ДРОССЕЛЬ ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИЙ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам, работающим в составе цепочки устройств помехоподавления электроподвижного состава. Дроссель помехоподавления служит для снижения уровня радиопомех, создаваемых скользящим контактом токоприемника, и включается в силовую цепь электровоза.
Для снижения радиопомех, создаваемых при работе электровозов и электропоездов, используют реакторы (дроссели), фильтры и конденсаторы помехоподавления. Дроссели включают на электрический подвижной состав постоянного тока последовательно в цепь между токоприемником и быстродействующим выключателем. За дросселем со стороны силовой цепи подключают конденсатор, через который высшие гармоники тягового тока замыкаются на корпус (землю), не проникая в контактную сеть и не создавая помех радиоприему. На электрический подвижной состав переменного тока реактор (дроссель) включают между токоприемником и воздушным выключателем на электровозах, кроме того между воздушным выключателем и обмоткой высшего напряжения тягового трансформатора включают еще и фильтр.
Такой дроссель помехоподавления состоит из катушки без стального сердечника, намотанной из медной ленты. Ее укрепляют либо на фарфоровом изоляторе, применяя деревянные планки, либо на угольниках. Катушку дросселя Д-51 наматывают плашмя и пропитывают в лаке ПЭ-933, дросселя ДР-027Т  - на узкое ребро. Дроссели выполняют с естественным воздушным охлаждением, они имеют практически постоянную, не зависящую от нагрузки индуктивность. Дроссели Д-51 устанавливают на крыше электровоза, а ДР-027Т – на основании токоприемника [«Электровозы и электропоезда», Калинин В. К. - М : Транспорт, 1991.- стр.196], [Электровоз ВЛ80. Руководство по эксплуатации. Под ред. Б.Р. Бондаренко, М., Транспорт, 1977, стр. 108 - 109].
Известно применение в качестве общей защиты от помех трамваев и троллейбусов реакторов помехоподавления, которые представляют собой плоские катушки индуктивности с большим диаметром без стального сердечника. Катушки изготавливают из медной или алюминиевой шины с миканитовой межвитковой изоляцией с последующей пропиткой. По две-три катушки монтируют на деревянном основании и сверху их закрывают деревянной крышкой. Реакторы устанавливают на фарфоровых изоляторах на постаменте впереди токоприемников. Катушки реакторов соединяют последовательно с токоприемниками и параллельно каждой катушке подключают подстроечные конденсаторы [Корягина Е.Е., Коськин О.А., «Электрооборудование для трамваев и троллейбусов» - М.: Транспорт, 1982. - 296 с, глава 29 рис. 63]. Также известно использование в троллейбусах радиореактора из плоской катушки, намотанной алюминиевой шиной или штанговым проводом. Радиореактор включается последовательно в цепь токоприемников, что увеличивает внутреннее сопротивление электрооборудования и уменьшает радиопомехи [«Устройство троллейбуса» под ред. Зайцевой М.Ю., Штамлера А.И., - г. Новосибирск, стр. 79, рис. 19].
В конструкции дросселя Д-51 применяется древесина - материал, подверженный горению и гниению, а также обеспечивающий низкий класс нагревостойкости («А» по ГОСТ 8865-93); катушка не имеет охлаждающих воздушных каналов, поэтому у нее низкая воздухопроницаемость и высокий риск скопления загрязнений на торцах.
Используемая при создании дросселя ДР-027Т катушка плоскоовальной формы является сложной и нетехнологичной, не имеет опорной изоляции и рассчитана на класс напряжения 3кВ. Возможность применения дросселей для более высокого класса напряжения, например, 25 кВ, доступными сведениями не подтверждена. Описанные решения для городского электротранспорта (трамваи, троллейбусы) схожи с конструкцией дросселя (реактора) Д-51 и имеют те же недостатки.
Известен дроссель, входящий в состав фильтра подавления радиопомех, создаваемых при работе электрического оборудования [Помехоподавляющий дроссель ДР-150У2 электровоза 2ЭС6, Электровоз 2ЭС6. Механика, двигатели, аппараты (А.А. Мальгин) - 2010 год, Режим доступа: http://zinref.ru/000_uchebniki/05301_transport_jd_elektrovozi/002_ 00_elektrovoz_2ES6mekhanika_raspolozhenie_apparatov_malgin_2010/016.htm]. Дроссель содержит две катушки из полосовой медной ленты, соединенные параллельно и закрепленные к двум каркасам шпильками и крепежными деталями. Для изоляции катушек от каркаса используются изоляторы, трубки и шайбы. Дроссель устанавливается за ограждением в высоковольтной камере, внутри кузова и включается последовательно в силовую цепь электровоза. Дроссель одним выводом подключен к токоприемнику через разъединитель, а вторым – к быстродействующему выключателю. Металлические части имеют антикоррозийное защитно-декоративное покрытие, кроме частей, не подверженных коррозии. Совместно с конденсаторами образуется в силовой цепи подавляющий фильтр радиопомех, создаваемых электровозом при протекании силового тока.
Также известен дроссель помехоподавляющий электроподвижного состава [Патент RU168706, приор. 19.10.2016, опубл. 16.02.2017, H01F 27/32 (2006.01)], содержащий воздухопроницаемую катушку индуктивности с начальным и конечным выводами, установленную с помощью опорно-крепежной арматуры в несущей конструкции. Катушка индуктивности выполнена в виде винтовой секционированной катушки. Несущая конструкция представляет собой две плоские прямоугольные рамы, соединенные между собой через катушку индуктивности опорно-крепежной арматурой, а начальные и конечные выводы секций катушки индуктивности попарно соединены П-образной перемычкой с формированием параллельного соединения при горизонтальном расположении осей секций катушки индуктивности, при этом в перемычке выполнены отверстия для подключения к электрической схеме электроподвижного состава.
Дроссель ДР-150У2 и конструкция дросселя, известная по патенту RU168706, схожи по своей сущности, предназначены для работы в сети переменного тока с напряжением 3 кВ, в связи с чем имеют недостаточный для работы в сетях с большим классом напряжения, например, 25кВ, уровень межвитковой и опорной изоляции.
Кроме того, все описанные аналоги объединены одним конструктивным решением - выполнением катушек (обмоток) неизолированным проводником с нанесением изоляции либо при изготовлении в виде прокладок между витками, либо после изготовления в виде покрытия лаком. Эти решения, с одной стороны, из-за наличия дополнительных операций снижают технологичность изделий, а с другой – снижают его надежность, так как контроль равномерности и качества нанесения изоляции при изготовлении или после изготовления весьма затруднителен.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является создание помехоподавляющего дросселя с надежной и технологичной конструкцией, предназначенного для работы в силовой цепи токоприемника электровоза на любом из известных для электрифицированных железных дорог классе напряжения. Технический результат при этом заключается в обеспечении надежности устройства, необходимой для эксплуатации устройства в заданных условиях.
Заявляемый помехоподавляющий дроссель содержит установленную по крайней мере на одном изоляторе слоевую цилиндрическую обмотку, намотанную изолированным проводом. Причем слои обмотки разделены изоляционными вертикальными планками, закрепленными порядно между собой, образуя общий каркас обмотки. Планки позволяют надежно зафиксировать провод, повысив жесткость обмотки, а также сформировать охлаждающие каналы, повышая стойкость устройства к перегреву.
Дополнительно надежность устройства при его эксплуатации может быть обеспечена следующим.
Планки каркаса могут быть зафиксированы по крайней мере на одном изоляционном кольце, которое позволяет равномерно распределить их по окружности и надежно зафиксировать. Повысить стойкость опорной изоляции к внешним воздействиям позволит размещение дросселя на трех изоляторах, расположенных со смещением от оси обмотки к внешнему диаметру. Слои обмотки для снижения механических усилий на изоляцию витков выполняются с разбиением на вертикальные секции по несколько витков в каждой, при этом вертикальные планки имеют пазы для размещения каждой секции. Снаружи на обмотку может быть наложен бандаж для обеспечения ее дополнительной жесткости.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображен дроссель в предпочтительном варианте исполнения:
на фиг. 1 - вид дросселя спереди,
на фиг. 2 - вид дросселя сверху,
на фиг. 3 - обмотка дросселя в разрезе.
Для подтверждения возможности реализации полезной моделью своего назначения и достижения заявленного технического результата рассмотрим вариант исполнения помехоподавляющего дросселя.
Помехоподавляющий дроссель (см. фиг. 1) устанавливается на крышу электровоза и содержит слоевую цилиндрическую обмотку 1 (катушку индуктивности), намотанную на каркас и укрепленную на изоляторах 3.
Слоевая цилиндрическая обмотка является одной из самых технологичных, в части намотки, наряду, например, с дисковыми обмотками. Но при этом слоевая цилиндрическая обмотка является более надежной с точки зрения охлаждения за счет наличия воздушных слоевых каналов, а также обладает лучшей механической прочностью, так как имеет возможность обеспечить крепление каждого слоя в отдельности.
Слои обмотки 1 выполняются изолированным проводом прямоугольного сечения. Наличие изоляции на проводе исключает необходимость нанесения изоляции при изготовлении, при этом контроль качества изоляции может быть произведен до начала изготовления изделия. Изолированный провод повышает надежность обмотки 1 дросселя при работе на высоких напряжениях, например, в режиме короткого замыкания, когда падение напряжения на обмотке 1 практически равно линейному напряжению цепи токоприемника.
Слои обмотки 1 разделяются между собой изоляционными вертикальными планками 2 (см. фиг. 2, 3), обеспечивая тем самым аксиальные охлаждающие каналы, хорошую воздухопроницаемость обмотки, что повышает надежность устройства в части стойкости к перегреву. Намотка производится на планки 2, ряды которых стягиваются между собой крепежными элементами. Планки 2 могут быть выполнены с пазами для обеспечения разбиения слоев на секции, что повышает технологичность устройства.
Планки 2 каркаса могут быть зафиксированы по крайней мере на одном изоляционном кольце 4 (см. фиг. 2, 3). Предпочтительно используются два кольца 4 на верхнем и нижнем торцах каркаса, на которые устанавливаются изоляционные планки 2. Кольца 4 при намотке позволяют распределить планки 2 равномерно по окружности и выставить их рядами, что придает дополнительную жесткость каркасу обмотки 1 и облегчает сборку. Использование колец 4 повышает надежность устройства в части стойкости к внешним механическим факторам, вибрации, одиночным ударам.
Таким образом, каркас состоит из осевых вертикальных изоляционных планок 2, порядно закрепленных к изоляционным кольцам 4. Предпочтительно, используется стеклотекстолитовый каркас, что обеспечивает необходимый уровень механической прочности для обмотки 1 и повышенный класс нагревостойкости (класс «F» или «Н»).
Для снижения механических усилий на изоляцию витков может быть выполнено разбиение слоев обмотки 1 на вертикальные секции, по несколько витков в каждой, что повышает надежность устройства в режимах протекания токов короткого замыкания. Секции могут быть сформированы, например, путем размещения изоляционных прокладок между ними или, что более технологично, путем использования изоляционных вертикальных планок 2 с заранее сформированными пазами под каждую секцию.
Использование изоляторов 3 (например, полимерных) обеспечивает заданный уровень электрической прочности опорной изоляции для номинального напряжения, например, 25 кВ. Дроссель может размещаться на трех изоляторах 3 при расположении их со смещением от оси обмотки 1 к ее внешнему диаметру (см. фиг. 1). Это повышает допустимые усилия на изгиб и растяжение от воздействия внешних механических факторов – вибрации и одиночных ударов, что повышает надежность устройства.
Снаружи на обмотку 1 может быть наложен бандаж, например, из стеклоленты, что придает конструкции дополнительную жесткость, а также защищает ее от попадания пыли и грязи в каналы между секциями слоев обмотки 1. Так может быть достигнуто повышение надежности устройства в части стойкости к внешним механическим и климатическим факторам, а также стойкости к динамическим усилиям в обмотке 1 при протекании токов короткого замыкания.
Количество витков в обмотке 1 выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую номинальную индуктивность, например, (250±8) мкГн. Количество проводов и их сечение выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемый длительный номинальный ток, например, 550 А. При разбиении слоев на секции, количество витков в каждой секции выбирается таким образом, чтобы механическое напряжение в изоляции провода от действия суммарного усилия в витках каждой секции не превышало допустимого механического напряжения для изоляции выбранного провода.
Таким образом, полезная модель обеспечивает достижение надежности устройства, которая позволяет эксплуатировать дроссель в силовой цепи токоприемника электровоза на любом классе напряжения.