Удосконалення сигнального трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Удосконалення сигнального трансформатора

Жемчугов М.І., доцент (ДонІЗТ)

Семікова Т.І., доцент (ДонІЗТ)

Павленко Ю.М., головний інженер (ШЧ-5, Донецької залізниці)

В системах автоматики залізниці одним з найбільш розповсюджених трансформаторів малої потужності є сигнальний трансформатор типу СТ. Цей трансформатор застосовується для живлення ламп світлофорів та маршрутних вказівників.

За конструкцією цей елемент автоматики вважається найпростішим - магнітопровід та дві обмотки, тож і підхід до його розрахунку і побудови у якійсь степені легковажний.

Але ж робота світлофорів та маршрутних вказівників повинна бути надійна. Тож у залізничної автоматики не може бути вторинних та головних елементів - всі вони у однаковій степені відповідають за безпечний рух поїздів.

Серед усіх негараздів, що виникають при роботі та обслуговуванні світлофора, найбільша їх частина пов'язана з сигнальним трансформатором (СТ).Так, габаритні розміри СТ знаходяться на границі (межі) конструктивних розмірів стакана світлофорної головки, де він розташовується. Це ускладнює роботи з технічного обслуговування при заміні СТ а також не дає можливості ізолювати магнітопровід трансформатора від корпуса стакана світлофора. З цієї причини важко також усунути вологопроникність у стакан головки світлофора. Такі негаразди створюють умови до передчасного виходу СТ з ладу.

Крім того, низькі енергетичні показникі трансформатора, зокрема, як показала практика, недостатня величина напруги на затискачах вторинної обмотки, великий струм неробочого режиму, а також великі втрати у трансформаторі, з-за яких невеликий ККД.

Таким чином, удосконалення існуючої конструкції сигнального трансформатора з метою зменшення конструктивних розмірів та збільшення потужності і ККД є актуальним питанням і потребує найшвидшого виконання.

Визначення геометричного розміру магнітопровіда СТ основний вираз, за яким оцінюють геометричний розмір трансформатора та його енергетичні показникі, має такий вигляд:

. (1)

У цьому виразі:

- наближене значення площі перерізу стрижня магнітопровіда;

- наближене значення площі вікна магнітопровіда.

Права частина виразу (1) - це вихідні електромагнітні дані СТ.Тож, до розрахунку СТ повинні бути відомі такі дані:

- потужність навантаження;

- коефіцієнт потужності навантаження. Оскільки навантаженням є лампи розжарювання, тобто чисто резистивний характер навантаження, то =0, а = 1.

- максимальне значення магнітної індукції у стрижні магнітопровіда;

- коефіцієнти заповнення магнітопровіда сталлю та вікна магнітопровіда міддю відповідно;

- густина струму у дроті вторинної обмотки;

- частота напруги джерела живлення;

- частка площі вікна магнітопровіда, що займає вторинна обмотка.

З виразу (1), визначають добуток наближеного значення геометричного розміру магнітопровіда , відокремивши SСТ від Sв, визначається у SСТ, що дорівнює а х b,ширину а та товщину b стрижня, а у Sв, що дорівнює h х c, висоту h та ширину c вікна магнітопровіда. Але фахівці найчастіше користуються стандартними конструктивними розмірами магнітопроводів і визначають площину вікна стандартного осердя Sв= h х c та площину перерізу стрижня стандартного осердя SСТ =а х b. Добуток стандартних значень Sв SСТ повинен збігатись з наближеним значенням геометричного розміру магнітопровіду , або бути трохи більшим, але ні в якому разі не меншим.

Визначення кількості витків первинної та вторинної обмоток спочатку наближенно задають втрати напруг ДU1 первинній обмотці та ДU2 у вторинній обмотці СТ при номінальному навантаженні. Вони складають від 5 % до 10 % від номінальної напруги Uном на затискачах обмоток і потім визначають напруги Uф1 та Uф2, що зрівноважують ЕРС самоіндукції Eф1і Eф2 відповідно, за виразом:

сигнальний трансформатор обмотка потужність

Uф = Еф = Uном (1 - ДU ·10-2). (2)

Далі за виразом визначають кількість витків первинної W1 та вторинної W2 обмоток і коефіцієнт трансформації КТ

, (3)

. (4)

Визначення реактивної (намагнічувальної) складової струма неробочого режиму у первинній обмотці СТ,застосовуючи закон повного струму, знаходять кількісний зв'язок між напруженістю магнітного поля Нm у магнітопроводі СТ і амплітудою реактивного струма неробочого режиму Iоmр у первинній обмотці. .

На підставі цього закону складають рівняння у вигляді:

Нmс lc + Нmn·дe = Iоmр·W1,

де Нmс - амплітудне значення напруженісті магнітного поля у стрижні магнітопровіда СТ, визначається Нmс з кривої намагнічування Bm(Нm) для заданої електротехнічної марки сталі, з якої виконан магнітопровід СТ.

lc - довжина середньої магнітної лінії магнітопровіда - у стріжні і ярмі;

Нmn - амплітудне значення напруженісті магнітного поля у повітряному проміжку магнітопровіда СТ, визначається Нmn за таким виразом:

, де мо = 4р? 10-7 Гн / м.

дe - еквівалентний повітряний проміжок у стиках магнітопровіда СТ.

Фахівці при розрахунку трансформатора з пластин частим магнітопровідом (а саме такий магнітопровід має існуючий СТ) приймають значення дe від 0.1 до 0.2 мм, а при розрахунку трансформатора з стрічковим магнітопровідом дe має значення від 0.01 до 0.03 мм, розрахувавши Iоmр, визначають діюче значення реактивного (намагнічувального) струму неробочого режиму у первинній обмотці СТ за виразом:

,

де о враховує несинусоїдність струма і є функцією Вm.

Визначення активної складової струма неробочого режиму у первинній обмотці СТ, активну складову струма неробочого режиму Ioa визначають за таким иразом:

,

де Рс -втрати у осерді, що залежать від питомих втрат у сталі рсm та маси сталі магнітопровіда Gc.Значення рсm знаходять з довідковій літератури до відповідній марки сталі. Тоді

Рс = рсm? Gc.

Маса сталі магнітопровіда Gc визначається так:

Gc = гс lc ScТ Kc,

де гс - густина сталі;

lc - довжина середньої магнітної лінії у стрижні та ярмі осердя;

ScТ - переріз стрижня стандартного магнітопровіду.

Знайдені та дають можливість визначити повний струм неробочого режиму у первинній обмотці СТ за виразом:

.

Повний струм у первинній обмотці СТ при номінальному навантаженні I1 (робочий режим) знаходять так:

,

де Ia1 = + ; Iр1 = + .

У цих виразах та є зведені активний і реактивний складові струма вторинної обмотки.

Для розрахунку та спочатку визначають повний струм I2 у вторинній обмотці СТ. Він дорівнює струму навантаження, тобто I2 = Iн і визначається за виразом:

.

Оскільки цн = 0 (резистивне навантаження), то соsцн =1, а Xн = 0 і

Rн =.

Активний опір дроту вторинної обмотки R2 визначається так:

,

де см - питомий електричний опір дроту;

lсв2 - середня довжина витка вторинної обмотки;

- наближене значення перерізу дроту вторинної обмотки.

Визначається

як ,

де j2 - густина струму у дроті.

Індуктивний опір XS2 від потоку розсіювання визначають з повного опору ДZ2, що зумовлює спад напруги ДU2, за виразом:

ДZ2=

При відомому R2 визначають XS2,потім визначають кут ш2, як

,

Iа2 =I2 ?cos ш2 та Iр2 =I2 ?sinш2.

При відомому коефіцієнті трансформації КТ визначають зведені активний і реактивний складові струма вторинної обмотки СТ.

Визначення розмірів дротів у первинній та вторинній обмотках СТ при даних густинах струмів у дротах обмотків визначають наближені значення перерізів дротів первинної та вторинної обмоток та наближені значення діаметрів дротів (без золяції).

Користуючись довідковою літературою, вибирають найближчі стандартні значення діаметрів і марку дроту з ізоляцією.

Визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) СТ ККД СТ з розраховують за таким виразом:

з = ,

де РС -втрати у осерді СТ;

РМ - електричні втрати у активних опорах первинної та вторинної обмоток (втрати у міді) СТ.

Визначають РМ таким чином:

РМ = Rдр1?I+Rдр2?I,

де активний опір обмоток Rдр визначається так:

для первинної і вторинної обмоток відповідно.

Розташування обмоток у вікні магнітопровіда СТ

Розташування обмоток у такими виразами:

W1?S=(1- n)?Sв?Км; W2 ?S = n?Sв?Км,

де S, - стандартні значення перерізів дротів з ізоляцією.

Для розрахунку СТ повинні бути відомі такі дані:

Потужність навантаження Рн, коефіцієнт потужності соsцн Для лампи розжарювання соsцн = 1. Вm - максимальне значення магнітної індукції у стріжні магнітопровіда. Це значення задають у межах коліна кривої намагнічування для відомої марки сталі.

Повинні бути відомі також величини: напруга джерела живлення U1,напруга на затискачах навантаження U2 = Uн, спад напруги у первинній обмотці ДU1 та спад напруги у вторинній обмотці ДU2.Крім того, задають також коефіцієнт заповнення вікна магнітопровіда міддю КМ, коефіцієнт заповнення магнітопровіда сталлю КС, густину струму у дроті вторинної обмотки j2 та марку сталі.

Слід зазначити, що в цьому випадку застосовують магнітопровід броньовий стрічковий типу ШС.

Висновок

1. При застосуванні у сигнальному трансформаторі магнітопровіду типу ШС (броньовий стрічковий) дає можливість зменшити габарити та підвищити у цих габаритах потужність до 20%.

2. Застосування магнітопровіду типу ШС дає можливість зменшити кількість витків у обмотках, що робить трансформатор дешевшим.

3. Застосування сигнального трансформатора типу ШС підвищить надійність його роботи у стакані світлофорної голівки.

Література

1. Кальян Р.Х. Трансформаторы для радиоэлектроники.Москва - 1971, стр. 720.

2. Ермолин Н.П. Расчет трансформаторов малой мощности.Энергия - 1968, стр.187.

3. Сидоров И.Н. и др. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники.Москва - 1989, стр. 384.

4. Чередков М.Н. Устройство СЦБ, их монтаж и обслуживание.М.: Транспорт, 1992.- 311 с.

5. Архипов Е.В., Гуревич В.Н. Справочник електромонтера СЦБ.М.: Транспорт, 2000.

Размещено на Allbest.ru