ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕСТАНДАРТНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ СРЕДНЕГО ВЫВОДА ОСНОВНОЙ ОБМОТКИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в рельсовых цепях устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте.
При разработке дроссель-трансформаторов 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 (ДТ).
Учитывая, что в рельсовых цепях практически всегда имеет место ассиметрия тягового тока, следует стремиться к снижению ее в ДТ.
Уменьшение воздействия ассиметрии тягового тока при протекании в основной обмотке 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 режиме короткого замыкания, когда многократно увеличенные токи тяговой сети воздействуют на ДТ. При этом импульсы короткого замыкания 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 коротком замыкании действуют в течение короткого промежутка времени, упругость межвитковой и межкатушечной 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.
Силы, действующие на обмотку ДТ, подразделяются на силы осевого и радиального воздействия, растягивающие и изгибающие. Ассиметричное распределение тягового тока приводит к увеличению механических сил, воздействующих на ДТ (осевых и радиальных).
Из уровня техники известны дроссель-трансформаторы постоянного тока (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 недостатком в существующих ДТ постоянного тока является то, что выводы основной обмотки расположены на передней стенке корпуса, что влечет за собой ассиметрию тягового тока, проходящего через основную обмотку.
Ассиметрия тягового тока создает намагничивание сердечника путевого дроссель-трансформатора, оказывающее неблагоприятное воздействие на работу рельсовой цепи.
Ассиметрия тягового тока характеризуется коэффициентом
T1
T2
где: I - часть тягового тока, протекающего по одной из полуобмоток I - часть тягового тока, протекающего по другой из полуобмоток.
Подсчет индуктивного сопротивления катушки для переменного тока данной частоты производится по формуле
L
где X - индуктивное сопротивление, Ом;
f - частота переменного тока, Гц;
L - индуктивность катушки, Гн.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
1 - крайний вывод основной обмотки;
2 - крайний вывод основной обмотки;
3 - средний вывод основной обмотки;
4 - первая полуобмотка основной обмотки;
5 - вторая полу обмотка основной обмотки;
6 - вывод дополнительной обмотки;
7 - вывод дополнительной обмотки.
Расположение выводов основной обмотки существующего дроссель-трансформатора представлено на фиг. 1 и 2.
Из расчета разверток витков основной обмотки видно, что при существующей конструкции дроссель-трансформатора длины полубомоток (фиг. 1; поз. 4, 5), отличаются на длину отрезка АВ, размер которого сопоставим с шириной обмотки.
Индуктивность обмотки (катушки) рассчитывается по формуле
где, L - индуктивность, Гн;
0
-7
μ - проницаемость свободного пространства равное 4π×10 Гн/м;
к
μ - относительная проницаемость материала сердечника;
N - число витков;
2
А - площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах, м;
l - длина катушки, м.
Отношение индуктивностей полуобмоток, исходя из формулы (3), находится в обратно пропорциональной зависимости от длины полуобмоток.
Используя закон Ома, формулы 2 и 3, можно сделать следующее преобразование формулы (1):
1
где: L - индуктивность первой полуобмотки (поз. 4), Гн;
2
L - индуктивность второй полуобмотки (поз. 5), Гн;
1
l - длина первой полуобмотки (поз. 4), м;
2
l - длина второй полуобмотки (поз. 5), м.
1
2
Таким образом, уменьшение ассиметрии тягового тока (равенство тяговых токов в полуобмотках I=I) достигается проектированием основной обмотки, в которой разность индуктивностей первой (поз. 4) и второй (поз. 5) полуобмоток стремиться к нулю, то есть к равенству длин полуобмоток.
Технической проблемой (задачей) полезной модели является увеличение надежности с достижением технического результата, заключающегося в уменьшении ассиметрии тягового тока, проходящего через основную обмотку.
Указанный технический результат достигается в заявленном дроссель-трансформаторе постоянного тока, выполненным в корпусе, с закрывающейся крышкой, внутри которого расположены сердечник и ярмо, собранные из листовой электротехнической стали, основная и дополнительная обмотки, при этом корпус выполнен из полимерного материала и заполнен охлаждающим герметизирующим составом, крайние выводы основной обмотки выполнены на передней поверхности корпуса, а сдвоенный средний вывод основной обмотки размещен с противоположной стороны корпуса.
Заявленная полезная модель представлена на фиг. 3,
где: поз. 1, 2 - крайние выводы основной обмотки,
поз. 3 - сдвоенный средний вывод основной обмотки.
Крайние выводы (поз. 1, 2) основной обмотки полезной модели (фиг. 3) располагаются на передней поверхности корпуса ДТ, два средних вывода (поз. 3), соединенные между собой, с противоположной стороны корпуса. Такое расположение выводов позволяет создать конструкцию основной обмотки, состоящую из двух взаимозаменяемых полуобмоток (фиг. 4; поз. 4, 5), имеющих одинаковые индуктивности.
В предлагаемой конструкции ДТ корпус изготовлен из полимерного материала, сердечник с обмотками помещен в корпус, закрываемый крышкой и заполненный охлаждающим, герметизирующим составом, основная обмотка выполнена в виде двух секций равной длины с выводами, размещенными с противоположных сторон корпуса, что позволяет получить одинаковые значения индуктивности полуобмоток, как следствие, уменьшить асимметрию тягового тока, проходящего через основную обмотку, примерно на 10%.
На фиг. 5 представлен заявленный дроссель-трансформатор в процессе эксплуатации.
Предлагаемые конструктивные решения повысят безопасность обслуживания дроссель-трансформаторов, за счет оптимального размещения кабелей, рационального проведения работ при монтаже.
Таким образом, реализованное техническое решение сделает возможным повышение надежности и безопасности работы ДТ, благодаря уменьшению ассиметрии тягового тока, проходящего через основную обмотку.