6. Трансформаторы и дроссели.

Трансофматором называют электромагнитное устройство для преобразования основных параметров электрической энергии в цепях переменного тока. Дроссели бывают высокочастотные и низкочастотные . Дросселем называют устройство, которое служит для уменьшения пульсации, получающейся после выпрямления переменного тока и применяется в качестве фильтров и выпрямителей. ВЧ/дроссели — это устройства предназначенное для того, чтобы уменьшить ток высокой частоты, проходящий в какую либо цепь, сохранив возможность прохождения тока низкой частоты или постоянного тока. 6.1 Классификация трансформаторов.

Трансформаторы классифицируются по его мощности, силе тока, рабочей частоте,

напряжению, режиму работы, предназначению и расположению в схеме.

По напряжению трансформаторы делятся на низко и высоковольтные. Рабочее

напряжение, характеризует величину, на которую должна рассчитана изоляция какой

либо одной, нескольких или всех обмоток трансформатора. К высоковольтным

относятся трансформаторы у которых рабочее напряжение в любой обмотке не

превышает 1000 — 1500В.

Такие трансформаторы делят на 2 типа:

1) имеет высокое номинальное напряжение.(свыше 1500В) и надежную изоляцию между отдельными обмотками трансформатора или между каждой обмоткой и корпусом, а так же надежную слоевую изоляцию в высоковольтных обмотках.

2) Имеет невысокое рабочее напряжение в обмотках, но в силу схемных особенностей высокие напряжения существуют между обмотками или между какой то обмоткой или корпусом. В этом случае трансф. считается высоковольтным т.к требуется выполнение высоковольтной изоляции между обмоткой и корпусом. Однако в этом случае применяется низковольтная.

6.2 Область применения трансформаторов.

Силовые трансформаторы служат для получения напряжений питающих выпрямители моторы и других нагрузок (около 70% всех приборов)

Низкочастотные трансформаторы применяются в качестве согласующего элемента между источником сигнала и входом усилителя, между двумя усилителями или между усилителем и нагрузкой.

Особую группу составляют импульсные трансформаторы, которые используются для трансформации или формирования импульсов малой длительности. Они применяются в импульсной технике, гидролокации, в схемах ультразвуковых приборов и установок. В импульсном режиме их мощность достигает больших значений. Дроссели применяют в фильтрах питания (сглаживающие дроссели) в фильтрах выпрямителей, в высокочастотных фильтрах, в различных избирательных цепях, в различных стабилизаторах и регуляторах.

6.3 Элементы конструкций трансформаторов и дросселей. Несмотря на различия функций силовых трансформаторов и низкочастотных, основные физические процессы происходящие в них одни и те же. Поэтому трансформаторы разного схемного назначения имеют однотипную конструкцию : любой трансформатор состоит из сердечника изготовленного из магнитного материала, на котором размещена катушка с обмотками , а так же элементов, служащих для скрепления частей сердечника и закрепления трансформатора. 6.3.1

Магнитопроводы.

Для трансформаторов и дросселей применяют три шипа магнитопроводов: стержневой, броневой т кольцевой.

При использовании броневого магнитопровода все обмотки трансф. размещают на одной катушке, которую надевают на средний стержень магнитопровода.

При использовании стержневого на 2 его стержнях расположены 2 катушки.

В маломощных силовых и низкочастотных трансф. используется броневой сердечник, т.к применение одной катушки упрощает конструкцию и позволяет получить максимальный коофициент усиления , заполнена она медью.

Стержневую конструкцию используют для трансф. средней и большой мощности : наличие двух катушек увеличивает теплопередачи и улучшает тепловой режим обмоток.

Преимуществом стержневой системы конструкции является слабое внешнее магнитное поле, т.к поля от этих катушек направлены навстречу друг — другу. Наименьшее внешнее поле получается при использовании в трансф. кольцевых магнитопроводов. Но они используются редко т.к низка производительность при поломке магнитопровода.

По конструкции броневые и стержневые магнитопроводы подразделяются на собранные из пленочных пластин и пленочные.

Ленточный магнитопровод можно получить наливкой и обмоткой полосы трансформаторной системы. После разрезки получают С -образные сердечники.

Для получения мин. намагниченного зазора в магнитопроводе торцы сердечников после установки в катушку заливают пастой содержащий ферромагнитный материал. Если зазор необходим то в месте слепка двух сердечников устанавливают накладки из бумаги или картона необходимой толщины. Ленточная конструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления.

При использовании некоммутируемых сталей применение ленточных сердечников позволяет сохранить размеры и массу трансформаторов. Это происходит потому, что в магнитных силовых линий проходит перпендикулярно по направлению потока. При этом можно иметь достаточно большие размеры. В ленточных сердечниках линии расположения поля находятся по всей длине магнитопровода.

К основным параметрам сердечника относятся : средняя длинна магнитной силовой линии 1с, активная площадь поперечного сечения магнитопровода Sc, площадь окна So, и вес магнитопровода Gc.

Площадь поперечного сечения

Sc = kc * 2ab где kc — коофициент заполнения , учитывающий, что часть площади поперечного сечения магнитопровода занял оксид металла и другие намагниченные материалы.

Кс — зависит от толщины материала и лежит в пределах 0.85 <kc< 0.95

Трансформаторы.

ГОСТ 17596 — 72 — трансформаторы согласования, низкочастотные мощностью до 25

Вт.

Основные параметры:

Термины и определения.

Номинальная мощность — расчетная суммарная мощность вторичных обмоток при номинальных напряжениях и сопротивлениях нагрузки в режиме согласования.

Номинальное сопротивление нагрузки — сопротивление на которое рассчитан трансформатор.

Коофициент трансформации отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной или напряжение на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке. В режиме холостого хода будет учтено падение напряжения на трансформаторе.

устройство, принцип работы, назначение, методика расчета

Путевой дроссель-трансформатор – это агрегат, пропускающий ток тяги, обходя изолирующий стык. Устройство напоминает катушку индуктивности, отличающуюся конструкцией, принципом функционирования, техническими характеристиками, методикой расчёта, предназначением и областью применения. Дроссельный трансформатор подразделяется на виды в зависимости от частотности и функций.

Конструкция и принцип работы

Устройство ДТ выглядит, как сердечник формы Ш со стальным остовом. Расположение главной и второстепенной обмотки – средний стержень сердечника. Все составляющие механизма погружены в корпус из чугуна. Он в свою очередь наполнен маслом трансформатора и закрыт крышкой. Уровень масляной жидкости контролируется через пробки, находящиеся на крышке. Конструкция имеет защиту от:

• проникновения внутрь ДП лицами, которым не положено вмешиваться в работу прибора;
• размещения на выводах главной обмотки ненужных предметов;
• возможности повреждения корпуса.

В данном приборе находится пластина из гетинакса, расположенная посередине сердечника и остова. С её помощью происходит обеспечение воздушного зазора в магнитной цепи ДТ. Главная обмотка необходима для пропускания тягового тока. Она обладает 3 выводами. К линиям рельс присоединяются 2 из них, расположенные по краям, а оставшийся по середине –  к среднему выводу дроссельного трансформатора смежной РЦ.

За включение приборов релейного и питающего концов РЦ отвечают дополнительные обмотки. Из-за индуктивного соединения приборов с рельсовой линией на работу РЦ меньше влияет константная составная часть тягового тока.

Дроссель-трансформатор на постоянном токе функционирует, согласно принципу самоиндукции катушки. Это происходит следующим образом:

1. Часть тягового тока попадает на одну полуобмотку ДТ, перемещаясь по одной рельсе.
2. Остальной ток идёт на вторую полуобмотку ДТ.
3. Суммарный ток всех этих частей попадает через перемычку в среднюю точку ОО смежного ДТ. Поделившись надвое, он направляется по нитям рельс соседней РЦ.

Прибор может выдерживать диапазоны колебаний от низких до высоких. Первые могут быть от 20 Гц до 20 кГц. Средние значения составляют 20-100 кГц, а высокие – более 100 кГц. Конструкция дросселей высокой частотности совсем не похожа на конструкции ДТ низкой и средней частотности.

Назначение и область применения устройства

Дроссельный трансформатор используется в области электротехники. Он предназначен для установки на ЖД пути, оснащённые автоматической блокировкой переменного и электротягой постоянного тока. Подобное оборудование используют, чтобы стыковать системы электрической тяги. Также дроссели внедряют в трамваи, поезда метро и современные скоростные дрезины.

Их составляющие специально созданы для суровых условий окружающей среды, возникающих при эксплуатации на ЖД транспорте.

Если рассматривать устройство по назначению, то оно делится на следующие виды:

1. Дроссели, совершающие работу на вторичных импульсных источниках питания. В самом начале происходит накапливание катушкой энергии от первоначального источника. Это осуществляется в собственном магнитом поле. После этого энергия возвращается в нагрузку.
2. ДТ для запускания двигателей. Здесь устройство выступает в качестве ограничителя токов, отвечающих за пуск и тормоз. Дроссельная конструкция для приводов отличается мощностью не больше 30 кВт, схожа с 3-фазным трансформатором.
3. ДТ насыщения. Его используют в стабилизаторах напряжения и ферромагнитных преобразователях. Ещё такой ДТ применяется в магнитных усилителях. Там из-за подмагничивания происходит смена индуктивной резистентности сердечником.
4. ДТ для сглаживания. Подобным прибором убирают пульсации выпрямленного тока, если нет конденсаторов в ламповых усилителях.

Помимо прочего, аналогичные устройства распространены в сварке, в блокировочных, сигнализационных и совмещенных централизованных системах.

Основные технические характеристики

В характеристиках содержится информация о количестве витков, полном сопротивлении и показатель трансформации главной обмотки и второстепенных. Показатели дросселя-трансформатора ДТ 500:

• количество витков главной обмотки – 7+7;
• количество витков дополнительной обмотки – 1560, 322, 1238;
• полное сопротивление – 0,2-0,22 Ом;
• коэффициент трансформации – 40,23, 17.

Его масса составляет 132 кг, объём масла – 29 л. Может прослужить не больше 30 лет. Согласно правилам, температура сердечника не должна превысить 95 С. Она определяется по температуре верхних слоёв масла.

Разновидности дроссельных трансформаторов

Чаще всего встречаются следующие разновидности дроссельных трансформаторов:

1. Низкочастотный. По внешнему виду он напоминает незамысловатый трансформатор из железа. Единственный отличием от него является сборка с одной обмоткой. Катушка делает так, что при понижении тока в цепи его значение не меняется и остаётся на нужном уровне, а при повышении значение снижается.
2. Высокочастотный. Это электрическое устройство создано, чтобы передавать энергию высокой частоты между 2 цепями и больше электромагнитной индукцией. Оно распространено намного больше. Его катушка навивается на ферритовые и стальные сердечники либо на каркас из пластмассы.

Наличие сердечника в дросселе увеличивает его размеры. Без него он весит намного меньше.

Методика расчета

ДТ рассчитывается по методе нечёткой логики, нейронных сетей, резольвента Ла-Гранджа и другим. Разработаны специальные программы, производящие вычисление параметров устройства за считанные минуты. Основные этапы расчёта:

• ввод требуемых данных для расчёта;
• выдача программой значений кривой намагничивания и корректирование ошибок;
• подсчитывание системой геометрических параметров модели сердечника.

Применив особую формулу, можно своими силами рассчитать воздушный зазор в устройстве. Она выглядит следующим образом L*I²/V. индуктивность обмотки дросселя – это L, а сила постоянного тока на обмотке – это I. Буква V обозначает объём сердечника из железа.

Примеры расчетов

Например, можно рассчитать LO² для сердечника Е42х21х20 (B66329-G1000-X127) с воздушным зазором 2 мм, сделанного из материала N27. Известные следующие параметры сердечника, с которыми придётся работать:

• le = 97 мм;
• Ае = 240 мм²;
• B = 300 мТл;
• Ig = 2 мм.

Для начала необходимо найти краевой коэффициент F по формуле. Она выглядит следующим образом:

F=1+ (Ig/ Ае^1/2) *loge *(2Bw/ Ig)

В итоге получается 1,42.

После этого нужно приступить к вычислению µe. Это эффективная проницаемость. Она находится по формуле:

µe= (µo*Ae)/ (le/µi + Ig/F)

Значение будет равно 68.

Теперь потребуется рассчитать AL – коэффициент индуктивного сопротивления. Формула вычисления:

AL= (µo* µe)/(Ie/Ae)

Полученный результат будет равен 208.

Зная все эти данные, можно приступить к расчёту LO². Для этого существует следующая формула:

LO²=(Bmax*Ae*Ie)/ (µo* µe)

Конечный ответ – 16,60.

Дроссель-трансформатор — Энциклопедия нашего транспорта

Дроссель-трансформатор — устройство для пропуска тягового тока из одной рельсовой цепи в другую в обход изолирующих стыков на электрифицированных линиях с автоматической блокировкой.

Дроссель-трансформаторы устанавливаются на электрифицированных участках у изолирующих стыков: на перегонах — на обочине земляного полотна, на станциях — в междупутьях.

Дроссель-трансформатор представляет собой сердечник, на который наложены основная и дополнительная обмотки. Сердечник с обмотками помещён в чугунный корпус, залитый трансформаторным маслом, и закрыт крышкой с пробками для контроля уровня масла. Основная обмотка, рассчитанная на пропуск тягового тока, имеет три вывода: два крайних вывода подключают к рельсовым нитям, а третий — к среднему выводу дроссель-трансформатора смежной рельсовой цепи (РЦ). Дополнительные обмотки дроссель-трансформатора используют для подключения аппаратуры питающего и релейного концов РЦ. Поскольку эта аппаратура связана с рельсовой линией индуктивно, то уменьшается влияние постоянной составляющей тягового тока на работу РЦ. Обычно дополнительные обмотки имеют большее число витков, чем основные.

Дроссель-трансформаторы являются согласующими трансформаторами, что делает работу РЦ не зависящей от сопротивления соединительных проводов, что особенно важно при длинных РЦ.

Фотогалерея

Схемы и таблицы

• Для постоянного тока

• Для переменного тока

Литература

• Н. С. Конарев «Железнодорожный транспорт. Энциклопедия», 1995
• В. И. Сороко, Б. А. Разумовский «Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Справочник», 1981

Дроссель и дроссель-трансформатор ЖД: описание

25.09.2015

Дроссель-трансформатор: назначение

Путевые дроссели и дроссель-трансформаторы на ЖД выполняют функции передатчиков тягового тока между РЦ в обход изолирующих стыков на линиях с автоблокировкой, стыкуя 2 системы электрической тяги.

Устанавливаются дроссели ДГ и дроссель-трансформаторы на ЖД с участками на электротяге постоянного или переменного тока с частотой 50 Гц и электроблокировкой на переменном сигнальном токе частотой 25 Гц и 75 Гц в РЦ.

Дроссель-трансформатор ДТ и дроссель ДГ имеет средний вывод, предназначенный для пропуска двойной силы тока. Так дроссель ДГ-150 и путевой дроссель-трансформатор ДТ-1-150 пропускают переменный ток номиналом в 150 А, средний вывод — 300 А. Соответственно дроссель ДГ-300 и дроссель-трансформатор ДТ-1-300 рассчитаны на пропуск тока силой в 300 А, средний вывод — 600 А.

Чем отличается дроссель от трансформатора

Главное отличие трансформатора от дросселя состоит в количестве обмоток и принципе работы.

Так путевой дроссель обладает одной обмоткой, сглаживает пульсацию постоянного тока за счёт запирания переменной составляющей.

Трансформатор имеет несколько обмоток и изменяет величину напряжения. Дроссель-трансформатор жд рассчитан на передачу через каждую секцию обмотки номинального тока в электрической тяге.

Маркировка ДТ

В обозначении ДТ первая цифра означает величину полного сопротивления основной обмотки переменному току частотой 50 Гц, вторая — значение тягового тока, на который рассчитана каждая полуобмотка дроссель-трансформатора.

Если маркировка ДТ начинается с цифры “2”, это свидетельствует о том, что такой дроссель-трансформатор сдвоенный. Например, путевой дроссель-трансформатор 2ДТ-1-300 в одном корпусе содержит два дроссель-трансформатора ДТ-1-300.

Аббревиатура ДТЕ свидетельствует о том, что данный дроссель-трансформатор не нуждается в обслуживании в процессе эксплуатации. Подробнее с ДТЕ можно ознакомиться тут.

Если же марка ДТ содержит литеры “Г” и “М”, это говорит о том, данный дроссель-трансформатор ДТ имеет залитую герметиком (герметизированную) обмотку и не нуждается в заливке маслом.

Коэффициент трансформации и габариты

Коэффициент трансформации (n) — соотношение напряжений в режиме холостого хода напряжения вторичной обмотки к напряжению первичной обмотки, без учёта падения напряжения. Или, иными словами, коэффициент трансформации n — соотношение между количеством витков первичной и вторичной обмоток.

В НКА-СтройСервис имеются в наличии:
дроссели: ДГ-150 и ДГ-300 — 388×514×207 мм
дроссель-трансформаторы переменного тока:
• ДТ-1МГ1-150 
• ДТ-1МГ1-300 
• 2ДТ-1МГ1-150 
• 2ДТ-1МГ1-300
• ДТ-1МГ-150 — 460×535×208 мм
• ДТ-1МГ-300 — 460×535×208 мм
• 2ДТ-1МГ-150 — 530×515×208 мм 
• 2ДТ-1МГ-300 — 530×515×208 мм 
• ДТ-1-150 — n=3; 535×335×325 мм; 51 кг 
• ДТ-1-300 — n=3; 500×300×310 мм; 51 кг
• 2ДТ-1-150 — n=3; 520×520×310 мм; 88 кг 
• 2ДТ-1-300 — n=3; 500×500×310 мм; 100 кг
дроссель-трансформаторы постоянного тока:
• ДТ-0,2-1000 — n=17; 670×460×375 мм; 157 кг 
• ДТ-0,2-1000 — n=23; 670×460×375 мм; 157 кг 
• ДТ-0,2-1000 — n=40; 670×460×375 мм; 157 кг 
• ДТ-0,2-500 — n=17; 670×460×375 мм; 120 кг 
• ДТ-0,2-500 — n=23; 670×460×375 мм; 120 кг 
• ДТ-0,2-500 — n=40; 670×460×375 мм; 120 кг 
• ДТ-0,6-1000 — n=3; 840×475×400 мм; 235 кг 
• ДТ-0,6-1000 — n=15; 840×475×400 мм; 235 кг 
• ДТ-0,6-1000 — n=38; 840×475×400 мм; 235 кг 
• ДТ-0,6-500 — n=3; 845×475×395 мм; 200 кг 
• ДТ-0,6-500 — n=15; 845×475×395 мм; 200 кг 
• ДТ-0,6-500 — n=38; 845×475×395 мм; 200 кг 

Продажа ДТ и ДГ осуществляется по ценам завода-изготовителя. У нас возможно не только купить ДТ с доставкой к месту эксплуатации. По заявке наши специалисты могут установить дроссель-трансформатор или дроссель ДГ на станции или перегоне в полном соответствии со всеми действующими техническими документами и нормативными актами.

Звоните нам: (812) 677-97-98.

Индуктивность.

У катушки, намотанной на сердечник, кроме реактивного(X_l) имеется и активное сопротивление(R). Таким образом, полное сопротивление катушки индуктивности равно сумме активной и реактивной составляющих.

Как работает трансформатор.

Рассмотрим работу дросселя собранного на замкнутом магнитопроводе и подключенного в виде нагрузки, к источнику переменного тока. Число витков и магнитная проницаемость сердечника подобраны таким образом, что его реактивное сопротивление велико, ток протекающий в цепи соответственно — нет.

Ток, переодически изменяя свое направление, будет возбуждать в обмотке катушки (назовем ее катушка номер 1) электромагнитное поле, направление которого будет также переодически меняться — перемагничивая сердечник. Если на этот же сердечник поместить дополнительную катушку(назовем ее — номер 2), то под действием переменного электромагнитного поля сердечника, в ней возникнет наведенная переменная Э.Д.С.

Если количество витков обеих катушек совпадает, то значение наведенной Э.Д.С. очень близко к значению напряжения источника питания, поданного на катушку номер 1. Если уменьшить количество витков катушки номер 2 вдвое, то значение наведенной Э.Д.С. уменьшится вдвое, если количество витков наоборот, увеличить — наведенная Э.Д.С. также, возрастет. Получается, что на каждый виток, приходится какая-то определенная часть напряжения.

Обмотку катушки на которую подается напряжение питания (номер 1) называют первичной, а обмотка, с которой трансформированое напряжение снимается — вторичной.

Отношение числа витков вторичной(N_p) и первичной (N_s) обмоток равно отношению соответствующих им напряжений — U_p(напряжение первичной обмотки) и U_s(напряжение вторичной обмотки).

Таким образом, устройство состоящее из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в цепи переменного тока можно использовать для изменения питающего напряжения — трансформации. Соответственно, оно так и называется — трансформатор.

Если подключить к вторичной обмотке какую-либо нагрузку, в ней возникнет ток(I_s). Это вызовет пропорциональное увеличение тока(I_p) и в первичной обмотке. Будет верным соотношение:

Трансформаторы могут применяться как для преобразовния питающего напряжения, так и для развязки и согласования усилительных каскадов. При работе с трансформаторами необходимо обратить внимание на ряд важных параметров, таких как:
1. Допустимые токи и напряжения для первичной и вторичной обмоток.
2. Максимальную мощность трансформатора — мощность которая может длительное время передаваться через него, не вызывая перегрева обмоток.
3. Диапазон рабочих частот трансформатора.

Параллельный колебательный контур.

Если соединить катушку индуктивности и конденсатор — получится очень интересный элемент радиотехники — колебательный контур. Если зарядить конденсатор или навести в катушке Э.Д.С., используя электромагнитное поле — в контуре начнут происходить следующие процессы: Конденсатор разряжаясь, возбуждает электромагнитное поле в катушке индуктивности. Когда заряд истощается, катушка индуктивности возвращает запасенную энергию обратно в конденсатор, но уже с противоположным знаком, за счет Э.Д.С. самоиндукции. Это будет повторяться снова и снова — в контуре возникнут электромагнитные колебания синусоидальной формы. Частота этих колебаний называется резонансной частотой контура, и зависит от величин емкости конденсатора(С), и индуктивности катушки (L).

Параллельный колебательный контур обладает очень большим сопротивлением на своей резонансной частоте. Это позволяет использовать его для частотной селекции(выделения) в входных цепях радиоаппаратуры и усилителях промежуточной частоты, а так же — в различных схемах задающих генераторов.

Калькулятор расчета индуктивности однослойной катушки.