Устройство и назначение дроссель-трансформатора

Для стабилизации повышенных тяговых токов и увеличенных токов асимметрии используются дроссель-трансформаторы. Дросселем называется катушка индуктивности, которая способна убрать помехи, сглаживать пульсацию тока, развязывать части схемы друг от друга по высокой частоте, а также накапливать энергию в магнитном поле. Устройство носит название «реактора» (последний не нуждается в применении привода и других движущих сил, а работает по принципу динамики).

Таким образом, главным назначением дросселя является задержка тока определенного частотного диапазона или накапливание энергии за определенный промежуток времени в магнитном поле. Накопленная энергия применяется в различных областях промышленности и в бытовых условиях. Давайте узнаем об этом больше.

Принцип работы

В основе принципа работы лежит принцип самоиндукции катушки. В конструкции прибора присутствует всего лишь одна обмотка, но ввиду принципа работы и области применения устройство часто называют дроссель-трансформатором.

Катушка прибора состоит из изолированных между собой пластин (чаще всего стальных или ферромагнитных). Изолирование производится во избежание образования токов Фуко, которые создают помехи. Сердечник обладает большой индуктивностью, но при этом является мощным сдерживающим барьером (например, при сильном росте или спаде напряжения в сети).

Устройство способно выдержать различные диапазоны колебаний:

• низкие (от 20 Гц до 20 кГц);
• средние (или ультразвуковые, от 20 до 100 кГц);
• высокие (свыше 100 кГц).

Высокочастотные дроссели отличаются по конструкции от низко- и среднечастотных.

Разновидности

Приборы делятся на:

1. Низкочастотный дроссель-трансформатор внешне похож на примитивный железный трансформатор. Отличием является компоновка с одной обмоткой. Катушка оказывает значительное противодействие изменению тока в цепи – при его понижении прибор способен поддержать необходимый уровень, а при повышении – снижать.
2. Высокочастотные схемы являются более распространенными. Катушки таких приборов навиваются на сердечники (ферритовые, стальные) или на пластмассовый каркас. При работе с волнами среднего или длинного диапазона часто применяется секционная намотка.

Дроссель с сердечником обладает меньшими габаритами, нежели без него.

Основными параметрами прибора является индуктивность (единица измерения – Гн) и сопротивление (Ом). Важными характеристиками считаются напряжение, номинальный ток и добротность.

Область применения и назначение дросселей постоянного тока

Устройства, например, дроссель-трансформатор ДТ-0.6-1000, предназначены для установки на железнодорожных путях, которые оборудованы автоблокировкой переменного и электрической тягой постоянного тока. Также приборы приведенного типа применяются для стыкования систем электрической тяги.

По назначению дроссель-трансформаторы бывают следующими:

1. Дроссели, которые работают на вторичных импульсных источниках питания. Вначале катушкой накапливается энергия от первоисточника в собственном магнитном поле, а затем возвращает ее в нагрузку.
2. Дроссели для пуска двигателей. В данном случае приборы выступают ограничителем пусковых и тормозных токов. Для приводов, мощность которых не превышает 30 кВт, конструкция дросселя имеет сходное устройство с трехфазным трансформатором.
3. Дроссель насыщения. Применяется в стабилизаторах напряжения и в некоторых преобразователях (например, феррорезонансных). Также прибор используется в магнитных усилителях, где сердечник изменяет индуктивное сопротивление цепи подмагничиванием.
4. Сглаживающие дроссели. Применяются для устранения пульсаций выпрямленного тока (например, при отсутствии конденсаторов в ламповых усилителях).

Также приборы широко применяются в сварочном деле, при установке освещения, в системах сигнализации, централизации, блокировки автоматики, механики и т. д.

Основные элементы устройства. Технические характеристики

Основными элементами устройства являются:

• сердечник;
• ярмо;
• чугунный корпус;
• крышка;
• муфта;
• труба;
• дополнительная обмотка;
• уплотнитель.

В технических характеристиках указывают: число витков, полное сопротивление и коэффициент трансформации в основной и дополнительной обмотках. Например, в дроссель-трансформаторе ДТ 500 число витков основной обмотки – 7+7, дополнительной – 1560, 322, 1238. Полное сопротивление при этом оставляет 0,2–0,22 Ом, а коэффициент трансформации – 40, 23 и 17.

Отличие устройств по цветовой маркировке

Каждый прибор электронного дроссель-трансформатора маркируется в зависимости от своих параметров. Для упрощения расшифровки длинных и сложных аббревиатур была введена цветовая маркировка.

Последняя являет собой шифр из нескольких цветных колец, определяющих индуктивность устройства. Первые два показывают номинальную индуктивность, третье – множитель, а последнее – допуск. Такие различия позволяют даже мастеру-новичку с легкостью определить подходящий прибор.

Важно! Если на дросселе показано лишь 3 кольца, то его допуск равен 20 %.

Устройство дросселя и его назначение на примере железнодорожного пути

На некоторых участках железных дорог устанавливаются рельсовые цепи переменного тока. На данных (электрофицированных) участках контактный провод является прямым проводником тока электровозам, а обратным служат рельсовые нити и земля.

В случае, когда ток пропускается по обеим рельсовым нитям, то устраиваемая рельсовая цепь переменного тока называется двухниточной. В этом случае назначением дроссель-трансформатора является пропуск обратного тягового тока в обход изоляционных стыков по каждую сторону. Каждое устройство имеет две обмотки: основную и дополнительную.

Во время движения состава ток протекает по обеим половинам обмотки дроссель-трансформатора, далее токи сталкиваются в средней точке и вновь разветвляются в направлении тяговой подстанции. Правильная установка приборов обеспечивает отсутствие влияние тягового тока на аппаратуру.

Дроссель-трансформатор ДТ 1000

Такой прибор рассчитан на пропуск тягового тока 1000 А по каждой секции новой обмотки. В среднем, вывод обмотки – 2000 А.

Диапазон рабочих температур прибора составляет от минус 50 до +45 градусов.

Коэффициент трансформации в приведенной модели может составлять 40, 23, 17. Габаритные размеры: 670 х 480 х 380 мм. Масса дроссель-трансформатора ДТ 1000 составляет 157 кг (±3 кг).

Аналоги дросселей

Большинство являются габаритными. Для того чтобы сохранить параметры и при этом уменьшить площадь дросселя, катушку заменяют полупроводниковым стабилизатором. В конечном итоге получается электронный дроссель.

Устройство дроссель-трансформатора способно стабилизировать колебания напряжения и уменьшить его пульсацию.

Важно! Поскольку электродроссель является полупроводниковым устройством, его нельзя применять в высокочастотных приборах.

Расчет дросселя

В методиках расчета дроссель-трансформатора применяются методы нечеткой логики, нейронных сетей, резольвента Ла-Гранджа и т. д. Современные программы позволяют вычислить необходимые параметры прибора всего за несколько минут. Весь процесс расчета состоит из таких этапов:

1. Вводятся необходимые данные (точки кривой намагничивания, материал сердечника и т. д.).
2. Далее программа выдает данные о кривой намагничивания, корректирует значения и ошибки.
3. Система подсчитывает геометрические параметры модели сердечника.

Воздушный зазор в приборе можно рассчитать самостоятельно, используя при этом формулу:

L•I ²/V, где:

L – индуктивность обмотки дросселя, Гн;

I – сила постоянного тока, проходящего по обмотке, А;

V – объем железного сердечника.

Величина ∂, которая необходима для подсчета зазора стального сердечника, находится по специальной номограмме.

Например, при условиях, что L = 20 Гн, I = 60 мА, V = 40 см ³, то

L•I ²/V= 10•3600•10-6/40 = 9•10 ^-4.

По номограмме определяется значение ∂ = 20•10-3= 0,2 мм.

Исходя из этого, зазор с каждой стороны должен составлять по 1 мм.

Как изготовить дроссель самостоятельно

Для того чтобы самостоятельно сделать из дросселя трансформатор, необходимо подсчитать количество витков на вольт для имеющегося сердечника. Затем дроссель аккуратно разбирается и производится процесс обмотки будущего трансформатора. При сборке следует учитывать, что зазор, который присутствовал в дросселе до разборки, следует устранить.

Также можно изготовить трансформатор из дросселей. Количество используемого материала напрямую зависит от предназначения изобретения.

Технологический процесс замены дроссель-трансфоматора

Переустановка и снятие дроссель-трансформатора производится в следующем порядке:

1. После получения разрешения на поведение работ снимается электропитание.
2. Далее демонтируется защитный кожух.
3. После проведения вышеописанных операций следует освободить от грунта изолирующую трубу ввода кабеля и очистить запас кабеля.
4. Далее откручиваются гайки болтов крепления и снимается крышка кабельной стойки.
5. Затем отсоединяются кабельные жилы и вытягивается кабель из стойки изоляционной трубы.

Установка электротяговых соединителей в обход производится в следующем порядке:

1. Демонтируется по одному соединению штепсель-перемычки дросселя и рельс по обеим сторонам изолирующих стыков, для чего на каждом из них следует открутить и снять контргайку, гайку открутить до конца резьбы, выбить штепсель из рельса, отсоединить перемычку от рельса.
2. В освободившиеся отверстия установить штепсели соединителей. Накрутить на них гайки и закрепить их до упора.

Установка и монтаж дроссель-трансформатора производится в порядке, обратном демонтажным работам.

Важно! Перед установкой следует внимательно ознакомиться с инструкцией и порядком проведения работ. Необходимо учитывать место установки дросселя (на питающем конце либо на секциях) в зависимости от его разновидности и назначения.

Техника безопасности при проведении работ

При установке путевого дроссель-трансформатора следует придерживаться правил техники безопасности и охраны труда:

1. Работа выполняется бригадой, один из членов которой обязан следить за движением поездов. Перед проведением работ следует провести инструктаж по технике безопасности.
2. Замена дроссель-трансформатора на конце рельсовой цепи, от которой происходит питание, производится при снятом напряжении путем отсоединения проводов с обмотки трансформатора в релейном шкафу сигнальной установки или изъятия дужек на кроссовом штативе электрической централизации. После того как напряжение снято, при помощи измерительных приборов необходимо убедиться в том, что напряжение в ранее отключенных проводах отсутствует. В месте отключения от питания электротоком вывешивается запрещающий плакат «Не включать! Работают люди».
3. Все земляные работы производятся в рукавицах.
4. При проведении погрузочно-разгрузочных работ запрещается находиться в зоне манипуляций с грузом.

Важно! Прежде чем приступить к выполнению работ, следует обеспечить бесперебойную цепь протекания обратного тягового тока путем установки временных перемычек требуемого сечения в обход изоляционных стыков.

Если во время проведения работ приближается поезд, следует заблаговременно покинуть объект на безопасное расстояние и убрать инструмент.

В экстренных случаях необходимо оказать первую медицинскую помощь пострадавшему, вызвать бригаду скорой помощи и сообщить о случившемся главному по участку.

Подключение любых переносных измерителей к электроцепям, которые находятся под напряжением, допускается лишь при наличии на проводах приборов специальных наконечников с изоляцией.

Естественно, что бригада, не прошедшая курс специальной подготовки и инструктаж по ТБ, к работе не допускается.