Электромагнитная совместимость устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью
1. Анализ отказов и их причин в системе кодов автоблокировки
В настоящее время на железных дорогах Украины системами кодовой автоблокировки (АБ) и автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) оборудовано около 60% существующих перегонов.
Наибольший процент отказов в такой системе приходится на элементы бесконтактной и релейной аппаратуры. Второе место в данной структуре занимают рельсовые цепи и воздушные и кабельные сигнальные линии. Третье– место занимают сигналы и релейные шкафы и штативы. На рис. 1. приведена гистограмма отказов составных элементов системы АБ для железных дорог Украины для 1997, 1998 и 1999 годов.
Рис. 1. Отказы в системе кодовой автоблокировки по элементам: А- релейные шкафы и стативы, Б – электропитающие устройства, В – бесконтактная и релейная аппаратура, Г – трансформаторы и преобразователи, Д – элементы защиты, Е – аккумуляторы, Ж – сигналы, З – воздушные и кабельные сигнальные линии, И – рельсовые линии, К – другие элементы.
Основными причинами повреждений являются некачественное выполнение работ, связанных с обслуживанием устройств, а также несоблюдение сроков осмотра и проверки элементов (рис. 2) [11].
Рис. 2. Причины отказов в системе кодовой автоблокировки: А – схемно-конструкторские, Б – заводские, В – воздействие посторонних лиц и организаций, Г – воздействие грозовых и коммутационных перенапряжений, Д– И – эксплуатационные (Д– нарушение правил производства работ, Е – невыполнение сроков проверки и осмотра, Ж – ошибки, допущенные при производстве работ и некачественное выполнение, З – некачественная проверка и ремонт в РТУ), И – другие факторы.
Таким образом, для обеспечения надежной работы системы АЛС необходимо совершенствовать техническое обслуживание ее устройств и, в частности, повышать эффективность контроля работоспособности.
2. Эксплуатационно-технические требования к кодам АЛС
В соответствии с Инструкцией по техническому обслуживанию устройств сигнализации, централизации и блокировки проверка работы устройств АЛС проводится периодически вагонами-лабораториями с рассмотрением результатов совместно службами сигнализации и связи и локомотивного хозяйства 2 раза в год. Проверка вагоном-лабораторией позволяет выявить в первую очередь отступления в регулировке рельсовых цепей и аппаратуры кодирования, а также устанавливать причины нарушений, наблюдавшихся во время поездки. Кроме того, устойчивость работы локомотивной сигнализации проверяется с локомотива один раз в квартал руководством дистанции сигнализации и связи и локомотивного депо, которые оценивают уровень содержания устройств. Требуемый уровень заключается в том, что нарушения в передаче и приеме сигналов на локомотиве имеют случайный характер и проявляются в виде сравнительно редких сбоев. А также ежемесячно старшим электромехаником контролируется видимость сигналов путевых светофоров с локомотива. Действие путевых и локомотивных устройств АЛС находится под контролем путем записи сигналов локомотивных светофоров на ленте скоростимеров, которые дают наиболее объективную и систематическую информацию о нарушении работы локомотивной сигнализации, поскольку позволяют получить статистические данные, оценить, выявить и разделить случайные и систематические сбои и их причины.
В локомотивной сигнализации с числовым кодом каждый сигнал путевых светофоров для передачи на локомотив преобразуется в соответствующую ему кодовую комбинацию в виде определенного сочетания импульсов тока, которая образует электрический сигнал, посылаемый в рельсы, навстречу движущемуся локомотиву.
На рис. показаны значения кодов АЛС зеленому (З), желтому (Ж) и красно-желтому (КЖ) огню на перегонном светофоре. Красный огонь на путевом светофоре загорается при отсутствии кодов в рельсовой цепи [12].
К основным параметрам, определяющим устойчивую передачу сигналов с пути на локомотив, относятся номинальный ток локомотивной сигнализации в рельсах в начале РЦ и продолжительность импульсов и интервалов электрических сигналов, продолжительность которых изменяется при передаче их в рельсы и отличается от вырабатываемой кодовыми трансмиттерами.
Рис. Значения кодов АЛС
Требования локомотивных устройств к временным параметрам сигналов.
Продолжительность импульсов и длинных интервалов ограничивается только со стороны их допустимого укорочения. Длительность же коротких импульсов и интервалов лимитируется как по удлинению, так и по укорочению.
Так, чтобы дешифратор локомотивной сигнализации зафиксировал импульсы и интервалы кодовых комбинаций, воспроизводимых контактами импульсного реле локомотивного усилителя, продолжительность их должна быть достаточна для срабатывания реле счета импульсов и интервалов. При напряжении питания импульсного реле 50 В время срабатывания равно 50 – 60мс. С понижением напряжения до 40 В время увеличивается до 75 – 90 мс, а с увеличением напряжения до 60 В – уменьшается до 30 – 45 мс.
Длительность первого импульса должна быть не менее 250 мс, чтобы реле 1, которое получает питание во время импульса, а во время интервала оставляет якорь притянутым за счет замедления на отпускание, выдержало полное замедление. При более коротком первом импульсе замедление на отпускание равно длительности импульса (при 50В).
Продолжительность второго и третьего импульсов наименьшая у кодов зеленого и желтого огня. Их величина определяется временем срабатывания реле 2 и 3 дешифратора и может быть принято 70 мс. Наименьшую продолжительность имеет импульс кодовой комбинации желтого огня с красным длительностью 0,8 с. Требование к импульсу состоит в следующем, реле 1 в наступившем после импульса интервале должно сохранять замкнутой цепь реле 1А в течение времени его срабатывания и возбуждения достаточного магнитного потока в сердечнике реле для фиксирования приема сигнала в цепи реле соответствия СР дешифратора (после отпускания якоря реле 1). Таким образом для удовлетворения этих условий требуется не менее 120 мс при напряжении на контактах реле ИР усилителя 45В.
Укорочение длительности коротких интервалов кодовых комбинаций на входе дешифратора на локомотиве ограничивается временем срабатывания реле 1А и 2А. Эти реле фиксируют интервалы длительностью не более 70 мс. Для исключения отпускания якоря реле 1 в коротких интервалах, удлиненных сверх допустимого, наибольшая длительность коротких интервалов не должна превышать 190 мс (величина принята с запасом).
Наименьшая длительность большого интервала кодовой комбинации должна составлять 500 мс. В течении этого времени и длительности первого импульса следующей кодовой комбинации реле 1 и 1А (2А) дешифратора должно успеть отпустить свои якоря и вновь сработать реле 1 от остатка первого импульса (250 мс).
Таким образом, на контактах импульсного реле усилителя продолжительность первого импульса кодовых комбинаций зеленого и желтого огня должна быть не менее 250 мс, последующих – 70 мс, желтого огня с красным – 120 мс, а длительность коротких интервалов не менее 70 мс и не более 190мс, длинных – не менее 500 мс.
Приняты следующие допустимые отклонения в продолжительности коротких интервалов на контактах импульсных реле усилителей на локомотиве– 70 – 90 мс [13].
Требования путевых устройств к временным параметрам сигналов АЛС.
Как упоминалось выше, самый короткий импульс в числовом коде имеет место у кодовой комбинации КЖ. Его длительность 0,8 с. В дешифраторе от первого импульса с замедлением срабатывает реле 1. Таким образом, продолжительность первого импульса должна быть достаточна для срабатывания реле и приобретения необходимого замедления на передачу заряда конденсатора С2, а при сигналах Ж и З также необходимо выдержать и на удержание якоря реле в коротком интервале. В первом случае достаточными являются 160 мс. Длительность короткого интервала составляет 70 мс.
В рельсовых цепях (РЦ) временные изменения в сигналы вносят защитные фильтры и путевые дроссель-трансформаторы, особенно если имеются элементы настроенные в резонанс на частоте сигнального тока. Они препятствуют возрастанию и спаданию тока в реле. Эти изменения зависят от повышенной силы тока в конце РЦ. И поскольку сила тока в РЦ зависит от сопротивления балласта, время срабатывания и отпускания путевого реле является величиной переменной.
Так, при высоком сопротивлении балласта, ток в РЦ увеличивается и может превышать ток срабатывания реле на 0,2 –0,3 раза. Ток в реле быстрее достигает значения тока срабатывания. В результате имеем укорочение начала импульса. После прекращения посылки импульса ток в реле уменьшается до тока отпускания значительно медленнее. Это приводит к удлинению конца импульса за счет сокращения следующего за ним интервала.
Следовательно, в кодовой автоблокировке на контактах трансмиттерного реле длительность короткого интервала должна находится в пределах 112 – 210мс. По требованиям автоматической локомотивной сигнализации эта величина должна быть равна 120 – 180 мс. Удовлетворив оба условия, получим длительность короткого интервала – 110 – 170 мс. Этим отклонения должны отвечать сигналы в рельсах единственной или первой по ходу поезда РЦ. В следующей по ходу поезда РЦ продолжительность импульсов должна находится в пределах, требуемых локомотивной сигнализацией, если сигналы в месте трансляции не фиксируются дешифраторами кодовой АБ [13].
Допустимые продолжительности импульсов и интервалов приведены в табл. 1.
Требования к численным параметрам кодовых комбинаций.
Ритмичность – поступление одного и того же числа импульсов с большим интервалом между ними. Нарушение ритмичности заключается в уменьшении или увеличении числа импульсов против числа содержащихся в кодовой комбинации или отсутствии большого интервала. Вызывает нарушение ритмичности либо помехи, действующие на сигналы, либо перерыв в приеме сигналов, например при переходе с одной РЦ на другую.
Таблица 1.
| Символ кодовых комбинаций |
Допустимая продолжительность импульсов и интервалов, с |
|||||
| Кодовый трансмиттер |
На контактах трансмиттерного реле входной РЦ |
На контактах импульсного реле усилителя |
В рельсах под приемными катушками |
На контактах путевого реле |
В рельсах на релейном конце |
|
| Короткий интервал |
0,12 |
0,11-0,17 |
0,07-0,19 |
0,05-0,17 |
0,07 |
0,11 |
| Первый импульс |
0,35 |
0,3-0,36 |
0,25 |
0,27 |
0,2 |
0,2 |
| Первый импульс КЖ |
0,23 |
0,18-0,24 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,16 |
| 2ой и 3ий импульсы |
0,22 |
0,17 –0,23 |
0,07 |
0,09 |
0,07 |
0,7 |
| Длинный интервал |
0,57 |
0,56-0,62 |
0,5 |
0,48 |
0,52 |
0,56 |
Все это вызывает проблески огней на локомотивном светофоре.
Перерыв в поступлении сигналов вызывается:
- отсутствие сигнального тока в рельсах между точками присоединения к ним дроссельных перемычек или перемычек к кабельным стойкам и изостыками в тот момент, когда над ними проходят приемные катушки (около 1м);
- недостаточным током локомотивной сигнализации в рельсовой цепи до шунтирования ее первой колесной парой;
- сменой фазы тока локомотивной сигнализации в смежных рельсовых цепях;
- задержкой приема сигналов на время автоматического восстановления чувствительности усилителя до номинальной после приема в конце предыдущей РЦ сигналов при большом токе;
- задержкой посылки электрических сигналов после вступления локомотива в рельсовых цепях, работающих без предварительного включения кодирования.
Основные меры предупреждения появления кратковременых проблесков огней из-за численных искажений сигналов:
- ускоренная и предварительная посылка сигналов в рельсовые цепи, декодирование дешифратором только второго сигнала желтого с красным, совмещение шайб в трансмиттере;
- фиксация дешифратором сигналов зеленого огня с лишним импульсом в течение времени замедления реле ПКР, применение на станциях кодовых трансмиттеров с меньшей продолжительностью кодовых комбинаций – 1,6 с, расположение изостыков на переходных кривых стрелочных переводов, а не по главному пути [3].
Минимальный кодовый ток на входном конце РЦ – 1,2 А при автономной тяге, 2А при электрической тяге постоянного тока и 1,4А – переменного тока. Максимальный кодовый ток на выходном конце РЦ не более 25А [4].
3. Существующая система контроля параметров кодов
Параметры электрических сигналов локомотивной сигнализации в рельсах должны соответствовать установленным нормам. В процессе эксплуатации в первую очередь контролю подлежит ток локомотивной сигнализации в рельсах и продолжительность импульсов (интервалов) электрических сигналов.
Значение тока локомотивной сигнализации нормируется по току на входном конце. Правильный выбор тока при регулировке зависит от верного определения состояния балласта в момент проверки. Для мокрого сезона (мокро и тепло) сопротивление балласта равно 1 Ом×км, влажный (слабый дождь, роса) – 2 Ом×км, сухой и слабопромерзший (заморозки весной и осенью)– 5 Ом×км, сильнопромерзший (зимой в мороз) – 50 Ом×км. Используя регулировочные таблицы, ток в рельсовой цепи устанавливается таким образом, чтобы при самых неблагоприятных погодных условиях на входном конце он был не меньше 1,2 А при тепловозной тяге, 1,4 А при электрической тяге переменного тока, 2А – постоянного тока.
Измерение тока локомотивной сигнализации в рельсах.
Существует следующие метода измерения тока в рельсах в промежутке между поездами:
- измерение непрерывного тока, посылаемого в РЦ при проверке вместо импульсного. Этот метод предполагает участие в измерении второго человека, который перемычкой шунтирует контакт трансмиттерного реле для временной посылки непрерывного тока;
- измерение тока локомотивной сигнализации в импульсах. При измерении шунтируют рельсовую цепь на входном конце ампервольтметрами со специальным поводком, снабженным наружной головкой, или с помощью амперметров с внутренним сопротивлением не более 0,06 – 0,08 Ом (Ц-56, Ц-760, Ц-438, на шкале 6А). При измерении амперметром с поводком стрелка, прибора отводится вправо до тех пор, пока амплитуда колебаний под действием измеряемого тока не станет равной 0,5 мм. Среднее положение стрелки при установившихся колебаниях и есть сила тока в рельсах;
- измерение тока локомотивной сигнализации в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора. Амперметр подключается параллельно этой обмотке без отключения нагрузки. В данном случае амперметр шунтирует рельсовую цепь. Величину тока в рельсах можно определить, умножив показания прибора на коэффициент трансформации. Недостатком этого метода является то, что здесь важную роль играет сопротивление амперметра. Рекомендуется использовать амперметр Ц-438, который имеет шкалу 0 – 1,5 А с сопротивлением 0,32 Ом;
- измерение тока локомотивной сигнализации с шунтированием рельсовой цепи испытательным шунтом. Данный метод находит применение при отсутствии амперметра с низким входным сопротивлением. Измеряется напряжение на шунте и делится на его сопротивление (0,06 Ом), полученное значение – ток локомотивной сигнализации.
Проверка временных параметров электрических сигналов.
Требования, предъявляемые к продолжительности импульсов и интервалов, и нормы на отклонения для упрощения регулировки длительности импульсов при замене трансмиттерных реле на сигнальных установках автоблокировки описаны выше. Проверка временных параметров кодов сводится к регулировке трансмиттерных реле. При этом трансмитерные реле постоянного тока регулируют так, чтобы время их срабатывания превышало время отпускания не более, чем на 0,03-0,05 с и учитывают, что для транмиттерных реле постоянного тока характерно укорачивание импульсов. У трансмиттерных реле переменного тока время срабатывания и отпускания якоря не должно отличаться друг от друга более, чем на 0,01 с. Они обладают следующим свойством: время срабатывания близко к времени отпусканию.
Для автоматизированной комплексной оценке работоспособности рельсовых цепей широко используется система «Контроль»
.
Измерительная система «Контроль»
, предназначенная для измерения кодового тока и определения временных параметров числового кода АЛС, также позволяет контролировать проезд изостыков, и таким образом определять длину рельсовых цепей. Во время измерительной поездки контролируется величина первого импульса и первого интервала.
В основу метода положено измерение сопротивления подвагонного контура, образованного рельсами, колесными парами и рамой вагона. Измерительный ток в контуре частотой 5 кГц создается питающими индукторами, расположенными под вагоном. Измерение тока производится с помощью приемных катушек, расположенных под вагоном аналогично катушкам АЛС.
Основной недостаток данного устройства – часто повышение сопротивление подвагонного контура обусловлено нарушением контакта между колесом и рельсом,
Датчики тока АЛС имеют низкую помехозащищенность от токов тяговой сети, поэтому не позволяют измерять фазовые соотношения токов АЛС с должной точность.
Не измеряет аргумент тока АЛС и поэтому не позволяет точно определить параметры рельсовой цепи. Основной недостаток существующих магнитоприемников – несимметричность расположения относительно электрического поля источника помехи.
Погрешность измерения ординаты из вагон-лаборатории складывается из трех составляющих:
- систематическая погрешность обусловленная наличием расстояния между датчиком проезда изостыков и приемными катушками АЛС. Эту составляющую можно исключить при начальной калибровке;
- прогрессирующая систематическая погрешность, обусловленная радиальным износом колесных пар (может достигать 3 %);
- систематические и случайные погрешности датчиков оборота колесной пары и преобразовательной аппаратуры (0,3%).Этой составляющей в виду ее малости можно пренебречь.
Погрешности измерения амплитуды тока АЛС аппаратурой вагона-лаборатории также складывается из трех составляющих:
- систематическая погрешность, обусловленная высотой приемных катушек ;
- случайная погрешность, возникающая от механических колебаний приемных катушек во время движения. Как указывается в работе она составляет 10%, что является предельным, а иногда может достигать и 30% [14];
- систематические и случайные погрешности преобразовательной аппаратуры.
Существует и другая система автоматизированной проверки параметров сигналов АЛСН и кодовых РЦ из вагона лаборатории, предложенная Удовиковым, которая является модернизированным вариантом системы «Контроль».
Данная система предназначена для автоматизированной комплексной оценке работоспособности рельсовых цепей и выполняет следующие функции:
- измерение модуля, аргумента и временных параметров тока АЛС, а также значения обратного тягового тока в рельсах;
- измерение текущей ординаты рельсовой линии, фиксировать начало и конец рельсовой цепи, и контролировать исправность изостыков;
- вычислять параметры рельсовой линии и аппаратуры РЦ по результатам измерений и определять показатели работоспособности РЦ;
- документально фиксировать измеренную информацию.
Для уменьшения инструментальных погрешностей необходимо:
- совершенствовать измерительную аппаратуру, использовать статистическую обработку результатов и автоматически корректировать систематические погрешности;
- использовать системный подход в измерении, т.е. не рассматривать каждый параметр обособленно, а учитывать тесную взаимосвязь. В конечном итоге необходимо получать общую оценку о работоспособности системы.
Современный уровень развития микропроцессорной и компьютерной техники позволяет решить вопрос о контроле работы устройств автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), что предполагает оценку ее временных и численных параметров кодовых сигналов, по-новому.
4. Устройство для измерения параметров АЛС
Для контроля параметров кодовых сигналов устройств АЛС, на базе персонального компьютера типа IBM PC, предлагается устройство, структурная схема которого приведена на рис. 4.
Сигнала с приемных катушек АЛС поступает в компьютер через параллельный порт LTP. Для этого осуществляется согласование входного сигнала с входным диапазоном аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В устройстве используется десятиразрядное АЦП типа К1113ПВ1. Применение АЦП более низкого разряда не обеспечивает необходимую точность измерений и приведет к высокой степени погрешности при записи сигнала.
Для управления работой АЦП используется программируемый таймер типа К580ВИ53, который задает частоту дискретизации входного сигнала. Управление информационной системой осуществляется программой написанной на языке высокого уровня Delphi.
Контроль готовности АЦП осуществляется через специальный вход LPT порта, вызывающий аппаратное прерывание. Подпрограмма обработки прерывания осуществляет чтение шины данных АЦП через мультиплексоры в ОЗУ компьютера. Далее производится компьютерная обработка результатов, определяется спектр сигнала, его амплитуды и фазы, а также осуществляется статистическая обработка результатов.
Данное устройство позволяет записывать сигнал с выхода фильтра, как этого требует Инструкция по техническому обслуживанию устройств сигнализации, централизации и блокировки, и с выходов катушек АЛС. Сигнал, записанный с катушек АЛС, представляет собой сумму кодовых сигналов АЛС и тягового тока со всеми его гармоническими составляющими и импульсными помехами, возникающими во время работы локомотива. И поэтому данное устройство позволит анализировать не только временные и численные параметры кодов АЛС, но и оценить степень влияния помех на работу систем автоматики и определить аналитически причины их появления.
5. Результаты измерений
Результаты измерений параметров кодов АЛС, проведенные с помощью измерительной системы «Контроль», установленной в вагон-лаборатории на Одесской железной дороге, приведены на листе 5.
Одним из основных параметров, который определяет устойчивую передачу сигналов, является номинальный ток АЛС в рельсах в начале рельсовой линии. Ток в рельсах определяется по напряжению, индуктируемому им в приемных катушках и измеренному на выходе локомотивного фильтра с тем, чтобы посторонние токи другой частоты не исказили результаты [15].
На листе 5 изображены сигналы, снятые с катушек АЛС вагона-лаборатории, для нескольких рельсовых цепей соответствующие кодовому току и проезду изостыков и искусственных измерений. Также на листе приведена таблица измерений численных и временных параметров кодов АЛС для перегона и станции, в которой для каждой РЦ исследуемого перегона (станции) определены длительность первого импульса и первого интервала, а также величина тока на входе РЦ. Как видно из данных, приведенных в таблице, наблюдается различного рода отклонения в численных и временных параметрах рельсовых цепей.
Из данных, приведенных на листе 5, видно, что в ряде случаев сигнал соответствующий проезду изостыка является ложным. Из диаграммы кодового тока следует, что сигнал увеличивается от начала к концу линии примерно в 3 раза. На отдельных участках увеличение тока достигает 5-6 раз. При переходе с одной рельсовой цепи на другую имеет место перерыв в поступлении кодов на приемные катушки. Эти точки не всегда совпадают с сигналом, соответствующем проезду изостыка. В данном случае перерыв в приеме сигнала является настолько коротким, что не может послужить причиной остановки поезда.
На кривых также видно наличие помех в рельсовых цепях. Но существующая система не позволяет оценить их природу, величину и характер оказываемого ими влияния.
Таким образом, проанализировав данные можно сделать вывод, что не все требования, предъявляемые к рельсовым цепям и кодам АЛС, соблюдаются. С целью более полного анализа помех и причин их возникновения для последующего устранения их влияния необходимо использовать современные системы контроля параметров кодовых сигналов автоматической локомотивной сигнализации, которые предоставят исследователям более полный объем информации.
Предлагаемая система контроля численных и временных параметров кодов АЛС позволяет более детально рассматривать исследуемый сигнал, позволяет определить период и цикл сигнала, путем разложения записанного сигнала в ряд Фурье величины амплитуд и фаз как исследуемого сигнала, так и помех, оказывающих влияние на работу устройств АЛС и которые представляются как в графической, так и в табличной форме. В результате обработки сигнала исследователь может получить плотности распределения вероятностей кодовых сигналов или помех, снятых с катушек АЛС, и их статистические характеристики (рис. 5. и лист 7).
Плотность распределения вероятности кодовых сигналов АЛС-АРС всех частот подчиняется экспоненциальному закону. Значительный разброс амплитуд сигнальной частоты в пределах одной рельсовой цепи объясняется тем, что расстояние между приемными катушками и рельсами постоянно меняется; уровень тока в РЦ зависит от значения удельных проводимостей изоляции рельсов и от действия различных внешних факторов: степени старения изоляции, влажности, типа грунта на данном участке и др. Также величины кодовых сигналов зависят от величин переходных продольных сопротивлений (сопротивлений между рельсами), сопротивлений стыковых соединителей, переходных сопротивлений от источника к рельсовой цепи и типа устройств, применяемых на питающем конце рельсовой цепи. К тому же на передачу сигналов АЛС-АРС постоянно влияют импульсные и гармонические помехи. Рассмотрим подробнее природу помех, влияющих на работу системы АЛС.
6. Оценка помех, влияющих на передачу сигнального тока
Передача сигналов АЛС происходит в специфических, свойственных только ей условиях. Во-первых, сигнал в каждой рельсовой цепи передается только от собственного источника и его уровень в рельсах по мере движения поезда непрерывно возрастает. Во-вторых, переход локомотива с одной рельсовой цепи на другую сопровождается кратковременным перерывом в приеме сигналов с пути и резким уменьшением сигнального тока в рельсах. К тому же, рельсовые цепи, связывающие движущийся локомотив с передатчиком сигналов, одновременно используют как в системе автоблокировки, так и на электрифицированных железных дорогах для пропуска тягового тока. Итак, существует большое число возможных воздействий на прием сигналов АЛС.
Источниками гармонических помех являются тяговые сети постоянного тока и токи рельсовых цепей с отличной сигнальной частотой.
В настоящее время широко применяются шестипульсовые выпрямители, хотя следует отметить перспективность двенадцати- и двадцатичетырехпульсовых выпрямителей. В табл. 2. приведены величины амплитуд гармонических составляющих в кривой выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя при симметричном синусоидальном первичном напряжении для шести-, двенадцати- и двадцатичетырехпульсовых выпрямителей.
При несимметричных несинусоидальных первичных напряжениях, кроме канонических (четных) гармоник, кратных 300 Гц для шестипульсовых выпрямителей, 600 Гц – для двенадцатипульсовых и 1200Гц – для двадцатичетырехпульсовых, в кривой выпрямленного напряжения присутствуют и неканонические (нечетные), кратные 50 Гц (50, 100, 150 Гц и т.д.). Величины неканонических гармонических составляющих зависят от углов коммутации и запаздывания при несимметрии питающего напряжения управляемых выпрямителей. Так, при угле запаздывания 600
и углах коммутации от 0 до 100
они могут достигать для шестой гармоники 25 % от выпрямленного напряжения, двенадцатой – 11,5%, восемнадцатой и двадцать четвертой – 6%, четырнадцатой, шестнадцатой, двадцатой и двадцать второй – 1,5%. При больших углах коммутации величина амплитуды гармоники снижается [16].
Таблица 2
Величины амплитуд гармонических составляющих в кривой выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя
| Номер гармоники |
6 |
12 |
18 |
24 |
30 |
36 |
42 |
48 |
|
| Частота гармоники, Гц
|
300 |
600 |
900 |
1200 |
1500 |
1800 |
2100 |
2400 |
|
| Относительные величины амплитуд гармоник к постоянной составляющей выпрямленного напряжения, %
|
5,7 |
1,4 |
0,6 |
0,35 |
0,22 |
0,15 |
0,11 |
0,09 |
|
| Амплитуда гармоники в зависимости от типа выпрями-теля, В |
6-пульсовый
|
47,02 |
11,55 |
4,95 |
2,8875 |
1,815 |
1,237 |
0,9075 |
0,7425 |
| 12-пульсовый
|
- |
11,55 |
- |
2,8875 |
- |
1,237 |
- |
0,7425 |
|
| 24-пульсовый
|
- |
- |
- |
2,8875 |
- |
- |
- |
0,7425 |
|
Тяговый ток протекает по двум рельсовым линиям. ЭДС, индуктируемые в приемных катушках, направлены встречно и взаимно складываются. Поэтому, мешающее воздействие тяговых токов и их гармоник на устройства АЛС проявляется лишь тогда, когда токи в рельсах оказываются неравными между собой или в приемных катушках равные токи индуктируют неравные ЭДС [17].
Проанализируем причины появления импульсных помех.
Импульсные помехи возникают, как правило, в результате резких изменений значений тягового тока в рельсах, на локомотиве, а также намагничиваемости рельсов. Как указывается в работе [17], продолжительность периода следования разнополярных импульсов помех зависит от расстояния между магнитными полюсами намагничиваемого места и скорости движения поезда. Примерно при скорости движения поезда 120 км/ч продолжительность периода импульса совпадает с периодом колебаний сигнальной частоты 25 Гц для АЛС электрифицированных железных дорог переменного тока. При проведении экспериментальных исследований в метро такой гармоники обнаружено не было.
Источники импульсных помех – коммутационные процессы при токосъеме, в коллекторах машин, преобразовательных установках и других элементах электрической схемы локомотива.
Помехи, вызванные работой коллекторного генератора постоянного тока, обусловлены дискретностью строения магнитной системы и обмотки якоря. Частота основной гармоники, вызванной коммутациями (иначе, коротким замыканием секций якоря щеткой), определяется из соотношения
,
где р
– число пар полюсов электрической машины;
n
– частота вращения якоря, мин –1
.
Частота основной гармоники переменной составляющей равна 30 Гц. Здесь наиболее весомыми являются гармоники от 0 до 350 Гц.
Пазовые и зубцевые помехи вызваны поперечными и продольными пульсациями магнитного потока и зависят от частоты вращения якоря n
и количества пазов z
.
Частота зубцевых fзп
и пазовых fпп
помех
;
при z/
p
четных и при z/
p
нечетных.
Наиболее весомыми здесь являются гармоники 0 –350 и 850 – 1000Гц, а пазовых – 0 – 150, 400 – 500, 600 – 900 Гц [].
Также наблюдаются случайные импульсные помехи, возникающие при процессах коммутации в электрических аппаратах, длительностью до 10 мкс.
7. Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- для оценки численных и временных параметров кодов АЛС предлагается устройство, построенное на базе микропроцессорной технике и персонального ЭВМ типа IBM PC;
- данное устройство позволяет анализировать степень влияния помех, возникающих в рельсовой цепи, на устройства АЛС и определить причины их появления;
- причины появления помех в рельсовой цепи описаны;
- результаты измерений сигнала, записанного с выходов катушек АЛС системой «Контроль» представлены;
- таким образом, предлагаемое устройство является многофункциональным и позволяет контролировать параметры кодовых сигналов системы АЛС и определять величины помех, влияющих на работу устройств автоматики, как во время измерительной поездки, так и в процессе эксплуатации локомотива.
Заключение
В процессе курсового проектирования заданная тупиковая пассажирская станция была оборудована блочно-маршрутной релейной централизацией, разработан однониточный и двуниточный план станции и выполнены соответствующие расчеты (определены ординаты стрелок, светофоров и изостыков, рассчитана пропускная способность станции, жильность кабелей, электроэнергия, потребляемая постом ЭЦ).
Также в данной работе проанализированы виды и причины отказов, возникающих в устройствах автоблокировки.
Для оценки численных и временных параметров кодов АЛС предлагается устройство, построенное на базе микропроцессорной технике и персонального ЭВМ типа IBM PC. Данное устройство позволяет анализировать степень влияния помех, возникающих в рельсовой цепи, на устройства АЛС и аналитически определить причины их появления. Поэтому предлагаемая система контроля параметров кодов АЛС является многофункциональной и позволяет производить измерения как во время измерительной поездки, так и в процессе эксплуатации локомотива.
Также в процессе выполнения курсового проекта был рассчитан экономический эффект от внедрения предлагаемой системы контроля параметров кодов АЛС и освещены вопросы техники безопасности при работе компьютерной техникой.