РАЗДЕЛ 2
УПРАВЛЯЕМЫЕ РЕАКТОРЫ В РЕЗОНАНСНЫХ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
2.1. Выбор направления исследования
В резонансной испытательной установке реализуется принцип компенсации емкостной нагрузки объекта испытания источником реактивной мощности - реактором. Для испытания изоляции оборудования необходимо приложить к ней повышенное напряжение. Для его получения используется схема последовательного включения реактивных элементов, в которой происходит явление резонанса напряжений (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Силовая цепь последовательного колебательного контура.
Настройка колебательного контура в резонанс при постоянной частоте цепи достигается регулировкой индуктивности реактора. Как указывалось выше, регулировка реактора в испытательных резонансных установках традиционно осуществляется изменением величины воздушного зазора в магнитопроводе. В энергетике же для компенсации реактивности сети используются реакторы, регулируемые подмагничиванием магнитной системы.
В ходе исследования необходимо провести анализ физических процессов, происходящих в системе испытательного оборудования. На основании гипотезы о возможности использования магнитоуправляемых реакторов в резонансных системах проведем графоаналитическое обоснование режимов работы подобных реакторов, испытательного объекта и источника возбуждения.
Кроме того должно быть проведено обоснование выбора конструкции и характеристик реакторов, предназначенных для работы в испытательных резонансных установках, а так же разработаем методику проектирования таких реакторов.
Поскольку испытания проходят при повышенном напряжении, необходимо исследование и обоснование режимов работы реакторов при условии отсутствия внутренних частичных разрядов, которые могут оказывать влияние на измерительную цепь установки. На основе этих исследований необходимо сформулировать принципы и способы снижения напряженности электрического поля в рабочих промежутках реактора за счет проектирования конструкции активных частей реакторов, провести теоретическое обоснование возможности использования экранов в рабочих зазорах реактора в качестве датчиков сигналов частичных разрядов и исследовать модели предлагаемого типа реакторов. Обосновать достоверность полученных результатов.
2.2. Резонансные испытательные схемы с регулируемыми реакторами
Рассмотрим принцип действия резонансных установок с регулируемыми реакторами. Рабочие вольт-амперные характеристики элементов схемы показаны на рис. 2.2. Реактивное емкостное сопротивление объекта испытания, в предположении, что при испытании оно не меняется, показано в виде прямой 1/?С, расположенной во II и IV квадранте. В I и III квадранте показана симметричная относительно оси токов характеристика -1/?С. Величина емкости определяет угол ?2, то есть наклон прямой 1/?С относительно оси напряжений.
Кривая ?L, показанная в I и III квадранте, является характеристикой индуктивного элемента (реактора). Поскольку, реактор представляет собой обмотку, расположенную на магнитопроводе, он имеет нелинейную характеристику, зависящую от характеристики намагничивания материала магнитопровода. Эта характеристика имеет первый линейный участок, величина индуктивности на котором определяется углом ?1, колено и второй линейный участок, на котором величина индуктивности определяется углом .
Рис. 2.2. Вольт-амперные характеристики элементов колебательного контура.
Все элементы схемы имеют некоторое активное сопротивление. Общее эквивалентное активное сопротивление элементов последовательного контура показано на рис. 2.2 прямой R.
2.2.1. Реакторы, регулируемые изменением величины воздушного зазора.
Магнитная система таких реакторов представляет собой два П-образных ярма (рис. 2.3).
Согласно закону Ома для магнитной цепи:
,
где Ф - основной поток,
I - ток, протекающий по обмоткам,
w - число витков обмоток,
RM - магнитное сопротивление цепи.
Рис. 2.3. Реактор, регулируемый изменением величины немагнитного промежутка в магнитопроводе.
Магнитное сопротивление цепи складывается из сопротивления стали магнитопровода и сопротивления воздушных зазоров:
, (2.1)
где lст и ?ст - длина средней линии и магнитная проницаемость стального сердечника,
lв и ?в - длина и магнитная проницаемость воздушного промежутка.
Поскольку магнитная проницаемость стали много больше магнитной проницаемости воздуха ?ст>> ?в, выражение (2.1) можно записать в виде:
. (2.2)
С учетом того, что wФ=LI, индуктивность реактора:
. (2.3)
Поскольку магнитная проницаемость воздуха (?в) постоянна, индуктивность зависит только от величины воздушного промежутка lв.
В то же время, исчезает нелинейность, обусловленная насыщением магнитной системы.
Рабочая точка находится на первом линейном участке вольт-амперной характеристики реактора (рис. 2.2), магнитопровод - не насыщен, характеристика реактора линейна. Изменением величины воздушного зазора добиваются совпадения характеристик ZL=?L и ZC=-1/?С реактивных элементов контура, то есть равенства углов ?1 и ?2. При этом общее реактивное сопротивление контура становится равным нулю, а мощность источника возбуждения рассеивается на активном сопротивлении. вольт-амперная характеристика всего контура совпадает при этом с вольт-амперной характеристикой эквивалентного активного сопротивления R.
Регулирование напряжения на элементах контура осуществляется путем изменения напряжения возбуждения Uв. Принцип регулирования поясняется с помощью рис. 2.4.
При увеличении напряжения возбуждения контура Uв рабочая точка перемещается по прямой R. Напряжения на реактивных элементах увеличиваются быстрее, чем Uв, они равны по величине и отличаются знаками.
Поскольку все элементы контура практически линейные, то искажения формы токов и напряжений минимальны.
Рис. 2.4. Вольт-амперные характери