Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование работоспособности станционных рельсовых цепей при воздействии тягового тока во время обледенения контактного провода 10
1.1. Анализ воздействия тягового тока на работу рельсовых цепей при обледенении контактного провода 10
1.2. Разработка технических решений по обеспечению работоспособности фазочувствительиых рельсовых цепей при гололёдных, явлениях на контактном проводе 24
1.3. Влияние симметрирующих резисторов па обратную тяговую сеть 34
1.4. Математическое описание рельсовой цепи с симметрирующими резисторами 36
1.5. Исследование работы рельсовой цепи, с симметрирующими резисторами 45
1.6. Разработка технических решений по исключению опасных явлений при кратковременном срабатывании путевого реле 49
1.7. Выводы 51
2. Математическое описание контрольного режима тональных рельсовых цепей 52
2.1, Методика расчета контрольного режима тональных рельсовых цепей с питанием из середины рельсовой линии 52
2.2. Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с двумя ответвлениями 60
2.3- Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с тремя ответвлениями 71
2.4. Выводы 87
3. Исследование влияния электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями на работоспособность станционных рельсовых цепей 88
3.1. Проблема: электромагнитной совместимости электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями и фазочувствительных рельсовых цепей 88
3.2. Анализ влияния переменных составляющих тягового, тока электровоза ЭПЮ на фазочувствительные рельсовые цепи 95
3.3. Исследование электромагнитной совместимости станционных фазочувствительных рельсовых цепей и электровоза ЭПЮ с полупроводниковыми преобразователями при- электротяге, постоянного тока 104
3.4. Экспериментальная проверка в: эксплуатационных условиях влияния тягового тока электровоза ЭПЮ на:станционные фазочувствительные рельсовые цепи 108
3.5. Выводы 117
4. Разработка локомотивного индикатора электромагнитной совместимости электровоза ЭПЮ и станционных фазочувствительных рельсовых цепей 120
4.1. Принципы построения' локомотивного индикатора электромагнитной; совместимости электровоза ЭПЮ и станционных фазочувствительных рельсовых цепей 120
4.2. Определение основных параметров электронной модели релейного конца станционных фазочувствительных рельсовых цепей 126
4.3. Лабораторные испытания макетного образца ЛИЭМС 136
4.4. Экспериментальные исследования в линейных условиях макетного образца ЛИЭМС 142
4.5. Вероятность невыполнения. требований электромагнитной совместимости электроподвижного состава и станционных фазочувствительных рельсовых цепей 153
4.6. Выводы 161
Заключение 163
Список использованных источников 166
Приложение
- Разработка технических решений по обеспечению работоспособности фазочувствительиых рельсовых цепей при гололёдных, явлениях на контактном проводе
- Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с тремя ответвлениями
- Анализ влияния переменных составляющих тягового, тока электровоза ЭПЮ на фазочувствительные рельсовые цепи
- Определение основных параметров электронной модели релейного конца станционных фазочувствительных рельсовых цепей
Введение к работе
Рельсовые цепи являются основным элементом современных систем автоматики и телемеханики по регулированию движения поездов на железных дорогах. Они выполняют функции датчика информации о свободное и целостности рельсового пути изолированного участка, а также используется в качестве телемеханического канала связи между проходными светофорами и между путевыми и локомотивными устройствами..От устойчивости их работы зависит. функционирование систем интервального регулирования движения поездов.
Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов с помощью средств автоматики и телемеханики внесли известные ученые И.В. Беляков, П,Ф. Бестемьянов,.А.М. Брылеев, И.Е. Дмит-ренко, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М.Лисенков, Б.Д. Никифоров, А.С. Переборов; Н.Ф. Котляренко, Н.Ф. Пснкин, Е.Н. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю:В. Соболев, Ы.М. Фонарёв, Д.В: Шалягин, В,И. Шаманов, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, А.В. Шишляков, А.А. Явна и другие.
При увеличении интенсивности движения поездов, появлении новых видов электроподвижного состава-возник ряд проблем обеспечения работоспособности рельсовых цепей на станции.
Одним-из вопросов, связанных с повышением устойчивости работы станционных рельсовых цепей, является их эксплуатация при воздействии тягового тока в.условиях обледенения контактного провода [32,40, 50, 56, 57, 59, 79].
На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока при погодных условиях, способствующих обледенению контактного провода, происходят отказы.станционных фазочувствитсльных рельсовых цепей частотой 25 Гц с путевым реле ДСШ-13 [70].
Вследствие обледенения контактного провода токосъём сопровождается образованием электрической дуги между контактным проводом и пантографом электровоза. Электрическое сопротивление дуги в процессе движения электровоза непрерывно изменяется, что приводит к скачкообразным изменениям тяго-
вого тока, под воздействием которых возникает два переходных процесса: в цепи между тяговой подстанцией и электровозом и в схеме релейного конца фа-зочувствительной рельсовой цепи. При этом путевое реле может переключиться в противоположное состояние, т.е, возможна ложная занятость или ложная свободность рельсовой цепи.
В настоящее время на станциях широко применяются рельсовые цепи тональной частоты. Для контроля свободное и занятости приёмо-отправочных путей питание тональных рельсовых цепей осуществляется из середины рельсовой линии [7, 28,29, 30]. Математическое описание контрольного режима для таких рельсовых цепей, а также для разветвлённых рельсовых цепей отсутствует. Поэтому необходимо разработать методику, расчёта контрольного режима для этих видов станционных рельсовых цепей,
В настоящее время на электроподвижном составе для регулирования тяги широко используются полупроводниковые преобразователи напряжения. При их применении в тяговой сети возникают пульсации, которые полностью сгладить на борту электроподвижного состава практически невозможно. Поэтому в тяговой сети будут появляться гармоники, кратные частотам, которые используются для регулирования тяги.
При использовании коллекторных тяговых двигателей постоянного тока применяется широтно-импульсное регулирование, рабочая частота полупроводникового преобразователя строго постоянна и существенно выше частоты сигнального тока фазочувствительных рельсовых цепей. Частота помехи рельсовым цепям от тяговых преобразователей составляет обычно около 400 Гц, которая без особых трудностей подавляется при помощи бортового фильтра. На Российских железных дорогах в настоящее время применяется электроподвижной состав с широтно-импульсным регулированием. Его электромагнитная совместимость с фазочувствительными рельсовыми цепями обеспечивается.
При использовании бесколлекторных асинхронных тяговых двигателей полупроводниковые преобразователи должны реализовать диапазон частот 2 — 120 Гц, а в некоторых случаях и более широкий.
При пуске двигателя электроподвижного состава будет генерироваться весь диапазон частот от минимального до максимального значения. Таким образом, во всех эксплуатируемых в настоящее время рельсовых цепях в их рабочем диапазоне могут появиться помехи, представляющие собой гармоники тягового тока, которые будут оказывать мешающее или опасное влияние [42, 51, 58].
Мешающему влиянию подвержены кодовые рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц, а также тональные рельсовые цепи. Мешающее влияние проявляется в том, что гармоники тягового тока, совпадающие по частоте с сигнальным током рельсовой цепи, нарушают работу путевого приёмника, вследствие чего появляется ложная занятость участка пути.
Опасному влиянию подвержены фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц с реле ДСШ, которое при занятом участке пути может сработать и дать ложную информацию о свободное пути, если на путевом элементе уровень, частота и фаза гармоник тягового тока будут иметь соответствующие значения [62, 70].
В связи с этим возникает задача исследования влияния электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями па работоспособность станционных рельсовых цепей и разработки диагностической системы, которая осуществляла бы непрерывную диагностику исправности тягового преобразователя с целью выявления отказа, ведущего к недопустимым изменениям спектра тягового тока, регистрации отказа и выдачи команды в схему управления электровозом, которая должна автоматически исключить недопустимый режим работы электровоза.
Целью данной диссертационной работы является* разработка теоретических и практических методов повышения устойчивости работы станционных рельсовых цепей, адекватно учитывающих:
воздействие тягового тока в условиях обледенения контактного провода;-
особенности тональных рельсовых цепей приёмо-отправочных путей;, а также разветвлённых рельсовых цепей;
воздействие помех от электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями на фазочувствительные рельсовые цепи.
Диссертационная работа состоит из введения;.четырёх глав, заключения, списка использованных источников и.приложений;
В Главе 1 рассмотрены вопросы исследования работоспособности, станционных рельсовых цепей.при воздействии тягового тока во время обледенения контактного провода. На основе анализа воздействия тягового тока, влияния' асимметрии рельсовой линии и характера воздействия переходного процесса на. работу рельсовыхщепей-при обледенении контактного провода сформулированы методы решения проблемы обеспечения работоспособности фазочувстви-тельных. рельсовых цепей, проведён.анализ работы рельсовой цепи в условиях обледенении контактного провода при- включении симметрирующих резисторов. Дана оценка возможного влияния включения симметрирующих резисторов на величину сопротивления обратной тяговой сети; Получено математическое описание рельсовой цепи с симметрирующими резисторами, проведено 'Исследование работы рельсовой цепи с симметрирующими резисторами. Разработаны технические решения по исключению опасных явлений при кратковременных срабатываниях путевого реле,
В Главе 2 рассмотрены вопросы разработки методики расчета контроль-нога режима станционных тональных рельсовых цепей с питанием из середины рельсовой линии, разветвлённых рельсовых цепей с двумя и тремя ответвлениями. Составлены схемы замещения.тональной рельсовой цепи с питанием из
середины рельсовой линии, а также разветвлённых рельсовых цепей с двумя и тремя ответвлениями в контрольном режиме, проведено исследование их работы в контрольном режиме,
В Главе 3 выполнено исследование влияния электро подвижно го состава с полу провод никовыми преобразователями на работоспособность станционных рельсовых цепей. Проведен анализ, разработана методика исследования электромагнитной совместимости электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями и фазочувствительных рельсовых цепей с учетом особенностей работы схемы релейного конца.
В Главе 4 рассмотрены вопросы технического решения, связанные с разработкой локомотивного индикатора электромагнитной совместимости электровоза ЭП10 и станционных фазочувствительных рельсовых цепей. Разработаны принципы построения локомотивного индикатора; проведена разработка структурной и функциональной схем; проведены лабораторные испытания и экспериментальные исследования макетного образца ЛИЭМС в линейных условиях; разработана методика оценки вероятности невыполнения требований электромагнитной совместимости электроподвижного состава и станционных фазочувствительных рельсовых цепей.
Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) с 2002 по 2005 год.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на пятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» в г. Москве в 2004 г., первой Московской городской научно-практической конференции «Вузы - Наука - Город» в 2005 г. и опубликованы в одиннадцати печатных работах.
Разработка технических решений по обеспечению работоспособности фазочувствительиых рельсовых цепей при гололёдных, явлениях на контактном проводе
Как.видно из приведённых расчётов, при нормативной асимметрии по переменному-току асимметрия по постоянному току значительна и может вызывать подмагничивание сердечника дроссель-трансформатора: Из графиковгвид-но, что короткие рельсовые цепи в большей степени подвержены, влияй ню под-магничивания:сердечника дроссель-трансформатора:тяговым;током, чем длинные рельсовые цепи; Чтобы асимметрия по постоянному тяговому току в.рельсовой линии была на уровне 33%,.в коротких, рельсовых цепях.до 0 2.кмдопус-тима:разница сопротивлений между рельсовыми.нитями-0,02 - 0,05 Ом, в рельсовых цепях длиной 0,6 км — 0,03 Ом, а в длинных рельсовых цепях более. 1. км; допустима разностная величина .сопротивления между первой, и.второй рельсовыми нитями 0,05 Ом,
Отказы-в виде:«ложной занятости» происходят, в.осповном, в.станцион-ных рельсовых цепях длиной- до 0,4 км достаточно редков рельсовых-цепях до 0,6км; Таким образом, можно считать, что-максимальная длина-рельсовой цепи, при которой необходимО Применятьдополнительные меры-по обеспечению работоспособности станционных рельсовых.цепей при гололёдных явлениях на контактном проводе, составляет 0,6 км;
Разработка технических решенийпо обеспечению работоспособности фазочувствительных рельсовых цепей при гололёдных явлениях на контактном проводе
Решение проблемы обеспечения работоспособности фазочувствительных рельсовых цепей.при гололёдных явлениях на1 контактном проводе-может быть осуществлено двумя путями. Первый цз них - это применение дроссель трансформаторов с сердечником с воздушным зазором, тина ДТ-036-500С [64, 66], которые используются на станциях стыкования. Эти дроссель-трансформаторы могут выдерживать значительную асимметрию по постоянному току, не приводящую к насыщению магнитной системы, однако при этом следует учитывать, что замена дроссель-трансформаторов, даже только в коротких рельсовых цепях па станциях, приводит к значительным затратам. Это объясняется тем, что только в одной неразветвлённой рельсовой цепи потребуется заменить сразу два дроссель-трансформатора» стоимость которых в настоящее время достаточно высокая.
Второй путь решения указанной проблемы основан на том, что в коротких рельсовых цепях длиной до 0,6 км включительно представляется возможным выровнять асимметрию по постоянному току. Для обеспечения работоспособности рельсовых цепей можно уменьшить асимметрию по постоянному току с помощью включения дополнительных резисторов последовательно с рельсами, величина сопротивлений которых по постоянному току значительно превышает все предельные сопротивления, в том числе сопротивления рельсовых нитей, полуобмоток дроссель-трансформаторов, а также переходные сопротивления в точках подключения дроссельных перемычек [50, 56, 59],
На рис, 1.12, 1.13, 1.14 представлены графики зависимости асимметрии рельсовой линии по постоянному току от длины рельсовой линии при включении дополнительных симметрирующих резисторов () при различном их значении и постоянном значении разностной величины сопротивлений между рельсовыми нитями для каждого графика (на рис, 1.12 Дй=0,01 Ом, на рис. 1.13 z№=0,03 Ом, на рис. 1.14 ЛД=0,06 Ом). На рис. L15, ІЛ6, 1Л7 представлены рафики зависимости асимметрии рельсовой лшши но иск. гон ЗІ но.му тику от г-ышчения ревностной недичины со-противлении между рельсовыми нитями при включении дополнительны к симметрирующих ретисторон (Д,) при различном их значении м постоянной длине рельсовой линии для каждого графита {на рис. І.15 Н „2 км, на рис. 1.16 М),4 км, нарис. 1.17 1--(),6 км). Ш рис. 1.18, !Л9, 1.20 представлены графшш зависимости асимметрии рельсовой линии по постоянному току от значения разностной величины со-ироіішлеїшй между рельсовыми нитями и длины рельсовой линии при включении дополнительных симметрирующих резисторов () при различном их значении (на рис. 1.18 #й=0,1 Ом, на рис. 1,19 Rj=0,2 Ом, на рис. 1.2(1 Rj"03 Ом).
Из графика зависимости напряжения на путевом элементе реле ДСШ-13 от постоянного тока подмагничивания (см, рис. 1.11) видно, что для того, чтобы уменьшение напряжения на реле было не менее чем до 0,8L , необходимо, чтобы ток подмагничивания 1подм сердечника дроссель-трансформатора был не более 12 А. Статистика показывает, что максимальная амплитуда постоянной составляющей тягового тока 1 составляет 107,4 А, а максимальное значение постоянной времени переходного процесса 7=0,475 с. При таких значениях пели-чина тока через 0,1 с после начала переходного процесса (времени отпускания реле) составляет максимально допустимом токе подмагничивания 12 А асимметрия тягового тока составляет
Таким образом, максимальный уровень асимметрии рельсовой линии по постоянному току может составлять 10 - 13%, Ma основании проведенных исследовании установлено, что сопротивление симметрирующих резисторов должно составлять 0,15 - 0,2 Ом. При этих значениях сопротивления симметрирующих резисторов для рельсовых линий длиной 0,1 - 0,6 км и при значениях разностной величины сопротивлений между рельсовыми нитями не более 0,03 Ом асимметрия по постоянному току не. будет превышать 10%,
При минимальных значениях сопротивлений в.резисторном.блоке, равных 0,15 Ом, асимметрия по постоянному току рельсовой линии длиной 0,6 км уменьшится с 33% до 7,7% согласно приведённому ниже расчёту: При сопротивлениях в резисторном блоке по 0,2 Ом асимметрия в рельсовой цепи длиной 600 метров снизится до 6,1%. На рис. 1.21 и 1.22 представлены графики зависимости асимметрии рельсовой линии по постоянному току от длины рельсовой линии при включении дополнительных симметрирующих резисторов () при различном значении отклонения между симметрирующими резисторами (ARd=0%, 2%, 5%, 10%), постоянном для каждого графика значения сопротивления симметрирующих резисторов (на рис. 1.21 #,)=0,15 Ом, на рис, 1.22 / =0,2 Ом) и постоянном значении (ЛЛ=0,03 Ом) разностной величины сопротивлений между рельсами.
Из приведённых расчётов следует, что величины дополнительных симметрирующих резисторов, подключаемых в каждый рельс, могут находиться в пределах от 0,15 до 0,2 Ом отличаясь друг от друга в одном блоке не более чем на 2%, При этом величина асимметрии рельсовой линии по постоянному току будет на уровне 10%. Такой технологический разброс параметров сопротивлений удовлетворяет условиям их изготовления.
Методика расчета контрольного режима рельсовых цепей с тремя ответвлениями
Сокращение экономических затрат на тягу пассажирских и грузовых поездов связано с применением в силовой цепи электроподвижного состава-при электротяге постоянного и переменного тока полупроводниковых преобразователей напряжения [20, 34, 36], При этом в тяговой сети возникают пульсации, которые полностью сгладить на борту электроподвижного состава практически невозможно. Поэтому в тяговой сети будут появляться гармоники, кратные частотам, которые используются для регулирования тяги. Возможны два варианта выполнения преобразователя в зависимости от того, какие используются тяговые двигатели: коллекторныелюстоянного тока или бесколлекторные асинхронные двигатели переменного тока.
В первом случае применяется широтно-импульсное регулирован не, рабочая частота полупроводникового преобразователя строго постоянна и существенно выше частоты сигнального тока фазочувствительных рельсовых цепей. Частота помехи рельсовым цепям от тяговых, преобразователей составляет обычно около 400Тц, которая без особых трудностей подавляется при помоцщ бортового фильтра. На Российских железных дорогах в настоящее. время применяется электроподвижной состав: с широтно-импульсным регулированием. Его электромагнитная совместимость с фазочувствительными рельсовыми цепями обеспечивается. Такие же принципы регулирования используются в перспективных электровозах ЭП2К и ЭШ00.
Во втором случае для питания бес коллекторных асинхронных тяговых двигателей полупроводниковые преобразователи должны реализовать диапазон частот 2- 120 Гц, а в некоторых случаях и более широкий [17, 63].
При. пуске, двигателя электро подвижно го состава будет генерироваться весь диапазон частот от минимального до максимального значения, Такимоб-разом, во всех эксплуатируемых в настоящее.время рельсовых цепях в их рабочем диапазоне могут появиться помехи, представляющие собой гармоники тягового тока, которые будут оказывать мешающее или опасное влияние [42, 51]..
Мешающему влиянию подвержены кодовые рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц, а также тональные рельсовые цепи. Мешающее.влияние проявляется в том, что гармоники тягового тока, совпадающие по частоте с сигнальным током рельсовой цепи, нарушают работу путевого приёмника, вследствие чего появляется ложная занятость участка пути. Опасному влиянию подвержены фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 и 50 Гц с реле ДСШ, которое может сработать и замкнуть.фронтовой контакт,, если на путевом элементе уровень, частота и фаза гармоник тягового тока будут иметь соответствующие значения [2, Si 13; 14, 41, 45, 62, 67, 68; 70].
Проблема влияния тягового подвижного состава с полупроводниковыми-преобразователями на устройства-рельсовых цепей автоблокировки и автоматической-локомотивной сигнализации существует на. всех железных дорогах мира [16, 38, 58]. Для обеспечения электромагнитной совместимости электроподвижного состава и рельсовых цепей необходимым условием является ограничение уровней помех, создаваемых электроподвижным составом, до уровней допустимых значений [9, 11, 72, 73, 77, 78], В настоящее время для Российских железных дорог разработаны нормативы на допустимые уровни переменных-составляющих тягового тока, выполнение которых проверяется во время приёмочных испытаний.
Допустимые уровни неременных составляющих тягового тока по мешающему влиянию разработаны, исходя изтребований обеспечения нормальной работы кодовых и тональных рельсовых цепей при нормируемой асиммет рий рельсовой линии. Испытания опытного образца электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями и асинхронным тяговым двигателем ЭШО [69, 80, 81, 83] показали, что в условиях, жёстких ограничений массо-габаритных и энергетических показателей преобразовательного оборудования электромагнитная совместимость с кодовыми и тональными рельсовыми цепями обеспечивается,
Допустимые уровни переменных составляющих тягового тока по опасному влиянию разрабатываются с учетом наиболее неблагоприятных условий, когда влияние проявляется в наибольшей степени. Это имеет место при изломе рельса (см. рис, 3.1).
Анализ влияния переменных составляющих тягового, тока электровоза ЭПЮ на фазочувствительные рельсовые цепи
Во время опытных поездок на участке Москва - Ростов-на-Дону на электровозе ЭП10 была установлена диагностическая система LIM наличия в.тяго-вом токе переменных составляющих с частотой 25 и 50 Гц, срабатывание которой происходило достаточно часто. Диагностическая система LIM была.настроена таким образом, что сраба-тьтвала.в случаях, когда величины действующих значений переменных составляющих тягового тока на частотах 25 и 50 Гц превышали граничный уровень по продолжительности более 300 мс. Действующее значение переменных составляющих частотой 25 Гц и:50 Гц определялось в результате спектрального анализа с использованием преобразования Фурье, Было отмечено большое число срабатываний зтого датчика. В ходе опытных поездок электровоза ЭШО были сделаны цифровые записи переменной составляющей тягового тока продолжительностью от 15 до 40 с. Частота дискретизации составила. 10 кГц. Это достаточно для проведения необходимых расчетных исследований. Для исследования зарегистрированных с использованием схемы измерений (см. рис. 3-2) записей на предмет оценки уровня опасности воздействия переменных составляющих тягового тока электровоза ЭШО на станционные фа-зочувствительные рельсовые цепи использованы следующие методы; - попериодное определение действующих значений переменных составляющих тягового тока на частотах 25 и 50 Гц методом классического преобразования Фурье; - попериодное определение, фазы переменных составляющих тягового тока на частотах 25 и 50 Гц методом классического преобразования Фурье; - расчет величины относительного вращающего момента на секторе путевого реле от действия переменных составляющих тягового тока; - расчет величины относительного перемещения сектора путевого реле от действия переменных составляющих тягового тока. Использованный выше термин «попериодное определение» означает, что определение действующих значений переменных составляющих тягового тока и их фазы методом классического преобразования Фурье [33] основывалось на «скользящей» обработке исходного массива данных по «кадрам» соответствующим длительности одного периода процесса с частотой 25 или 50 Гц, то есть, соответственно, 40 и 20 мс. Если определять уровни переменных составляющих пульсаций тягового тока со «скользящей» обработкой «кадров» длительностью 300 мс, то имеет место соответствующее усреднение результатов.
При этом динамика фазы переменных составляющих пульсаций не оценивается, так как усреднение результатов на интервале 300 мс исключает возможность детального исследования поведения фазы неременных составляющих пульсаций в рассматриваемых процессах. Расчет величин относительного вращающего момента и перемещения сектора путевого реле проводился исходя из наиболее тяжелых условий: - стопроцентная асимметрия рельсовой линии; - отсутствие насыщения путевого дроссель-трансформатора; - отсутствие фильтра защиты от импульсных перенапряжений в цепях питания путевого элемента реле ДСШ. Таким образом, в расчете моделировалось наиболее полное проникновение переменной составляющей тягового тока электровоза в путевую обмотку реле ДСШ. В путевом реле ток местного элемента моделировался и виде образцовой синусоиды заданной частоты (25 или 50 Гц). Чтобы охватить наиболее опасные фазовые соотношения токов в путевом и местном элементах реле, производилось одновременное моделирование работы шести реле со сдвигом эталонного синусоидального сигнала на 0, 60, 120, 180а, 240 и 300 (с учетом того, что нормальная фазовая чувствительность реле соответствует углу сдвига между векторами токов в путевом и местном элемен тах 90±30). Зарегистрированные массивы данных содержат обширный объем информации для данного исследования. На рис.3.3, как пример, представлена запись файла данных полностью. В целом в восьми файлах представлены разнообразные процессы взаимодействия тяговой сети с входным фильтром электровоза ЭП10: - минимальные колебания тягового тока, в которых присуїствуют главным образом переменные составляющие тягового тока с частотой 100, 200 Гц и т.д. (см. рис. 3.4); - фоновые колебания тягового тока с частотой близкой к собственной частоте входного фильтра (8-10 Гц); - часто повторяющиеся и отдельные переходные процессы с размахом колебаний тягового тока до 100 - 300 А (см. рис. 3.5). Обработка Rcex файлов данных показала, что в среднем уровни действующих значений переменных составляющих тягового тока электровоза с частотой 25 и 50 Гц в рассматриваемых режимах находятся в пределах 200 600 мА. Ч По результатам расчетов только один раз по всем записям уровень переменных составляющих с частотой 25 и 50 Гц достиг величин 1,9 и 2,0 Л. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что данные о превышении нормируемого уровня переменной составляющей на частотах 25 и 50 Гц на основе прямого спектрального анализа тягового тока диагностической системой LIM, с учетом параметров всех составных частей канала измерений, не соответствует алгоритму регистрации превышений переменными составляющими тягового тока установленных норм длительностью более 300 мс. Фактически диагностическая система существенно более чувствительна к помехам. По данным расчетов в рассматриваемые промежутки времени не должно было быть зафиксировано ни одного аревышенкя установленного уровня на время более 300 мс.
Определение основных параметров электронной модели релейного конца станционных фазочувствительных рельсовых цепей
Дляфазработки элсктронноймодели!схсмы.релейного конца: фазочувст-вительной рельсовой цепи:необходимоопределить временные параметры:реле ДСШ-13А, ДСШ-15 и ДСШ-12, атакже-зависимость.коэффициентапередачи дроссель-трансформатора от тока подмагничивания; Исследование.временных характеристик реле ДСШпроведенос использованием схемы, представленной на рис. 43: Сигнал от преобразователя частоты. 17450/25-300 с помощью двух авто-трансформаторов:ЛЛ7Р подается на два трансформатора.ПТ-25. Генератор И импульсов Г5-60 управляет быстродействующимгерконовым реле Г. С выхода первого и второго трансформаторовхигналы напряжением.U\ и СА соответственно подаются через контакт реле /"па путевой элемент реле Р таким образом, что во время импульса генератора И на путевой элемент реле Р поступает.сигнал /[, а во время паузы - сигнал U2 Источник постоянного напряжения включён последовательно с фронтовым (тыловым - на схеме показано пунктиром) контактом реле Р. Сигнал источника постоянного напряжения (f/v) подаётся на первый вход двухканального мультиметра-осциллографа МО Fluke 199С. На второй вход МО поступает переменное напряжение с путевого элемента реле Р (U[jj), Пример осциллограмм, регистрируемых МО приведён на рис. 4.4, В верхней части рисунка показаны осциллограммы, снятые при включении фронтового контакта последовательно с источником постоянного напряжения, в нижней части — при включении тылового контакта.
На осциллограммах /:-0. С помощью куРС0Рных измерений фиксируются: трог под время троганшг подъема сектора реле - время от момента замыкания фронтового контакта реле Г и совпадающего с ним начала подачи напряжения U[ на путевой элемент реле Р до момента размыкания тылового контакта реле Р; іходпод - время хода подъема сектора реле - время от момента размыкания тылового контакта до момента замыкания фронтового контакта реле Р; tmpo.- отп - время трогания отпускания сектора реле - время от момента размыкания фронтового контакта реле Г и совпадающего с ним конца подачи напряжения U\ на путевой элемент реле Р до момента размыкания фронтового контакта реле Р; txodomn время хода отпускания сектора реле - время от момента размыкания фронтового контакта до момента замыкания тылового контакта реле Р; tcpaC время срабатывания реле - время от момента замыкания фронтового контакта реле Г к совпадающего с ним начала подачи напряжения U\ на путевой элемент реле Р до момента замыкания фронтового контакта реле Р9 т.е, сриб мраг.под. ход.под. tomn — время отпускания реле - время от момента размыкания фронтового контакта реле Т и совпадающего с ним конца подачи напряжения СД на путевой элемент реле Р до момента замыкания тылового контакта реле Z3, т.е. u время импульса - время от момента замыкания до момента размыканий фронтового контакта реле / ; tn - время паузы - время от момента размыкания до момента зимыкатт фронтового контакта реле /\ Испытания проводились с использованием генератора постоянного тока (ГПТ). Сигнал от преобразователя частоты ПЧ50/25-100 с помощью трансформатора ПРТ-А и дроссель-трансформатора ДТ-0,2-1000 через ГПТ подается на основную обмотку дроссель-трансформатора ДТ-0,6-500, к дополнительной обмотке которого подключена схема релейного конца фазочувствительной рельсовой цепи частотой 25 Гц, Воздушный зазор сердечника ДТ-0,2-1000 увеличен, благодаря чему насыщение ДТ-0,2-1000 происходит при существенно большем токе, чем у ДТ-0,6-500. Напряжение и ток в различных точках схемы измеряются с помощью селективного микровольтметра Вб-9 и электроизмерительных клещей APPA-30R иАРРА-ЗбК Варьируя величину тока подмагничивания (1поІ)М) и измеряя ток частотой 25 Гц в разных точках измерительной схемы, можно определить изменение коэффициента передачи дроссель-трансформатора (U JUj) ДТ-0,6-500. Результаты исследования представлены в виде кривой рис. 4.11. 133 Полученные экспериментальные результаты реализованы в функциональной схеме ЛИЭМС приведенной нарис. 4.12. ЛИЭМС имеет 2 режима: «контроль» для проверки его функционирования и «работа». В режиме «контроль» сигнал на вход схемы согласования через регулятор фазы подается от опорного генератора ОГ частотой 25 Гц. В режиме «работа» сигнал (тяговый ток локомотива с /JJM-датчика, расположенного на локомотиве) через входное сопротивление RX- 10 Ом подается на схему согласования. Постоянная составляющая тягового тока через фильтр низких частот ФНЧ с частотой среза /, ,=40 Гц попадает па вход аналого-цифрового преобразователя АЦП-L Переменная составляющая тягового тока через усилитель попадает на вход аналого-цифрового преобразователя ЛЦП-2. Переменная составляющая с выхода АЦП-2 через регулятор чувствительности, полосовой фильтр ПФ с центральной частотой 25 Гц и режекторный фильтр РФ с центральной частотой fj=50 Гц подается на регулятор усиления, на него же подается постоянная составляющая с выхода АЦП-1 через ФНЧ-1 с частотой среза /ср-1,5 Гц для регулировки усиления переменной составляющей. Далее сигнал подается на фазовый детектор ФД, который сравнивает его фазу с фазой опорного сигнала ОГ. Сигнал с выхода ФД поступает на фильтр низких частот ФНЧ-измш С его выхода сигнал поступает на амплитудный детектор АД, который фиксирует превышение уровня срабатывания реле и передает сигнал на индикатор. На индикаторе отображается количество всех срабатываний диагностической системы независимо от длительности импульса. С выхода ФНЧ-іізм сигнал также поступает на решающую схему по отпусканию РСотп и на вход фильтра низких частот срабатывания ФНЧ-сраб, с выхода которого сигнал поступает на вход решающей схемы по срабатыванию. Поскольку реле имеет время срабатывания и отпускания, эта задержка имитируется фильтром нижних частот за счет длительного нарастания переднего и заднего фронтов. Из-за того, что длительность срабатывания больше длительности отпускания, нужен дополнительный фильтр ФНЧ-сраб. После фильтров сигнал поступает на решающие схемы РСотп и РСсраб, которые сравнивают сигналы с порогами срабатывания и отпускания реле, С выходов решающих схем сигналы попадают на триггер, который фиксирует срабатывание и отпускание, С выхода триггера сигнал поступает на светодиод, индицирующий срабатывание и на анализатор временных интервалов, с выхода которого можно считывать информацию о срабатываниях диагностической системы в случае, если длительность импульса (То) превысит пороговый уровень.
