,25. При больших значениях ухудшается коммутация тяговых двигателей, а реализация меньших значений требует существенного увеличения габаритов реактора.

Индуктивное сопротивление цепи выпрямленного тока в номинальном режиме и при частоте :

(1.3.1)

где – число последовательно соединенных двигателей;

– число ветвей параллельно включенных двигателей, питающихся от одного выпрямительно-инверторного преобразователя.

Индуктивное сопротивление реактора для номинального режима работы:

(1.3.2)

Принято, что индуктивное сопротивление обмоток тягового двигателя составляет около 5 % от индуктивного сопротивления цепи выпрямленного тока.

Индуктивность сглаживающего реактора в номинальном режиме:

(1.3.3)

Сопротивление реактора постоянному току:

(1.3.4)

где – добротность реактора, которую в предварительных расчётах при частоте 100 Гц принимают равной 280.

Сопротивление реактора постоянному току, приведённое ко всем параллельным ветвям тяговых двигателей:

(1.3.5)

Масса реактора, кг:

(1.3.6)

Где к_р=0,12 кг/Дж при медной обмотке.

Масса реактора полученная после его конструктивной разработки, отличается от предварительного значения, определенного по формуле (1.3.6), не более чем на 20%.

4. Тяговый трансформатор

Вследствие значительной массы тяговый трансформатор нагревается медленнее, чем тяговые электродвигатели. Поэтому кратковременные перегрузки тяговых двигателей не оказывают заметного влияния на установившуюся температуру обмоток трансформатора. Номинальную мощность тяговой обмотки электровозного трансформатора принимают равной суммарной номинальной мощности тяговых двигателей.

Работа трансформатора в цепях выпрямителей и инверторов характеризуется значительным отличием формы токов и напряжений от синусоиды. Активные материалы (медь и сталь) таких трансформаторов используются хуже, чем при синусоидальной форме токов и напряжений. Для учёта этой специфики используют показатель, называемый типовой мощностью.

Типовой мощностью однофазного трансформатора называют полусумму произведений напряжений холостого хода всех обмоток трансформатора на среднеквадратичные токи соответствующих обмоток при номинальной нагрузке.

При расчёте типовой мощности обычно пренебрегают током холостого хода трансформатора, а также потерями в трансформаторе и выпрямителях.

Мощность тяговой обмотки трансформатора:

(1.4.1)

где – номинальная мощность тягового двигателя;

– число тяговых двигателей на одной секции электровоза;

– коэффициент типовой мощности трансформатора, то есть отношение типовой мощности к номинальной выпрямленной мощности при мостовой схеме выпрямления;

– отношение суммарной номинальной мощности тяговых двигателей к номинальной мощности тяговой обмотки трансформатора;

– КПД двигателя в номинальном режиме;

– напряжение короткого замыкания трансформатора в долях от номинального при регулировании на стороне низшего напряжения;

Мощность обмотки собственных нужд :

(1.4.2)

Мощность обмотки питания цепей возбуждения двигателей :

Где Uв – действующее значение напряжения между крайним выводом обмотки и средней точкой	(1.4.3)
Где - действующее значение тока обмотки кпэ =1,3 – коэффициент эксплуатационной перегрузки.	(1.4.3.1)

Типовая мощность трансформатора при номинальной нагрузке всех обмоток:

(1.4.4)

Масса трансформатора:

(1.4.5)

Реактивное сопротивление обмоток трансформатора в номинальном режиме (на четвёртой зоне регулирования при минимальных углах отпирания тиристоров), приведённое к вторичной обмотке ко всем параллельным ветвям ТЭД:

(1.4.6)

где – коэффициент выпрямления, равный отношению среднего выпрямленного напряжения к действующему значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора при однофазном двухполупериодном выпрямлении.

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке, в номинальном режиме рассчитывают по активному падению напряжения, составляющему обычно 1,5 – 2 % от номинального напряжения:

(1.4.7)

Сопротивление обмоток тягового трансформатора различно на разных зонах регулирования, так как изменяется число витков вторичной обмотки, включенных в цепь тяговых двигателей. Для расчёта характеристик преобразовательной установки и электровоза необходимо определить сопротивление обмоток трансформатора для 1 ÷ 4 зон регулирования. Для этого можно использовать относительное сопротивление обмоток трансформатора (таблица 3).

Напряжение тяговой обмотки трансформатора выбирают из условия, чтобы при работе на 4 зоне регулирования с минимальным углом отпирания тиристоров ВИП при номинальном выпрямленном токе напряжение на тяговых электродвигателях равнялось номинальному значению .

Основной составляющей является потеря напряжения, обусловленная процессом коммутации тиристорных плеч ВИП, так как на интервалах коммутации выпрямленное напряжение практически равно нулю. Длительность интервалов коммутации, в свою очередь, определяется приведенным к вторичной обмотке индуктивным сопротивлением трансформатора и выпрямленным током . К остальной части относят падение напряжения в активных сопротивлениях обмоток трансформатора, сглаживающих и токоограничивающих реакторов.

(1.4.8)

Таблица 3 – Расчёт сопротивлений обмоток трансформатора по зонам регулирования

Зона регулирования «n»	Сопротивление обмоток трансформатора, приведённое к вторичной обмотке ко всем параллельным ветвям ТЭД
	реактивное		активное
1	0,07	0,00365	0,208	0,00178
2	0,17	0,00887	0,442	0,00377
3	0,47	0,02452	0,71	0,00606
4	1,00	0,05218	1,00	0,00853

Коэффициент эффективности переменного тока:

(1.4.9)

Коэффициент формы выпрямленного тока:

(1.4.10)

Падение напряжения в преобразовательной установке при работе тиристоров ВИП в 4 зоне регулирования при номинальном выпрямленном токе:

(1.4.11)

где – приведённое по вторичной обмотке ко всем параллельным ветвям ТЭД индуктивное сопротивление обмоток трансформатора для зоны регулирования n;

– приведённое ко всем параллельным ветвям ТЭД активное сопротивление тяговой обмотки трансформатора для зоны регулирования n;

– коэффициент, учитывающий, что в период коммутации падение напряжения на сопротивлении не влияет на величину выпрямленного напряжения.

– прямое падение напряжения на тиристорах ВИП.

При расчёте в выражение (1.4.11) подставляются сопротивления обмоток трансформатора для работы на 4 зоне регулирования, прямое падение напряжения на тиристорах ВИП принимают 8-10 В.

Действующее значение напряжения х.х. тяговой обмотки на 4 зоне регулирования:

(1.4.12)

где – фазовая задержка включения тиристоров ВИП при смене полярности питающего напряжения при создании буферного контура протекания выпрямленного тока.

Действующее значение напряжения секций U_I, U_II, U_III тяговой обмотки трансформатора (рисунок 3) выбирают из условия получения 4-х зонного регулирования с одинаковыми приращениями напряжения в пределах каждой зоны. Для этого необходимо следующее соотношение напряжений I, II и III секций тяговой обмотки трансформатора:

UI:UII:UIII = 1:1:2 = : : 2· =254,93:254,93:509,85 В.

(1.4.13)

Номинальный ток первичной обмотки трансформатора, потребляемый из сети:

(1.4.14)

где – номинальное напряжение контактной сети;

– КПД трансформатора.

(1.4.15)

Где Н₁=1,32 – коэффициент, учитывающий возможное понижение напряжения контактной сети ниже номинального;

1,1 – коэффициент, учитывающий потерю выпрямительного напряжения из-за коммутации тиристоров и прямого падения напряжения на тиристорах выпрямительной установки возбуждения (ВУВ) и падения напряжения на активном сопротивлении обмотки;

M_дв – число последовательно соединенных обмоток возбуждения ТЭД, питающихся через выпрямительную установку возбуждения в режиме рекуперативного торможения;

=20⁰ – расчетное значение минимального угла регулирования тиристоров ВУВ.