Требования к магнитным элементам в тяговых системах

Трансформаторы и дроссели используются во многих секторах железнодорожной энергетической инфраструктуры [1]. Особую группу этих устройств составляют компоненты, предназначенные для работы на борту рельсовых транспортных средств. Технология производства трансформаторов и дросселей для использования на тяговых транспортных средствах меняется по мере того, как меняются требования производителей железнодорожных систем привода. Вес преобразователя электропитания, часто расположенного на крыше рельсового транспортного средства, является важным параметром с точки зрения прочности конструкции и ограничений по весу транспортного средства.

Помимо технических спецификаций производителей приводов, ключевым источником ограничений и технологических требований являются национальные и европейские стандарты для оборудования подвижного состава.

Рекомендации, собранные в стандартах, можно разделить на общие требования к конструкции и методам испытаний оборудования (PN EN 60310), рекомендации относительно конструкции и испытаний на устойчивость к механическим воздействиям и вибрациям (PN EN 61373), и климатические предположения, точно определяющие условия эксплуатации оборудования и вытекающие из них правила согласования изоляции, величины воздушных и поверхностных изоляционных зазоров (PN EN 50124-1). Требования стандартов и определение условий эксплуатации меняются в зависимости от места расположения на рельсовом транспорте, на котором работает оборудование. Очень важной областью требований является 
противопожарная защита в рельсовых транспортных средствах (PN EN 45545). Эти требования влияют на выбор строительных и изоляционных материалов в соответствии с их классом горючести.
Трансформатор в железнодорожном исполнении типа 3ТТК

Конструкции и материалы
Силовые переключатели, созданные на основе карбида кремния, позволяют использовать более высокие частоты переключения в силовых электронных системах, что определенно меняет требования к индуктивным компонентам и трансформаторам [2]. Частоты коммутации в десятки или даже сотни кГц практически исключают сердечники трансформаторов и дросселей, пакетированные из типовых трансформаторных пластин. Используются современные сердечники из аморфных и нанокристаллических материалов с низкими потерями, а в случае дросселей — порошковые сердечники. Высокие индукции насыщения аморфных и нанокристаллических материалов (1,2-1,5 Тл) позволяют уменьшить массу магнитных компонентов в преобразователе. В диапазоне средних частот распространенная проблема чрезмерного магнитострикционного шума становится больше не актуальной.

Для высоких частот эффективно применяются ферриты, которые, несмотря на низкую индуктивность насыщения (0,4-0,5 Тл), используются во многих трансформаторах и дросселях. Модульная форма ферритовых составляющих позволяет создавать сердечники с размерами, соответствующими конкретному применению.

Во входных фильтрах используются индуктивные элементы с сердечником и без сердечника. Уменьшение массы и габаритов классических дросселей с сердечником из трансформаторной стали достигается за счет использования многощелевого сердечника [3]. Такая конструкция улучшает линейность характеристики индуктивности и снижает потери, что приводит к уменьшению веса и габаритов оборудования. Если требуется полная магнитная линейность и относительно небольшой вес, решением является использование в фильтре катушки без сердечника. Катушки без сердечника могут быть спроектированы для естественного или принудительного охлаждения воздуха.

Дополнительное снижение массы магнитных элементов может быть достигнуто путем изготовления обмоток с профилированными алюминиевыми проводниками. Обмотки магнитных элементов, предназначенных для применения на средних частотах, изготавливаются с использованием медных или алюминиевых проводников типа литцендрат, ограничивающих дополнительные потери в обмотке.

Однофазный сглаживающий дроссель с сердечником типа 1RTS

Скачать PDF

M. Лукевский — Приводы и управление 9/2017