Как известно, дросселем называется катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь последовательно с нагрузкой для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи. Дроссели обладают высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному току.
Подобно трансформаторам, дроссели могут быть выполнены на магнитопроводах различной конструкции. Наилучшие показатели имеют дроссели тороидальной конструкции. Это связано с тем, что такие дроссели имеют лишь один воздушный зазор, в то время как дроссели любой другой конструкции — не менее двух воздушных зазоров. Наличие воздушного зазора обеспечивает необходимую линейность характеристики дросселя, но зазор также является причиной дополнительных потерь в стали магнитопровода. Следовательно, дроссель с одним воздушным зазором имеет меньшие потери, чем дроссель с двумя и более зазорами. Кроме того, тороидальный дроссель имеет меньшие габариты и массу в сравнении с дросселями иных конструкций, следовательно — и меньшую стоимость, меньшие поля рассеяния.
Основными параметрами дросселя являются индуктивность L и наибольшее действующее значение переменного тока I. Именно эти два параметра определяют массогабаритные показатели дросселя. Для всех дросселей температура перегрева (то есть превышение температуры дросселя над температурой окружающей среды) не превышает 60 градусов.
Тульский завод трансформаторов выпускает тороидальные дроссели, основные параметры которых указаны в табл. 1.
Табл. 1. Основные параметры дросселей переменного тока при частоте 50 Гц
| Типономинал дросселя | Индуктив- ность при номинальном токе, Гн |
Номинальный рабочий ток (действующее значение) ,А |
Падение переменного напряжения при номинальном токе и частоте 50 Гц,В | Сопротивление обмотки постоянному току,Ом | Габаритная (типовая) реактивная мощность, ВАр | Габаритные размеры (диаметр x высота) ,мм |
Масса дросселя, не более, кг |
| ОСМ Д1-0,5-0,8 | 0,5 | 0,80 | 125 | 14 | 100 | 110×40 | 0,80 |
| ОСМ Д1-0,2-1,25 | 0,2 | 1,25 | 80 | 5,7 | |||
| ОСМ Д1-0,08-2,0 | 0,08 | 2,00 | 50 | 2,3 | |||
| ОСМ Д1-0,0315-3,15 | 0,0315 | 3,15 | 32 | 0,9 | |||
| ОСМ Д1-0,0125-5,0 | 0,0125 | 5,0 | 20 | 0,4 | |||
| ОСМ Д1-0,005-8,0 | 0,005 | 8,0 | 12,5 | 0,2 | |||
| ОСМ Д2-0,500-1,0 | 0,5 | 1,0 | 160 | 11 | 160 | 110×50 | 1,1 |
| ОСМ Д2-0,2-1,6 | 0,2 | 1,60 | 100 | 4,3 | |||
| ОСМ Д2-0,08-2,5 | 0,08 | 2,5 | 63 | 1,8 | |||
| ОСМ Д2-0,0315-4,0 | 0,0315 | 4,0 | 40 | 0,7 | |||
| ОСМ Д2-0,0125-6,3 | 0,0125 | 10,0 | 25 | 0,3 | |||
| ОСМ Д2-0,005-10,0 | 0,005 | 10 | 16 | 0,1 | |||
| ОСМ Д3-0,5-1,25 | 0,5 | 1,25 | 200 | 9,1 | 250 | 130×50 | 1,9 |
| ОСМ Д3-0,2-2,0 | 0,2 | 2,00 | 125 | 3,6 | |||
| ОСМ Д3-0,08-3,15 | 0,08 | 3,15 | 80 | 1,4 | |||
| ОСМ Д3-0,0315-5,0 | 0,0315 | 5,0 | 50 | 0,6 | |||
| ОСМ Д3-0,0125-8,0 | 0,0125 | 8,0 | 32 | 0,3 | |||
| ОСМ Д3-0,005-12,5 | 0,005 | 12,5 | 20 | 0,1 | |||
| ОСМ Д4-0,5-1,6 | 0,5 | 1,60 | 250 | 6,6 | 400 | 125×60 | 2,5 |
| ОСМ Д4-0,2-2,5 | 0,2 | 2,5 | 160 | 2,7 | |||
| ОСМ Д4-0,08-4,0 | 0,08 | 4,0 | 100 | 1,1 | |||
| ОСМ Д4-0,0315-6,3 | 0,0315 | 6,3 | 63 | 0,5 | |||
| ОСМ Д4-0,0125-10,0 | 0,0125 | 10,0 | 40 | 0,2 | |||
| ОСМ Д4-0,005-16,0 | 0,005 | 16,0 | 25 | 0,1 | |||
| ОСМ Д5-0,500-2,0 | 0,5 | 2,00 | 315 | 5 | 630 | 140×65 | 3,5 |
| ОСМ Д5-0,2-3,15 | 0,2 | 3,15 | 200 | 2 | |||
| ОСМ Д5-0,08-5,0 | 0,08 | 5,0 | 125 | 0,8 | |||
| ОСМ Д5-0,0315-8,0 | 0,0315 | 8,0 | 80 | 0,3 | |||
| ОСМ Д5-0,0125-12,5 | 0,0125 | 12,5 | 50 | 0,15 | |||
| ОСМ Д5-0,005-20,0 | 0,005 | 20,0 | 32 | 0,05 | |||
| ОСМ Д6-0,5-2,5 | 0,5 | 2,5 | 400 | 4,1 | 1000 | 135×85 | 5,1 |
| ОСМ Д6-0,2-4,0 | 0,2 | 4,0 | 250 | 1,6 | |||
| ОСМ Д6-0,08-6,3 | 0,08 | 6,3 | 160 | 0,64 | |||
| ОСМ Д6-0,0315-10,0 | 0,0315 | 10,0 | 100 | 0,25 | |||
| ОСМ Д6-0,0125-16,0 | 0,0125 | 16,0 | 63 | 0,1 | |||
| ОСМ Д6-0,005-25,0 | 0,005 | 25,0 | 40 | 0,04 | |||
| ОСМ Д7-0,5-3,15 | 0,5 | 3,15 | 500 | 2,3 | 1600 | 160×90 | 7,4 |
| ОСМ Д7-0,2-5,0 | 0,2 | 5,0 | 315 | 1,2 | |||
| ОСМ Д7-0,08-8,0 | 0,08 | 8,0 | 200 | 0,5 | |||
| ОСМ Д7-0,0315-12,5 | 0,0315 | 12,5 | 125 | 0,2 | |||
| ОСМ Д7-0,0125-20,0 | 0,0125 | 20 | 80 | 0,08 | |||
| ОСМ Д7-0,005-32,0 | 0,005 | 32 | 50 | 0,03 | |||
| ОСМ Д8-0,5-4,0 | 0,5 | 4,0 | 630 | 2,3 | 2500 | 180×110 | 11,5 |
| ОСМ Д8-0,2-6,3 | 0,2 | 6,3 | 400 | 0,95 | |||
| ОСМ Д8-0,08-10,0 | 0,08 | 10,0 | 250 | 0,37 | |||
| ОСМ Д8-0,0315-16,0 | 0,0315 | 16,0 | 160 | 0,15 | |||
| ОСМ Д8-0,0125-25,0 | 0,0125 | 25,0 | 100 | 0,06 | |||
| ОСМ Д8-0,005-40,0 | 0,005 | 40,0 | 63 | 0,025 | |||
| ОСМ Д9-0,5-5,0 | 0,5 | 5,0 | 800 | 1,8 | 4000 | 210×110 | 16,5 |
| ОСМ Д9-0,2-5,0 | 0,2 | 5,0 | 500 | 0,7 | |||
| ОСМ Д9-0,08-12,5 | 0,08 | 12,5 | 315 | 0,28 | |||
| ОСМ Д9-0,0315-20,0 | 0,0315 | 20,0 | 200 | 0,11 | |||
| ОСМ Д9-0,0125-31,5 | 0,0125 | 31,5 | 125 | 0,04 | |||
| ОСМ Д9-0,005-50,0 | 0,005 | 50,0 | 80 | 0,018 | |||
| ОСМ Д10-0,2-10,0 | 0,2 | 10,0 | 630 | 0,53 | 6300 | 270×110 | 26,0 |
| ОСМ Д10-0,08-16,0 | 0,08 | 16,0 | 400 | 0,21 | |||
| ОСМ Д10-0,0315-25,0 | 0,0315 | 25,0 | 250 | 0,085 | |||
| ОСМ Д10-0,0125-40,0 | 0,0125 | 40,00 | 160 | 0,033 | |||
| ОСМ Д10-0,005-63,0 | 0,005 | 63,0 | 100 | 0,13 | |||
| ОСМ Д10-0,002-100,0 | 0,002 | 100,0 | 63 | 0,0055 | |||
| ОСМ Д11-0,2-12,5 | 0,2 | 12,5 | 800 | 0,34 | 10000 | 270×150 | 40,0 |
| ОСМ Д11-0,08-20,0 | 0,08 | 20,0 | 500 | 0,15 | |||
| ОСМ Д11-0,0315-31,5 | 0,0315 | 31,5 | 315 | 0,06 | |||
| ОСМ Д11-0,0125-50,0 | 0,0125 | 50,0 | 200 | 0,024 | |||
| ОСМ Д11-0,005-80,0 | 0,005 | 80,0 | 125 | 0,009 | |||
| ОСМ Д11-0,002-125,0 | 0,002 | 125,0 | 80 | 0,004 |
Типономинал дросселя состоит из буквенной части и цифровой части. Буквы ОСМ Д обозначают «однофазный сухой многоцелевой дроссель». Следующая цифра обозначает порядковый номер типономинала дросселя. В таблице все типономиналы объединены в 11 групп, каждая из которых характеризуется мощностью, габаритами и массой. Второе число в обозначении выражает индуктивность дросселя в Гн (генри), а третье число — номинальный рабочий ток дросселя (действующее значение) в амперах. Пример расшифровки условного обозначения. Типономинал ОСМ Д5-0,500-2,0 означает: однофазный сухой многоцелевой дроссель, типономинал №5, индуктивность 0,5 Гн, номинальный рабочий ток 2,0 А.
Типовая реактивная мощность дросселя — это произведение номинального рабочего тока и падения переменного напряжения на обмотке дросселя. Величина габаритной мощности (она измеряется в Вар`ах — вольт-ампер реактивный) зависит целиком и полностью от значений тока и индуктивности дросселя и характеризует массогабаритные показатели дросселя. Совокупность дросселей одной типовой мощности называют типоразмером.
Допустимые сочетания индуктивности и тока установлены государственным стандартом ГОСТ 17597-78. В соответствии с этим стандартом рекомендуемые значения индуктивностей следует выбирать кратными числам 315, 500, 800, 1250, 2000, а номинальные значения тока должны быть кратны числам 125, 250, 500, 1000. В табл.1 указаны шесть типономиналов для каждого типоразмера: первый типономинал имеет наибольшую индуктивность и наименьший рабочий ток среди дросселей данного типоразмера, а второй типоминал — наименьшую индуктивность и наибольший рабочий ток. При заказе дросселя с величинами индуктивности и тока, лежащими в промежутке между указанными значениями, следует выбирать значения этих параметров исходя из рекомендованных выше значений, при этом следует вычислить типовую мощность и выбрать ближайшее значение из табл. 1. Типовая мощность может быть вычислена по следующей приближенной формуле:
При этом предполагается, что частота тока, протекающего через дроссель, составляет 50 Гц. При другой частоте мощность также будет другая. Индуктивность и номинальный ток от частоты не зависят. Однако с ростом частоты увеличиваются потери в магнитопроводе, и температура перегрева дросселя возрастает.
Дроссель может быть изготовлен с двумя одинаковыми обмотками, которые могут использоваться независимо либо соединяться последовательно или параллельно. При последовательном соединении обмоток индуктивность увеличивается в 4 раза, при параллельном соединении индуктивность не изменяется, но увеличивается суммарный номинальный ток. При любом виде соединения обмоток типовая мощность дросселя остается неизменной.
Все дроссели пропитываются электротехническим лаком.
При заказе дросселя следует заполнить Как заказать.
Устройство дроссель-трансформатора
Дроссель-трансформатор — прибор, обеспечивающий прохождение тягового тока в обход изолирующего стыка.
Устройство ДТ представляет собой Ш-образный сердечник с ярмом, изготовленные из электротехнической стали. Основная и дополнительная обмотки располагаются на среднем стержне сердечника. Вся конструкция помещёна в чугунный корпус, заполненный трансформаторным маслом и закрытый крышкой. На крышке имеются пробки, через которые осуществляется контроль уровня масла.
В устройстве ДТ для участков с электротягой постоянного тока между ярмом и сердечником предусмотрена гетинаксовая пластина, обеспечивающая немагнитный (воздушный) зазор в магнитной цепи ДТ.
Основная обмотка (ОО) рассчитана на прохождение тягового тока и имеет 3 вывода, 2 из которых (крайние) подключаются к рельсовым линиям. Средний вывод подключается к среднему же выводу ДТ смежной РЦ.
Дополнительные обмотки (ДО) ДТ обеспечивают подключение приборов релейного и питающего концов РЦ. А так как эти приборы соединены с рельсовой линией индуктивно, снижается воздействие на работу РЦ постоянной составляющей тягового тока. Как правило, число витков в дополнительных обмотках больше количества витков в основных обмотках.
Дроссель-трансформатор: принцип работы
Дроссель-трансформаторы — согласующие трансформаторы, что обеспечивает независимость работы рельсовой цепи от величины сопротивления соединительных проводов. Это особенно ценно при длинных РЦ.
Принцип работы ДТ заключается в следующем: часть тягового тока Iт1, проходя по одному из рельсов, оказывается в одной полуобмотке ДТ. В это время другая часть тягового тока Iт2 течёт через вторую полуобмотку ДТ. Через перемычку суммарный ток Iт1+ Iт2 попадает в среднюю точку ОО смежного ДТ и, разделившись на 2 части, проходит по рельсовым нитям соседней РЦ.
Создаваемые токами, протекающими в полуобмотках, потоки направлены в разные стороны. По этой причине при Iт1= Iт2 разностный поток в сердечнике ДТ=0. В результате в ДО тяговый ток не наводит электродвижущую силу (ЭДС).
Сигнальный ток от источника питания рельсовой цепи попадает в обмотку реле так: ДО ДТ на питающем конце обтекается сигнальным переменным током. Это создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, под воздействием которого в ОО индуктируется переменная ЭДС.
Это, в свою очередь, приводит к возникновению в рельсовой линии сигнального тока Iс, который, проходя через ОО релейного ДТ, индуктирует в его ДО ЭДС. Под действием этой силы происходит срабатывание путевого реле И (в приведённой схеме РЦ — импульсное реле переменного тока). При этом сам ДТ на питающем конце РЦ выполняет роль понижающего, а на релейном — повышающего (токи Iс и Iт должны быть разными по частоте).
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:
- Часть тягового тока попадает на одну полуобмотку ДТ, перемещаясь по одной рельсе.
- Остальной ток идёт на вторую полуобмотку ДТ.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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:
В итоге получается 1,42.
После этого нужно приступить к вычислению µe. Это эффективная проницаемость. Она находится по формуле:
Значение будет равно 68.
Теперь потребуется рассчитать AL – коэффициент индуктивного сопротивления. Формула вычисления:
Полученный результат будет равен 208.
Зная все эти данные, можно приступить к расчёту LO². Для этого существует следующая формула:
