Содержание к диссертации
Введение
1 Математическое описание для расчета влияния гармоник тягового тока, протекающего в контактном проводе параллельного пути двухпутных участков, на рельсовые цепи в нормальном режиме работы 13
1.1 Принцип суперпозиции при математическом моделировании рельсовых цепей двухпутных участков 13
1.2 Методика расчета уровня гармоник тягового тока параллельного пути в примыкающих к тяговой подстанции рельсовых цепях с изолирующими стыками 19
1.3 Методика расчета уровня гармоник тягового тока в рельсовых цепях с изолирующими стыками и общим источником питания 25
1.4 Методика расчета уровня гармоник тягового тока в расположенных на перегоне в произвольном месте рельсовых цепях без изолирующих стыков. 31
1.5 Выводы 38
2 Математическое описание для расчета уровня гармонических составляющих тягового тока в контрольном режиме работы рельсовых цепей 39
2.1 Методика расчета уровня гармоник тягового тока параллельного пути в примыкающих к тяговой подстанции рельсовых цепях с изолирующими стыками 39
2.2 Методика расчета уровня гармоник тягового тока параллельного пути в примыкающих к тяговой подстанции рельсовых цепях с изолирующими стыками и общим источником питания 45
2.3 Методика расчета уровня гармоник тягового тока в расположенных на перегоне в произвольном месте рельсовых цепях без изолирующих стыков .
2.4 Выводы 55
3 Анализ электромагнитной совместимости рельсовых цепей и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом 57
3.1 Экспериментальное исследование в эксплуатационных условиях воздействия тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на работу рельсовых цепей 57
3.2 Анализ уровня помех в рельсовых цепях с изолирующими стыками, примыкающих к тяговой подстанции, в нормальном режиме 65
3.3 Анализ уровня помех в рельсовых цепях с изолирующими стыками и общим источником питания, примыкающих к тяговой подстанции, в нормальном режиме 72
3.4 Анализ уровня помех в контрольном режиме в рельсовых цепях, примыкающих к тяговой подстанции 78
3.5 Выводы 88
4 Исследование работоспособности аппаратуры рельсовых цепей тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала ... 89
4.1 Лабораторные исследования работоспособности опытных образцов путевых генераторов и приёмников 89
4.2 Эксплуатационные испытания рельсовой цепи с автоматическим регулированием уровня сигнала 106
4.3 Методика проведения лабораторных испытаний работоспособности рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала при воздействии помех, создаваемых электропоездом «Сапсан» 109
4.4 Результаты лабораторных испытаний работоспособности рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала при воздействии помех, создаваемых электропоездом «Сапсан».. 113
4.5 Выводы 124
Заключение 126
Список использованных источников
- Методика расчета уровня гармоник тягового тока в рельсовых цепях с изолирующими стыками и общим источником питания
- Методика расчета уровня гармоник тягового тока в расположенных на перегоне в произвольном месте рельсовых цепях без изолирующих стыков
- Анализ уровня помех в рельсовых цепях с изолирующими стыками, примыкающих к тяговой подстанции, в нормальном режиме
- Методика проведения лабораторных испытаний работоспособности рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала при воздействии помех, создаваемых электропоездом «Сапсан»
Введение к работе
Актуальность темы исследования. При электрической тяге
возникает проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) рельсовых
цепей (РЦ) и электроподвижного состава (ЭПС), поскольку обратный
тяговый ток, протекающий по рельсам, оказывает мешающее и опасное
воздействие на работу РЦ, вследствие чего может нарушаться
работоспособность устройств железнодорожной автоматики и
телемеханики.
В настоящее время проблема ЭМС обострилась в связи с внедрением
ЭПС с асинхронным тяговым приводом. В этом случае при
регулировании скорости происходит генерация гармоник тягового тока в широком диапазоне частот, в том числе, и в рабочей полосе РЦ.
В требованиях ГОСТ Р 55176.3.1-2012, предъявляемых к
локомотивам, нормируется уровень гармонических составляющих тока
электровоза в РЦ, генерируемых локомотивными устройствами, но
требований к приёмным устройствам РЦ в части их устойчивой и безопасной работы при наличии в сигнале гармонических составляющих тока электровоза, удовлетворяющих требованиям ГОСТ, не предъявляется.
Для двухпутных участков отсутствует математическое описание,
позволяющее рассчитать уровень гармоник тягового тока в рабочей полосе
путевого приёмника, создаваемый ЭПС, движущимся по параллельному
пути. Поэтому необходимо разработать математическое описание для
определения уровня гармонической помехи в рабочей полосе РЦ в
нормальном и контрольном режимах с учетом того, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действуют одновременно гармоника тока ЭПС, приближающегося к анализируемой РЦ, и гармоника тока ЭПС, движущегося по параллельному пути. Для РЦ тональной частоты (ТРЦ) различных типов, являющихся основными при новом проектировании,
необходимо рассчитать максимальное возможное значение гармоник
тягового тока в рабочей полосе путевых приёмников для наиболее
неблагоприятных эксплуатационных условий, экспериментально
зарегистрировать характер и уровень помех, создаваемых ЭПС с
асинхронным тяговым приводом, и провести исследование
работоспособности путевых приёмников в эксплуатационных и
лабораторных условиях.
Степень разработанности темы исследования. Значительный
вклад в развитие теории и создание технических средств интервального
регулирования движения поездов внесли известные ученые: В. С. Аркатов,
Л. А. Баранов, И. В. Беляков, П. Ф. Бестемьянов, А. М. Брылеев,
М. Н. Василенко, А. В. Горелик, В. Ю. Горелик, И. Е. Дмитриенко,
И. Д. Долгий, В. Ю. Ефимов, В. Н. Иванченко, И. М. Кокурин,
А. М. Костроминов, Ю. А. Кравцов, В. М. Лисенков, А. Д. Манаков,
А. Б. Никитин, Б. Д. Никифоров, Л. В. Пальчик, Н. Ф. Пенкин,
А. С. Переборов, Е. Н. Розенберг, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников,
Н. М. Фонарев, Д. В. Шалягин, В. И. Шаманов, В. И. Шелухин,
О. И. Шелухин, А. В. Шишляков, А. А. Явна и другие.
Разработкой теории ЭМС РЦ и ЭПС занимались известные ученые:
М. П. Бадёр, А. Б. Косарев, Б. А. Косарев, Ю. А. Кравцов, К. Г. Марквардт,
А. В. Наумов, В. И. Шаманов, защищены диссертации А. А. Антоновым,
А. Бялонем, Е. В. Горенбейном, П. Е. Мащенко, В. Б. Филиппом,
А. Б. Чегуровым.
В области теории рельсовых цепей известны работы М. В. Бушуева,
Б. Н. Ёлкина, Ю. И. Зенковича, Н. Ф. Котляренко, В. С. Лучинина,
А. П. Разгонова, С. Н. Растегаева, М. Б. Соколова и др.
Целью диссертации является разработка теоретических и практических методов обеспечения ЭМС ТРЦ и ЭПС с асинхронным
тяговым приводом с учетом воздействия тягового тока, протекающего в контактном проводе параллельного пути.
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:
проведен анализ существующей методики расчета ЭМС ТРЦ и ЭПС с асинхронным тяговым приводом, действующих нормативных документов;
создана база данных - записей переменной составляющей тягового тока ЭПС с асинхронным тяговым приводом в междроссельной перемычке;
разработаны математические модели для расчета влияния гармоник тягового тока ЭПС с асинхронным тяговым приводом на РЦ различной конфигурации для двухпутных участков железных дорог;
проведен анализ работы ТРЦ при изменении ее первичных параметров и наличии в рабочей полосе приёмников гармоник тягового тока ЭПС с асинхронным тяговым приводом;
создан аппаратно-программный комплекс для исследования работоспособности аппаратуры ТРЦ с возможностью моделирования помех тягового тока ЭПС с асинхронным тяговым приводом;
проведены экспериментальные исследования ЭМС ТРЦ и ЭПС с асинхронным тяговым приводом в эксплуатационных условиях и на физических моделях в лаборатории;
проведены исследования в эксплуатационных и лабораторных условиях аппаратуры ТРЦ с автоматическим регулированием уровня сигнала (ТРЦ-АР) при воздействии различных дестабилизирующих факторов, позволившие оптимизировать характеристики путевых приёмников и генераторов.
Объектом диссертационного исследования является обеспечение безопасности движения поездов. Предметом диссертационного исследования является анализ факторов, влияющих на ЭМС ТРЦ и ЭПС
с асинхронным тяговым приводом на однопутных и двухпутных участках железных дорог.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных
задач в диссертационных исследованиях были использованы
экспериментальные методы: наблюдение, эксперимент, сравнение,
моделирование. Для создания математических описаний были
использованы теоретические и эмпирическо-теоретические методы – метод формализации, абстрагирования, дедукции, индукции.
Научная новизна диссертационных исследований заключается в разработке новых научно обоснованных практических и теоретических решений по совершенствованию и уточнению расчетов ЭМС РЦ и ЭПС с асинхронным тяговым приводом.
Практическая значимость исследований заключается в
возможности расчета ЭМС ТРЦ и ЭПС с асинхронным тяговым приводом на двухпутных участках с учетом того, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действуют одновременно гармоника тока ЭПС, приближающегося к анализируемой РЦ и гармоника тока ЭПС, движущегося по параллельному пути.
Результаты работы внедрены ОАО «ЭЛТЕЗА» при разработке микропроцессорной аппаратуры ТРЦ-АР и использованы ОАО «НИИАС» при разработке систем интервального регулирования движения поездов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях "Безопасность движения поездов" (Москва, 2011-2014 гг.), Х юбилейной Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Trans-Mech-Art-Chem" (Москва, 2014 г.), на заседаниях и научных секциях кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»
МГУПС (МИИТ) в 2011-2015 гг.
Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации изложены в 15 статьях, 4 из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименований и семи приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах печатного текста, содержит 15 таблиц и 58 рисунков. Приложения представлены на 51 странице.
Методика расчета уровня гармоник тягового тока в рельсовых цепях с изолирующими стыками и общим источником питания
Практическая значимость диссертационных исследований заключается в возможности расчета электромагнитной совместимости рельсовой цепи тональной частоты и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на двухпутных участках с учетом того, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действуют одновременно три сигнала: полезный сигнал, гармоника тока электроподвижного состава, приближающегося к анализируемой рельсовой цепи и гармоника тока электроподвижного состава, движущегося по параллельному пути.
Результаты диссертационных исследований внедрены при разработке микропроцессорной аппаратуры рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала и систем интервального регулирования движения поездов. Объектом диссертационного исследования является обеспечение безопасности движения поездов.
Предметом диссертационного исследования является анализ факторов, влияющих на электромагнитную совместимость рельсовых цепей тональной частоты и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на однопутных и двухпутных участках железных дорог. Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационных исследованиях были использованы экспериментальные методы: наблюдение, эксперимент, сравнение, моделирование. Для создания математических описаний были использованы теоретические и эмпирическо-теоретические методы - метод формализации, абстрагирования, дедукции, индукции.
Положения, выносимые на защиту: математические модели для расчета влияния гармоник тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на рельсовые цепи различной конфигурации в нормальном и контрольном режимах работы для двухпутных участков железных дорог; результаты экспериментальных исследований электромагнитной совместимости рельсовых цепей тональной частоты двухпутных участков и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом с использованием созданной базы исходных данных; результаты экспериментальных исследований в эксплуатационных и лабораторных условиях опытных образцов аппаратуры рельсовых цепей тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала при воздействии различных дестабилизирующих факторов, позволившие оптимизировать характеристики путевых приёмников и генераторов. Достоверность исследований и научных результатов подтверждается корректным использованием в качестве методологической и теоретической базы работ ученых и требований нормативных документов, сбором исходных данных в реальных эксплуатационных условиях с их последующей математической и статистической обработкой. Результаты расчетов с помощью математических моделей подтверждаются результатами эксплуатационных испытаний.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях "Безопасность движения поездов" (Москва, 2011-2014 гг.), Х юбилейной Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Trans-Mech-Art-Chem" (Москва, 2014 г.), на заседаниях и научных секциях кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте МГУПС (МИИТ) в 2011-2015 гг.
Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации изложены в 15 статьях, 4 из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки РФ. Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 105 наименований и семи приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах печатного текста, содержит 15 таблиц и 58 рисунков. Приложения представлены на 51 странице. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)) на кафедре «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» с 2011 по 2015 год.
Методика расчета уровня гармоник тягового тока в расположенных на перегоне в произвольном месте рельсовых цепях без изолирующих стыков
Целью проведения экспериментальных исследований явилось создание базы данных о характере и уровне помех от ЭПС с асинхронным тяговым приводом для последующей обработки и проведения анализа работоспособности приёмников ТРЦ, а также их работоспособности в лаборатории на физических моделях.
Объектом исследований явились приёмники ТРЦ типа ПП1, ПМП2 и ПП3С, входящие в состав аппаратуры РЦ, расположенных на перегонах и станциях, а также РЦ, примыкающих к ТП. В ходе экспериментов были рассмотрены участки с электротягой постоянного тока.
На основании экспериментальных исследований определены по методике, утвержденной ОАО «РЖД», исходные данные по помехоустойчивости устройств ТРЦ в рабочей полосе приёмников для определения норм электромагнитной совместимости (далее – ЭМС) с ЭПС [44, 47], которые приведены в таблице 3.1.
Помехоустойчивость представляет собой максимальный уровень гармоники тягового тока в рабочей полосе частот путевого приёмника, при которой обеспечиваются условия выполнения режимов работы РЦ: нормального, шунтового, контрольного. Таблица 3.1 – Помехоустойчивость приёмников ТРЦ Тип приёмника ПП1 ПМП Помехоустойчивость в нормальном режиме работы 0,55 мА 50 мА Помехоустойчивость в шунтовом и контрольном режимеработы при Квн=0,58 0,40 мА 50 мА Оценка работоспособности приёмных устройств ТРЦ производится по результатам обработки и анализа экспериментальных данных на основании сравнения расчетного значения гармоники тягового тока РЦ с нормативным [6, 8, 12, 47].
Экспериментальные данные для последующей обработки представляют собой записи переменной составляющей обратного тягового тока, протекающего через междроссельную перемычку ДТ смежных РЦ. Исходные данные были получены при проведении экспериментов в реальных эксплуатационных условиях на станциях Поваровка, Тверь и Выборг Октябрьской железной дороги. При проведении экспериментов была учтена неравномерная скорость движения ЭПС, а также различные режимы работы асинхронного тягового привода. На станции Поваровка подвижной состав двигался с постоянной скоростью около 120 км/ч, на станции Тверь регистрация переменной составляющей производилась в режимах тяги и торможения на различных сигнальных точках, в том числе, примыкающих к ТП. Для регистрации переменной составляющей использовался специализированный аппаратно-программный комплекс, который включает в себя: - датчик регистрации переменной составляющей обратного тягового тока; - цифро-аналоговый преобразователь; - персональный компьютер для обработки цифровых данных переменной составляющей тягового тока электровоза с необходимым набором программных средств. В качестве датчика регистрации переменной составляющей использовались катушки Роговского типа FLUKE i3000s. Преобразование аналоговых данных в цифровой вид осуществлялось с помощью регистратора – аналого-цифрового преобразователя A17-U8. Набор средств аппаратно-программного комплекса (ПЭВМ) позволяет проводить гармонический анализ цифровых данных в скользящем «окне» Ханна с учетом перекрытия «окон» 50-75%. Функциональная схема проведения экспериментов показана на рисунке 3.1. Направление движения
В ходе проведения экспериментов на станциях Поваровка и Тверь Октябрьской железной дороги было сделано всего свыше 60 записей обратного тягового тока в цепи междроссельной перемычки смежных РЦ при движении электропоезда «Сапсан», из которых были отобраны 48 файлов с максимальным уровнем амплитуды тока для проведения лабораторных исследований на физических моделях. На рисунках 3.2 – 3.5 представлены осциллограммы файлов №№ s121002, s121009, s121010, s121021, которые из общего числа отобранных имеют наибольшее значение амплитуды тока. Остальные файлы не приводятся в связи с большим объёмом. Рисунок 3.2 – Осциллограмма переменной составляющей тягового тока в междроссельной перемычке смежных РЦ, файл № s121002
Рисунок 3.3 – Осциллограмма переменной составляющей тягового тока в междроссельной перемычке смежных РЦ, файл № s121009 Рисунок 3.4 – Осциллограмма переменной составляющей тягового тока в междроссельной перемычке смежных РЦ, файл № s121010
Осциллограмма переменной составляющей тягового тока в междроссельной перемычке смежных РЦ, файл № s121021 В ходе проведения экспериментов в эксплуатационных условиях на станциях Поваровка и Тверь нарушений в работе устройств РЦ по результатам натурных наблюдений зафиксировано не было.
В ходе проведения эксплуатационных испытаний на станции Выборг Октябрьской железной дороги было подвергнуто проверке предположение о том, что зафиксированные нарушения в работе приёмников типа ПП3С-ДР [70] ТРЦ явились следствием воздействия обратного тягового тока при движении ЭПС с асинхронным тяговым приводом.
При проведении испытаний в соответствии с телеграммой № 46299/ЦДИ от 02.12.2014 г. были совершены экспериментальные поездки электровоза ЭП-20-022 на станции Выборг с одновременной регистрацией обратного тягового тока в междроссельной перемычке смежных РЦ и в каждом рельсе отдельно. При проведении экспериментов ЭПС перемещался по наиболее проблемным участкам станции в различных направлениях, с различной скоростью движения и чередованием режимов работы асинхронного привода. Дополнительно работоспособность приёмников ТРЦ типа ПП3С-ДР контролировалась системой аппаратно-программного комплекса диспетчерского контроля (АПК-ДК) и с помощью натурных наблюдений с измерениями электрических параметров. По результатам работы был составлен акт в соответствии с приложением Г.
По результатам эксплуатационных испытаний было зарегистрировано свыше 30 файлов записей. Для исследования в лабораторных условиях были отобраны пять файлов с максимальным значением амплитуды тока – №№ s143995, s143999, s144004, s144010 и s144011. Осциллограммы этих файлов приведены на рисунках 3.6 – 3.10.
Анализ уровня помех в рельсовых цепях с изолирующими стыками, примыкающих к тяговой подстанции, в нормальном режиме
Проведённые расчеты в соответствии со схемой замещения РЦ с изолирующими стыками, примыкающей к ТП, на рисунке 1.2 и таблицей 3.2 показывают, что влияние гармоник тягового тока, протекающих в контактном проводе параллельного пути на двухпутных участках, на работу устройств ТРЦ превышает аналогичное влияние гармоник, протекающих в контактном проводе данного пути. Это связано с тем, что на однопутном участке ток гармоники в нагрузке обусловлен втекающим током в рельсы и противоположно направленным током, индуктированным из контактного провода. Результат расчёта является разностью межу влиянием втекающего и индуктированного тока.
Анализ полученных результатов в соответствии с таблицей 3.2 показывает, что при учете влияния гармоник тягового тока в контактном проводе данного пути для однопутного участка нормальный режим работы ТРЦ-3 обеспечивается при длинах до 1,2 км на всех тональных частотах рабочего диапазона. Величина соответствующего тока на входе приёмника Iп1ОУ при величине гармоники тягового тока в контактном проводе 0,35 А не превышает нормативного значения 0,55 мА.
При учете влияния гармоник тягового тока, протекающего в контактном проводе параллельного пути, на двухпутном участке нормальный режим обеспечивается при нормативной максимальной длине ТРЦ-3 0,8 км. ЭМС ТРЦ с автоматическим регулированием уровня сигнала (далее – ТРЦ-АР) и ЭПС с асинхронным тяговым приводом обеспечивается на двухпутном участке при длине РЦ до 1,2 км.
Для схемы замещения РЦ с изолирующими стыками и общим источником питания, примыкающей к ТП, в соответствии с рисунком 1.3 был проведен расчет при условии z1=z2=zp с учетом (1.11) – (1.14) для наиболее неблагоприятных эксплуатационных условий согласно алгоритму на рисунке 3.18. При этом принимались допущения, аналогичные допущениям при расчете схемы замещения РЦ в соответствии с рисунком 1.2.
В результате расчета схемы замещения на рисунке 1.3 были определены величины, аналогичные величинам, приведенным в таблице 3.2 для однопутного и двухпутного участков. Блок-схема алгоритма вычисления коэффициентов влияния схем замещения на рисунках 1.3, 1.4, 2.3 В соответствии с расчетами таблицы 3.3 при учете влияния гармоник тягового тока на однопутном участке коэффициент влияния Квл1ОУ практически не изменяет своего значения на всех тональных частотах диапазона ТРЦ-3 при длинах рассматриваемых РЦ до 1,2 км. Максимальное значение Квл1ОУ при этом составляет 1,5 %, что соответствует току 0,14 мА на входе приёмника Iп1ОУ при нормативном значении гармоники тягового тока в контактном проводе 0,35 А.
На рисунках 3.19 – 3.20 показаны зависимости вычисленных коэффициентов влияния и соответствующих этим значениям токов на входе приёмника рельсовой цепи Квл1=f(х), Iп1=f(х) для наиболее неблагоприятных эксплуатационных условий для двухпутного участка.
На рисунках 3.21, 3.22 показаны зависимости определенного по принципу суперпозиции коэффициента влияния Квл1ДУ и соответствующего этому значению тока на входе приёмника Iп1ДУ с учетом влияния гармоник тягового тока данного и параллельного пути на двухпутном участке от длины РЦ с общим источником питания. 5 1 780 Гц Рисунок 3.22 – График зависимости Iп1ДУ от длины РЦ при нормативном значении тока гармоники 0,35 А для схемы на рисунке 1.3 Анализ полученных результатов в соответствии с таблицей 3.3 показывает, что при учете влияния гармоник тягового тока данного пути однопутного участка, гармоник тягового тока параллельного пути двухпутных участков, а также совокупного влияния гармоник тяговых токов смежных путей, определенного по принципу суперпозиции, при воздействии продольной и поперечной асимметрии нормальный режим работы РЦ с общим источником питания обеспечивается на всех длинах рельсовых линий до 1,2 км и на всех тональных частотах диапазона ТРЦ-3 при наличии в фидерной зоне одного электровоза.
Проведенные расчеты показывают, что влияние гармоник обратного тягового тока параллельного пути превышает влияние гармоник тягового тока, протекающего в контактном проводе данного пути.
Влияние обратного тягового тока ЭПС, протекающего в контактном проводе параллельного пути на РЦ данного пути в контрольном режиме оценивается при критических значениях сопротивления изоляции Rизк и расстоянии до места обрыва Lок [46, 103]. Это связано с тем, что при критических значениях указанных выше величин ток на входе приёмника РЦ цепи будет иметь максимальное значение.
Для длин РЦ 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 км и тональных частот 420, 480, 580, 720 и 780 Гц были рассчитаны значения коэффициентов влияния Квл1ОУ, Квл1 при учете влияния гармоник тягового тока данного пути и пути, параллельного с ним. На основании принципа суперпозиции определено результирующее влияние гармоник тяговых токов, протекающих в контактном проводе данного пути и пути, параллельного с ним Квл1ДУ на аппаратуру приёма сигнала ТРЦ.
Расчет схемы замещения РЦ, примыкающей к ТП, в контрольном режиме произведен для случая, когда g1=g2, z1=z2=zp и Rиз=1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 и 4,0 Омкм в соответствии со схемой замещения на рисунке 2.1. Результаты расчетов для тональных частот 420, 580 и 780 Гц представлены в таблице 3.4. Исходные данные для расчета были приняты на основе [104].
По результатам расчетов в соответствии с таблицей 3.4 на рисунках 3.23 – 3.28 представлены графики зависимости Квл1ОУ, Квл1 и Квл1ДУ от сопротивления изоляции рельсовой линии для длин РЦ, равных 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 км и тональных частот 420 и 780 Гц.
Для тональных частот диапазона ТРЦ-3 рассчитано критическое сопротивление изоляции Rизк и соответствующие этому значения коэффициенты влияния Квл1ОУ, Квл1 и Квл1ДУ. Результаты расчета представлены в таблице 3.5.
Методика проведения лабораторных испытаний работоспособности рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала при воздействии помех, создаваемых электропоездом «Сапсан»
Состояние реле при включении модуляции и помехи проверялось для каждой из трех комбинаций кода Бауэра. При данных исследованиях путевое реле надежно удерживало якорь.
Измерение и фиксация напряжения на выходе приёмника ПМП3 на нагрузке сопротивлением 300 Ом во всем диапазоне напряжения питания приёмника при уровне сигнала на входе выше и ниже тока срабатывания 2,6 мА производились в фоновом режиме при выполнении всех проверок и составили: 4,6 В – при токе выше Iсраб; 0,1 мВ – при токе Iотп и меньше. Значения напряжения находятся в пределах допуска.
Потребляемая мощность приёмников ПМП3 во всем диапазоне напряжения питания проводилась в нормальном режиме работы, при котором приёмник имеет максимальное энергопотребление. Уровень немодулированного сигнала устанавливался в пределах 54 … 145 мВ, затем включалась модуляция сигнала и фиксировался момент подачи питания нормального уровня на путевое реле. Измерялся ток питания ПМП3 при различных напряжениях (15;17,5 и 20 В) и вычислялась потребляемая мощность по формуле: Р(ВА) = Uп(В)Iп(А).
Изделие считают отвечающим требованиям по потребляемой мощности, если потребляемая мощность составляет не более 2,5 ВА. Результаты измерений приведены в таблице 4.4. Значение Р находится в пределах допуска. Таблица 4.4 – Потребляемая мощность приёмников ПМП3 всех исполнений Напряжение питания, В Мощность, ВА 15,0 2,42 - 2,48 20,0 2,45 - 2,49 Наличие команд на выходе порта управления приёмника ПМП3, предназначенных для автоматического регулирования уровня сигнала генератора, проверялось с помощью вспомогательного устройства – тестера сигналов автоматического регулирования (АР), имитирующего работу модуля приёма команд АР генератора ГМП2. Тестер подключался к внешнему разъему приёмника, производились соответствующие настройки генератора сигнала и приёмника. При этом на тестере должен мигать светодиод, подтверждающий посылку команды на увеличение или уменьшение уровня сигнала от ГМП2. Мигание светодиода имело место во всех случаях.
На основании проведённых испытаний сделан вывод о том, что характеристики разработанных технических решений аппаратуры соответствуют требованиям технического задания.
Для реализации возможности использования в качестве тестовой информации уровня выходного сигнала генератора ГМП2 (Uвых) при наличии и отсутствии нагрузки экспериментально был определен реальный разброс входного сопротивления фильтра (ФПМ) Rфпм на всех рабочих частотах генератора и устойчивость ФПМ к температурным воздействиям (зависимость резонансной частоты fo и Rфпм от Т, С ).
Испытания проводились на рабочем комплекте фильтров, размещенных в каркасе 19“ размера. В одном каркасе размещено шесть ФПМ, три из которых могут настраиваться на нижнюю группу частот ТРЦ (420, 480, 580 Гц), а три других – на верхнюю (580, 720, 780 Гц). Схема программно-аппаратного комплекса для проверки рабочего комплекта ФПМ приведена на рисунке 4.2. Рисунок 4.2 – Схема испытательного стенда проверки рабочего комплекта ФПМ
Обозначения на рисунке 4.2 А0 – ПЭВМ с программой генератора сигнала с отстройкой несущей частоты; А1 – звуковая колонка (мощность 10 – 40 Вт); R1 – магазин сопротивлений 0 – 100 Ом с шагом 0,1 Ом; Р1 – милливольтметр Agilent; А2 – температурная камера (-40оС – +70оС); А3 – крейт (каркас) фильтров ФПМ; А4 – А6 – фильтры ФПМ нижнего поддиапазона частот ТРЦ (ФПМ1 – ФПМ3); А7 – А9 – фильтры ФПМ верхнего поддиапазона частот ТРЦ (ФПМ4 – ФПМ6); П1 – переключатель на 6 положений. Фильтры ФПМ1–ФПМ3 были настроены на частоту 420 Гц, а ФПМ4– ФПМ6 –на 580 Гц и подключены к стенду, в соответствии с рисунком 4.2. Крейт А3 с включенными ФПМ был помещен в температурную камеру А2.
После включения ПЭВМ (А0) и звуковой колонки (А1) в окне программы генератора была установлена рабочая частота (420/12 Гц, АТ сигнал - меандр). Регулятор уровня сигнала на звуковой колонки установлен в среднее положение, гарантирующее отсутствие нелинейных искажений. Для измерения входного сопротивления ФПМ1 (А4) на магазине сопротивлений устанавливается значение R1 = 0 Ом, переключатель П1 переводится в положение 1. Изменяя уровень ТРЦ сигнала программного генератора на входе ФПМ1 выставляется значение напряжения Ueblx= 2 В ±0.5% (1,99 - 2,01 В) и контролируется прибором Р1.Величина R1увеличивается до тех пор, пока не установится значение ивых = 1±0,5% В (0.995 - 1.005 В). Текущее значение R1 фиксируется. После установки в окне программы генератора рабочей частоты 420/8 Гц действия повторяются.
Для измерения резонансной частоты ФПМ1 (А4) выключалась модуляция сигнала и, плавно перестраивая вниз и вверх несущую частоту генератора, находился минимум показания прибора Р1. Соответствующая этому результату частота генератора фиксировалась. Для фильтров ФПМ2 - ФПМ6, устанавливая соответствующую несущую частоту ТРЦ сигнала, проверки были выполнены аналогично.
Испытания были проведены при температуре в камере -40оС, +25оС и +70 оС и всех несущих частот диапазона ТРЦ3.
Для всех рабочих частот и исследованных температур было вычислено изменение входного сопротивления фильтров относительно номинального значения Кфпм = 6,8 Ом: А = 100{Кфпм 6,8)/6,8, %.
Программное обеспечение ПЭВМ испытательного стенда на рисунке 4.1 имеет возможность выбора и формирования выходного тестового сигнала различной конфигурации, который снимается с выхода звуковой карты ПЭВМ и поступает на вход УНЧ. Однако отслеживания изменения уровня сигнала Ueblx на выходе ГМП2 от величины нагрузки при неизменном входном напряжении Uex и нагрузки RH программное обеспечение не предусматривает. Для осуществления эксперимента по изучению изменения уровня ивых при заданных значениях Uex и R» программное обеспечение было доработано с целью включения в алгоритм работы вычисления относительной погрешности , % изменения Ueblx ГМП2 от величины активной нагрузки RH. Блок-схема обновленного алгоритма работы программного обеспечения показана на рисунке 4.3.