Урок «Трансформаторы электровоза Ермак»
Принцип работы трансформатора: Принцип работы трансформатора основан на явлении взаимоиндукции. Любой трансформатор состоит из шихтованного магнитопровода, на котором намотаны первичная и вторичная обмотки, при этом вторичных обмоток может быть несколько. После подъема токоприемника (рис. 4) и включения ГВ по первичной обмотке тягового трансформатора будет протекать переменный ток I 1 . Этот ток создает переменный магнитный поток Ф 1 который замыкается по магнитопроводу, пересекает свою первичную обмотку и наводит в ней ЭДС самоиндукции E 1.
Рисунок 4. Принцип работы трансформатора
Магнитный поток Ф 1 пересекает вторичную обмотку трансформатора и наводит в ней ЭДС взаимоиндукции Е 2 . Величина ЭДС взаимоиндукции Е 2 во вторичной обмотке трансформатора зависит от величины питающего напряжения U 1 и от соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, т.е. от коэффициента трансформации K тр , который определяется соотношением K тр = W 1 / W 2 .
Если K тр > 1, то трансформатор понижающий.
Если K тр = 1, то — разделительный.
С помощью трансформатора, изменяя K тр , можно получить любую величину напряжения U 2 на вторичной обмотке трансформатора. КПД трансформатора очень высокий и составляет 99,6 %, поэтому мощность первичной обмотки трансформатора равна мощности его вторичной обмотки, т.е. можно написать равенство U 1 × I 1 = U 2 × I 2 . Из этого равенства видно, что в понижающих трансформаторах во сколько раз понижается напряжение U 2 , во столько же раз увеличивается ток I 1 во вторичной обмотке по сравнению с первичной обмоткой трансформатора.
Если произойдет короткое замыкание во вторичной обмотке трансформатора и по ней начнет протекать значительный ток I 2 , то пропорционально этому увеличится ток I 1 в первичной обмотке трансформатора. Связь между этими двумя токами I 1 и I 2 происходит через магнитный поток трансформатора. Коэффициент трансформации можно определить и по соотношениям токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора
В одном витке любой обмотки трансформатора наводится одна и та же ЭДС е = U 1 / W 1 .
Общий магнитный поток трансформатора Ф равен разности магнитных потоков Ф 1 и Ф 2 .
О — число фаз (однофазный);
Н — направленный поток масла и воздуха;
Д — принудительное воздушное дутьё;
Ц — принудительная циркуляция масла;
Э — для работы на электроподвижном составе;
4350 — мощность трансформатора в киловольт-амперах (кВА);
25 — номинальное напряжение сетевой обмотки в киловольтах (кВ);
П – подвесное исполнение;
У — номинальное значение климатических факторов по ГОСТ 15150-69;
2 — категория размещения по ГОСТ 15543.1-89.
Назначение: Тяговый однофазный трансформатор ОНДЦЭ-4350/25 предназначен для преобразования напряжения контактной сети в напряжение цепей тяговых электродвигателей через выпрямительную установку и в напряжение собственных нужд электровоза, а также для преобразования в режиме рекуперации напряжения тяговых двигателей в напряжение контактной сети .
Допустимое значение
параметра
Типовая мощность трансформатора, кВА
Номинальная частота питающей сети, Гц
Сетевая обмотка (СО )
Номинальная мощность, кВА:
Номинальное напряжение, кВ
Максимальное напряжение, кВ
Минимальное напряжение, кВ
Кратковременный максимум напряжения в контактной сети, кВ
Номинальный ток, А
Ток включения, А, не более
Тяговые обмотки (ТО1 и ТО2)
Номинальная мощность каждой обмотки, кВА
Номинальный ток, А
Допустимый перегрузочный ток 15-минутного режима при начальной температуре масла 20°С, А
Номинальное напряжение холостого хода на выводах, В:
— а1 – 2, 2 – х1, а2 – 4, 4 – х2
— а1 – 1, 1 – 2, а2 – 3, 3 — 4
Обмотка собственных нужд (ОСН)
Номинальная мощность, кВА
Номинальный ток, А
Номинальное напряжение холостого хода на зажимах, В:
Обмотка питания цепей возбуждения тяговых двигателей (ОВ)
Номинальная мощность, кВА:
Номинальный ток обмотки, А, на зажимах:
Номинальное напряжение холостого хода, В, на зажимах:
Суммарные потери трансформатора, кВт
Габаритные размеры, мм
Полная масса трансформатора, кг
Трансформатор ОНДЦЭ-4350/25 состоит из следующих основных частей: бака, крышки, расширителя, охладительной системы и активной части (обмоток с отводами и магнитопровода). 
Трансформатор имеет следующие обмотки: 
СО (А-Х) — сетевая обмотка;
Т01 (a1-1, 1-2, 2-x1); TO2 (a2-3, 3-4, 4-x2) — две группы тяговых обмоток, каждая — для питания двух тяговых двигателей;
ОВ (а3-5, 5-х3) — обмотки питания цепей возбуждения;
ОСН (а4-6, 6-х4) — обмотки собственных нужд.
Охлаждение трансформатора принудительное, масляно-воздушное.
Охладительная система состоит из секций радиаторов, расположенных двумя группами на боковых гранях бака. Каждая секция состоит из комплекта ребристых медных труб, соединенных по концам с коллектором. Охладительная система обдувается воздухом из системы вентиляции электровоза. Для равномерного распределения воздуха по поверхности радиаторов применяются направляющие лопатки.
Циркуляция масла в системе охлаждения обеспечивается электронасосом, который представляет собой моноблочный агрегат, состоящий из специального трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и насосной части. Электронасос всасывает горячее масло из бака и нагнетает через вентилируемый охладитель в бак. При этом поток масла направляется в нижнюю ярмовую балку и через кольцевые пазы в верхней полке балки поступает в каналы обмоток. 
Активная часть помещена в стальной бак с трансформаторным маслом, которое обеспечивает необходимую изоляцию и охлаждение обмоток. Обмотки трансформатора концентрические, выполненные из медных проводов с бумажной изоляцией.
Стержни магнитопровода имеют в поперечном сечении ступенчатую форму и изготовлены из листов холоднокатаной электротехнической стали. Расширитель предназначен для компенсации температурных колебаний уровня масла в баке.
В расширитель встроен воздухоосушитель. Для контроля температуры верхних слоев масла на расширителе расположен термометр. На стенке расширителя размещен маслоуказатель с контрольными метками для температур масла от минус 50°С до плюс 60°С. 
Для контроля напора масла на трансформаторе установлен манометр. Для сигнализации о достижении верхними слоями масла температуры минус 15°С и плюс 90°С на крышке трансформатора установлены два датчика-реле температуры. На крышке трансформатора установлены: два ввода сетевой обмотки, восемь вводов тяговых обмоток, три ввода обмотки собственных нужд и три ввода обмотки возбуждения. Соединение вводов с отводами выполнено из гибкого медного провода. Все вводы разъемные и допускают замену изоляторов без подъема активной части.
Реактор сглаживающий РС-19-01.
Реактор сглаживающий РС-19 ( в схеме L 2- L 5) предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в цепи одного тягового двигателя электровоза ЭС5К, что необходимо для улучшения коммутации ТЭД.
На электровозах с плавным тиристорным регулированием напряжения, роль сглаживающих реакторов особенно велика, так как именно они обеспечивают протекание тока через тяговые двигатели по замкнутому (нулевому) контуру, в отсутствии приложенного к ТЭД напряжения со стороны трансформатора в первой зоне регулирования. Реакторы обеспечивают сглаживание пульсаций тока якоря с коэффициентом 23 – 25%. Благодаря снижению пульсации тока якоря, улучшаются условия коммутации на коллекторе при работе ТЭД, снижаются потери на перемагничивание (потери в стали).
Реактор состоит из катушки, магнитопровода, двух гетинаксовых боковин, двух стеклопластовых кожухов, пяти стягивающих шпилек и установочных уголков. Обмотка катушки выполнена из медной ленты (1,95х65) мм, намотанной на ребро с зазорами между витками. Междувитковая изоляция -электронит. Магнитопровод состоит из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм; шихтовка радиальная; изолирован от катушки стеклопластом. Катушку вместе с магнитопроводом опрессовывают в осевом направлении и пропитывают в электроизоляционном лаке.
Для улучшения охлаждения нижней части реактора в конструкции использовано переменное сечение воздушного канала между кожухом и катушкой.
Для защиты в перегрузочных и аварийных режимах сглаживающий реактор оборудован датчиком температуры воздуха, который предназначен для выдачи сигнала в микропроцессорную систему управления электровоза при перегревах обмотки катушки из-за перегрузки по току или уменьшения потока охлаждающего воздуха.
Работа сглаживающих реакторов в схеме: принцип работы сглаживающего реактора основан на явлении самоиндукции. Включается в силовую цепь последовательно с ТЭД увеличивая общую индуктивность цепи. Индуктивность реактора не постоянна и зависит от тока, протекающего по катушке. При трогании с места, ток достигает больших значений при этом индуктивность реактора наименьшая (за счёт намагничивания сердечника). При увеличении скорости движения, напряжение на ТЭД возрастает, что вызывает увеличение пульсаций тока и повышения индуктивности катушки реактора, за счёт которой происходит сглаживание пульсаций. При появлении индуктивности в катушке, увеличивается ЭДС самоиндукции, направление которой всегда противоположно направлению пульсаций.
В результате в цепи ТЭД с последовательно включенными сглаживающими реакторами значительно уменьшается переменная составляющая пульсирующего тока, что способствует улучшению коммутации ТЭД.
Индуктивный шунт ИШ-009.
Назначение: индуктивные шунты типа ИШ-009 (в схеме L 11 — L 14) предназначен для уменьшения бросков тока и улучшения коммутации тяговых двигателей при переходных процессах с ослабленным возбуждением в режиме тяги.
Индуктивный шунт состоит из катушки, магнитопровода, двух гетинаксовых боковин, трех стягивающих шпилек и установочных уголков. Магнитопровод шихтован из пластин электротехнической стали марки 2212 толщиной 0,5 мм и изолирован стеклопластом. Катушка намотана на ребро с зазором из медной шины сечением (3×35) мм2. Междувитковая изоляция выполнена из электронита. Катушку вместе с магнитопроводом опрессовывают в осевом направлении и пропитывают в электроизоляционном лаке вакуумно-нагнетательным способом с последующей выпечкой.
Работа в схеме: Пульсирующий ток состоит из двух составляющих: переменной и постоянной. На переменную составляющую оказывает большое влияние индуктивное сопротивление сглаживания. Для постоянной составляющей, индуктивность роли не играет. 
При включении резистора параллельно обмотке возбуждения, который обладает большим активным сопротивлением и малым индуктивным сопротивлением, появляется контур для прохождения тока с увеличенной переменной составляющей, которая протекая по якорю ухудшает коммутацию, в результате происходит переброс по коллектору. Для исключения неравномерного распределение тока между ОВ и резистором, т.е. исключение контура, в параллельную цепь добавили индуктивный шунт, увеличивающий индуктивное сопротивление и улучшает коммутацию ТЭД.
Каждый индуктивный шунт включается последовательно с резистором ослабления возбуждения соответствующего ТЭД при включении контакторов первой ступени ослабления возбуждения. Индуктивные шунты улучшают коммутацию ТЭД и предотвращают появление кругового огня по коллектору при работе электровоза в режиме ослабления возбуждения в следующих случаях:
при восстановлении контакта полоза токоприемника с контактным проводом после кратковременного отрыва;
при подключениях (отключениях) контакторов ослабления возбуждения ТЭД;
при появлении бросков напряжения на ТЭД при их работе в режиме ослабленного возбуждения (например, при резком изменении напряжения в контактной сети).
Если при движении электровоза на высоких позициях с применением ослабления возбуждения для ТЭД произойдет кратковременный отрыв токоприемника от контактного провода, то это вызовет уменьшение тока в первичной обмотке тягового трансформатора, что в свою очередь приведет к уменьшению магнитного потока в сердечнике и, следовательно, к уменьшению напряжения на вторичных обмотках, а значит и на зажимах самих ТЭД. Значительное снижение напряжения на ТЭД приводит к исчезновению тока и магнитного потока ТЭД, а значит, в соответствии с формулой Е дв = СпФ дв и к уменьшению противоЭДС в обмотках якоря практически до нуля. В результате восстановления контакта токоприемника с контактным проводом при отсутствии индуктивных шунтов через тяговые двигатели начнет протекать большой нарастающий ток якоря по следующим причинам:
за время потери контакта токоприемника с проводом противоЭДС якоря успевает уменьшиться до нуля и почти не оказывает сопротивления нарастающему току якоря;
при восстановлении напряжения на зажимах ТЭД начинается увеличение тока и в обмотке возбуждения ТЭД появляется ЭДС самоиндукции Е в , которая, в первый момент времени будет препятствовать протеканию тока по обмотке возбуждения, в результате чего весь ток якоря (почти 100 %) будет протекать через резистор R ов который в силу своих характеристик не оказывает значительного сопротивления нарастающему току якоря, поэтому ток якоря нарастает, практически минуя обмотку возбуждения ТЭД, и скорости нарастания токов в обмотках якоря и возбуждения будут очень сильно отличаться.
В результате этих причин произойдет значительный бросок тока якоря, что приведет к быстрому насыщению добавочных полюсов и замедлению роста их магнитного потока, из-за чего реактивная ЭДС в коммутируемых проводниках якоря будет недостаточно компенсироваться, что приведет к сильному искрению под щетками и может вызвать появление кругового огня по коллектору ТЭД.
Дроссели и фильтры.
Помехи радиосвязи на электрифицированных железных дорогах возникают вследствие недостаточно плотного контакта между токоприемником и контактным проводом, плохой коммутации электрических двигателей постоянного тока. В последнем случае происходит искрение щеток, возникает и гаснет дуга в выключателях и контакторах, что вызывает появление токов высокой частоты. Эти токи генерируют электромагнитные колебания, создавая радиопомехи, особенно в диапазоне длинных и средних волн. По характеру воздействия на приемники различают гладкие (непрерывные) помехи и импульсные. Снижают уровень помех, прежде всего поддерживая в исправности устройства электроснабжения и локомотивы. Другой путь снижения его — увеличение сопротивления токам высокой частоты. Для этого после токоприемника локомотива включают фильтр, состоящий из дросселя Др и конденсатора С. Конденсатор С соединен одной обкладкой с дросселем, а другой — с кузовом электровоза и, следовательно, с землей. Токи высокой частоты, значительно сниженные вследствие большого индуктивного сопротивления дросселя, через конденсатор, обладающий малым емкостным сопротивлением, отводятся в землю. Дроссель и конденсатор образуют контур, который настраивают, подбирая индуктивное и емкостное сопротивления таким образом, чтобы в землю отводились гармонические составляющие тех частот, при которых помехи наибольшие.
Дроссель помехоподавления ДП-011.
Дроссель помехоподавления ДП-011(в схеме L 1) предназначен для снижения уровня радиопомех, возникающих при нарушении контакта между токоприемником и контактным проводом.
Дроссель состоит из катушки 1, закрепленной на фарфоровом изоляторе 3 с помощью основания 2 из гетинакса, окрашенного электроизоляционной эмалью.
Устройство: Катушка намотана из алюминиевой шины сечением (4 x 40) мм 2 на ребро с зазорами между витками, которые обеспечиваются электронитовыми прокладками. Катушка закрепляется на основании при помощи пластин, вмонтированных между витками, и затем забандажированных вместе с электронитовыми прокладками. Катушка пропитывается в электроизоляционном лаке вакуумно-нагнетательным способом с последующей выпечкой. Основания на изоляторе закрепляются при помощи колец, фланцев и резинового уплотнения.
Фильтр Ф-6. 
Назначение: Фильтр (в схеме Z 1) включен в цепь первичной обмотки тягового трансформатора с целью подавления помех радиоприему.
Номинальный ток, А. 320
Индуктивность, мкГн. 7,5±0,
Емкость, пФ. 700±50
Частота настройки контура, мГц. 2,13
Резонансное сопротивление настроенного контура, кОм, не менее 11
Устройство и работа. Фильтр состоит из катушки индуктивности 3, конденсаторов постоянной емкости 2, установленных на гетинаксовом основании 1. Катушка выполнена из медной ленты 2,63 х 28 мм. Междувитковая изоляция — электронит. Катушка пропитана в изоляционном компаунде. Конденсаторы постоянной емкости типа КВИ. Фильтр устанавливается на изоляторе, рассчитанном на напряжение 25 кВ.
Трансформаторы малой мощности на электровозе ЭС5К.
Предназначен для питания электрических печей кабины электровоза. 380-50В 
Номинальная мощность, ВА:
-при токе 90 А в обмотках al-xl, а2-х2 9400
-при токе 110 А в обмотках al-xl, а2-х2 11500
Род тока переменный
Номинальное напряжение обмотки А-Х, В 380
Напряжение холостого хода обмоток al-xl, а2-х2, В 51 + — 2
Напряжение обмоток al-xl, а2-х2
при номинальной нагрузке, В 50 + — 2
Ток холостого хода, не более, А 2,5
Потери холостого хода, не более, Вт 95
Номинальный ток обмоток al-xl, а2-х2, А:
-при температуре окружающего воздуха ниже 45°С 110
-при температуре окружающего воздуха выше450°С 90
Трансформатор Тр-23 состоит из магнитопровода 1 стержневого типа, набранного из пластин электротехнической стали 3413, и двух катушек 2. Катушки трансформатора имеют две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка намотана проводом ПЭТВСД 1,32×5,6 и имеет 192 витка, вторичная обмотка намотана проводом ПСДТ 4,5×11,2 и имеет 26 витков. Между обмотками расположена защитная экранирующая обмотка, один конец которой соединен с магнитопроводом. Первичные обмотки катушек соединены между собой параллельно. Выводы первичной обмотки расположены на контактных зажимах.Для подключения во внешнюю цепь вывода обмоток трансформатора имеют крепеж Мб и фиксирующие скобы, исключающие проворот кабельных наконечников внешнего монтажа. Катушки трансформатора пропитаны в эпоксидном компаунде.
Трансформатор Тр-18 предназначен для питания реле контроля замыкания на «землю» цепей тяговых двигателей.
Трансформатор Тр- 18 состоит из магнитопровода 1, набранного из Ш-образных изолированных пластин электротехнической стали толщиной 0.5 мм с размерами стержня 30×30 мм. Катушка 2 трансформатора каркасная с квадратным окном, имеет две обмотки: первичную и вторичную. Обе обмотки намотаны проводом ПЭТ-200, диаметром 0.355 мм и имеют 1600 и 970 витков соответственно. Междуслоевая и междуобмоточная изоляции катушки — бумага кабельная К-120. Корпусная изоляция — 4 слоя ленты ЛЭСБ 0.1×20 мм, с перекрытием 1/2 ширины ленты.Катушка трансформатора пропитана в эпоксидном компаунде.
Трансформатор Тр-19 предназначен для панели питания счетчика электроэнергии и вентиля защиты.
Трансформатор Тр — 19 состоит из магнитопровода 1, набранного из Ш-образных изолированных пластин электротехнической стали толщиной 0.5 мм с размерами стержня 30×30 мм. Катушка 2 трансформатора каркасная с квадратным окном, имеет две обмотки: первичную и вторичную. Обе обмотки намотаны проводом ПЭТ-200, диаметром 0,5 мм. Первичная обмотка имеет 960 витков, вторичная — 1011 витков с отпайкой на 581 витке. Катушка трансформатора пропитана в эпоксидном компаунде.
Трансформатор ТО-89(Т19, Т20)
Трансформатор ТО-89 предназначен для синхронизации работы аппаратуры управления с сетью.
Трансформатор ТО-89 состоит из магнитопровода 1, набранного из Ш-образных изолированных пластин электротехнической стали 3413 толщиной 0,5 мм с размерами стержней 35×35 мм и бескаркасной катушки. Катушка 2 имеет три обмотки: первичную и две вторичных обмотки, намотанных проводом ПЭТ-200 диаметром 0.315 мм. Первичная обмотка имеет 3800 витков, вторичные имеют 665 витков и 166 витков. Катушка трансформатора пропитана в эпоксидном компаунде.
Источник