ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в рельсовых цепях устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте и линиях метрополитена.
Из уровня техники известны дроссель-трансформаторы (ДТ), эксплуатируемые на сети железных дорог и линиях метрополитена с числом витков основной обмотки не менее 10 (Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Справочник 2-х кн. Кн. 1, - 3-е изд. - М; НПФ «Планета», 2000 - 960 с).
Однако данные дроссель-трансформаторы имеют низкие электромеханические характеристики, и, как следствие низкую надежность, в связи с ассиметричным распределением тягового тока, приводящим к увеличению механических сил, воздействующих на ДТ, что приводит к снижению величины сопротивления межвитковой изоляции и повреждению дополнительной обмотки вплоть до излома каркаса.
Технической проблемой заявленной полезной модели является повышение надежности дроссель-трансформатора с достижением технического результата, заключающегося в повышении устойчивости ДТ к механическим силам воздействия.
Указанный технический результат достигается за счет того, что дроссель-трансформатор постоянного тока, состоящий из сердечника и ярма, собранных из холоднокатаной анизатропной тонколистовой электротехнической стали СТ-0,5 Т 150-05 OS, основной и дополнительной обмоток, где количество витков основной обмотки составляет 8, а площадь сечения стали сердечника составляет 350 кв. см.
Кроме того, сердечник с обмоткой помещен в корпус, закрываемый крышкой и заполненный охлаждающим, герметизирующим раствором.
При разработке модернизированных дроссель-трансформаторов (ДТ) постоянного тока необходимо учитывать ряд основных требований, присущих этому виду электротехнических изделий, в силу особенностей их применения. Устойчивость работы рельсовых цепей во многом определяется стабильностью индуктивного сопротивления дроссель-трансформаторов.
Индуктивность ДТ пропорциональна квадрату числа витков основной обмотки и обратно пропорциональна ампер-виткам подмагничивания. Учитывая, что в рельсовых цепях практически всегда имеет место ассиметрия тягового тока, следует стремиться к уменьшению числа витков основной обмотки.
Уменьшение числа витков основной обмотки ДТ желательно и для снижения механических воздействий на конструктивные элементы ДТ.
Процесс протекания тяговых токов через ДТ сопровождается действием механических сил в обмотках и крепежных элементах. Особенно сильно это проявляется в аварийных режимах (КЗ), когда многократно увеличенные токи тяговой сети воздействуют на ДТ. При этом импульсы КЗ длительностью до 100 мс могут иметь место сколь угодно часто, т.е. эти режимы являются своего рода рабочими режимами тяговой сети.
Известно, что механические силы возникают в результате взаимодействия тока в обмотке с магнитным полем рассеяния. Поскольку эти силы при КЗ действуют в течение короткого промежутка времени, упругость межвитковой и междукатушечной изоляции может существенно повлиять на суммарные воздействующие силы.
С другой стороны, упругость изоляции облегчает возникновение собственных механических колебаний проводов обмотки, что может привести к увеличению механических напряжений и способствовать повреждению обмоток, вплоть до разрушения конструкции.
Механические силы, действующие на обмотку ДТ подразделяются на силы осевого и радиального воздействия, растягивающие и изгибающие обмотки. Ассиметричное распределение тягового тока приводит к увеличению механических сил, воздействующих на ДТ (осевых и радиальных).
Таким образом, на обмотки дроссель-трансформатора действует сложный комплекс механических сил, способный привести к снижению величины сопротивления межвитковой изоляции повреждению дополнительной обмотки вплоть до излома каркаса.
При проектировании любого дросселя постоянного тока исходными заданными параметрами является индуктивность (L) и допустимая сила постоянного тока, протекающего через дроссель. Допустимая сила тока дросселя определяется площадью сечения обмотки дросселя и материалом из которого она изготовлена. Как правило в качестве материала обмотки выбирается медь, как материал обладающий достаточно высокой удельной электрической и тепловой проводимостью. Чем меньше длина витка обмотки и количество витков, тем меньше тепловых потерь дросселя, при протекании определенного тока. Таким образом уменьшение количества витков при сохранении заданных параметров (индуктивности L) является важнейшей задачей.
Задачей любого проектирования силового дросселя постоянного тока является определение оптимального соотношения площади сердечник к числу витков обмотки дросселя (соотношения стали к меди). Уменьшая количество витков мы вынуждены увеличивать площадь сердечника и наоборот. Нахождение оптимального соотношения стали к меди производится методом последовательного приближения, требует, как правило, не более трех «заходов» и в результате позволяет получить устройство с минимальными массогабаритными характеристиками.
Таким образом, повышение устойчивости ДТ к механическим силам воздействия достигается уменьшением числа витков основной обмотки до 8 (против 10 витков у существующих ДТ) за счет увеличения массы электротехнической стали магнитопровода и применения стали с высокими магнитными характеристиками. В описываемом конкретном случае оптимальное соотношение стали и меди умышленно сдвинуто в сторону стали. Площадь сечения стали сердечника составляет 350 кв. см, при числе витков 8. Применяемая сталь - холоднокатаная анизатропная тонколистовая электротехническая 3414. Сердечник с обмотками помещен в корпус, закрываемый крышкой и заполненный охлаждающим, герметизирующим составом.
Это позволяет снизить электрические потери на нагрев дросселя, что в свою очередь дает возможность сохранять рабочую температуру дросселя на приемлемом уровне (не более 75 градусов).
Уменьшение числа витков позволяет снизить на 50% величину воздействующих сил на обмотки ДТ и электрические потери в ДТ за счет уменьшения сопротивления основной обмотки постоянному тяговому току -на 20%.
Таким образом, реализованное техническое решение сделало возможным повысить надежность работы ДТ и рельсовых цепей в целом в процессе эксплуатации.