Исследование тональной рельсовой цепи третьего поколения

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНАЛЬНОЙ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ

Курсовая работа по дисциплине

«Электромагнитная совместимость и средства защиты»

ИНМВ. 400046. 000 ПЗ

Студент гр. 21 Г

_________ Д.В.Мазур

(подпись)

_________

(дата)

Руководитель –

доцент кафедры АиТ

_________ А. Г. Ходкевич

(подпись)

_________

(дата)

Омск 2014

Реферат

УДК 656.25: 656.256

Курсовая работа содержит 38 страниц, 15 рисунков, 10 таблиц, 5 источника.

ТОНАЛЬНАЯ РЕЛЬСОВАЯ ЦЕПЬ, ПУТЕВОЙ ГЕНЕРАТОР, ПУТЕВОЙ ПРИЁМНИК, ФИЛЬТР, НАПРЯЖЕНИЕ, ТОК, РЕЛЬСОВАЯ ЦЕПЬ, ПИТАЮЩИЙ КОНЕЦ, РЕЛЕЙНЫЙ КОНЕЦ, ЗАВИСИМОТЬ, НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ, ШУНТОВОЙ РЕЖИМ, РЕЖИМ КОНТРОЛЬНЫЙ РЕЖИМ.

Объектом исследования является стенд, который эмитирует работу тональной рельсовой цепи (ТРЦ3).

Цель работы – Изучение особенности устройства и работы аппаратуры рельсовой цепи тональной частоты, исследование режимов работы цепи, измерение основных характеристик цепи на предоставленном стенде. Выявление ошибок и неисправностей в работе стенда. Создание методического указания, как возможного пособия для выполнения лабораторных работ студентами следующих лет обучения.

Задачи:

¾ Произвести все измерения.

¾ Проанализировать данные.

¾ Предоставить результаты и выявленные неисправности.

¾ Написать методичку.

Методы исследования – аналитические и графические.

Оглавление

Введение. 4

1.Общие сведения о рельсовых цепях. 5

2. Исследование работы лабораторного стенда. 8

2.1 Общие неисправности. 9

2.2 Результаты исследования «Нормального режима». 13

2.3 Результаты исследования «Шунтового режима». 17

2.4 Результаты исследования «Контрольного режима». 19

3. Методические указания по результатам проделанной работы.. 20

1.1. Краткие теоретические сведения. 20

1.1.1. Основная аппаратура ТРЦ3. 22

1.1.2. Схема ГПЗ. 23

1.1.3. Схема ФПМ... 26

1.1.4 Схема ПП.. 28

1.1.5. Сопряжение аппаратуры ТРЦ с аппаратурой кодирования. 30

1.2. Особенности работы со стендом.. 31

1.2.1 Программа «Тональная РЦ». 31

1.2.2 Программа «АОР». 32

1.3. Порядок выполнения работы.. 34

1.4. Содержание отчета. 35

1.5. Контрольные вопросы.. 35

Заключение. 37

Библиографический список. 38

Введение

Данная курсовая работа посвящена исследованию стенда, работающего на базе процессора ПЭВМ, который математически вычисляет параметры аппаратуры питающего и релейного концов, имитируя работу тональной рельсовой цепи третьего поколения (ТРЦ3).

Курсовая работа состоит из трёх частей:

Первая часть включает в себя теоретические основы работы рельсовых цепей для поверхностного ознакомления со всеми существующими видами. Необходимо увидеть отличительные особенности Р.Ц. друг от друга, иначе, зачем изучать современную рельсовую цепь (ТРЦ), если не знаешь, почему её спроектировали и повсеместно переходят на её использование?! Об особенностях тональных рельсовых цепях повествуется в пункте 3 «Методические указания по результатам проделанной работы», в разделе 1.1 «Краткие теоретические сведения».

Вторая часть представляет собой описание работы стенда и выявленных ошибок и неисправностей. Некоторые таблицы и графики с результатами. Выполнен расчёт полного количества измерений, построены графики и приведены некоторые результаты измерений для ознакомления с поведением рельсовой цепи и отображения неправдоподобных результатов измерения. Соответственно приводить все данные и графические зависимости не имело смысла, поведение цепи при других параметрах было аналогично. Все исследования зафиксированы на камеру и могут быть предоставлены в любое время.

В третьей части спроектирован возможный вариант методических указаний для проведения студентом лабораторных работ. Структура работы аналогична современной «методичке».

1.Общие сведения о рельсовых цепях

Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, в которой имеется источник питания и нагрузка (путевое реле), а проводниками электрического тока служат рельсовые нити железнодорожного пути.

Рельсовые цепи необходимы для контроля свободного или занятого состояния участка пути на перегонах и станциях, контроля целостности рельсовых линий, передачи кодовых сигналов с путевых устройств на локомотив и между путевыми устройствами.

При передаче сигнального тока от источника питания к путевому реле, часть энергии теряется за счёт падения напряжения на сопротивлении рельсовых нитей и утечек тока через сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции рельсовой цепи зависит от типа балласта и шпал, их загрязнения, температуры и влажности окружающей среды, зазора между балластом и подошвами рельса и практически не изменяется при изменении частоты сигнального тока от 0 до 2000 Гц. Хорошими изоляционными свойствами обладают щебень и гравий(современные разработка – геотекстиль и пеноплекс), худшими — песок. Железобетонные шпалы имеют меньшее сопротивление по сравнению с деревянными, поэтому подошвы рельсов изолируются от них резиновыми прокладками. Установлена норма минимального удельного сопротивления изоляции для всех видов балласта — 1 Ом·км. В зимнее время сопротивление изоляции может достигать 100 Ом·км.

Удельное сопротивление рельсовой цепи зависит от частоты сигнального тока и увеличивается от 0,5 Ом/км при частоте 25 Гц до 7,9 Ом/км при частоте 780 Гц, что характерно для цепи в данной курсовой работе (см.таблицу 2.2.1,2.2.2). Для стабилизации сопротивления рельсовых нитей, состоящих из звеньев, скреплённых накладками, на токопроводящих стыках устанавливаются стыковые соединители.

По принципу действия рельсовые цепи разделяются на нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые. В нормально-замкнутых рельсовых цепях, при свободном состоянии контролируемого участка, путевое реле находится под током, контролируя свободность участка и исправность всех элементов. В нормально-разомкнутых рельсовых цепях, при свободном состоянии контролируемого участка, путевое реле находится в обесточенном состоянии. Преимуществами нормально-разомкнутых рельсовых цепей являются более высокое быстродействие при фиксации занятости контролируемого участка пути (так как реле быстрее притягивает якорь, чем отпускает) и меньший расход кабеля (поскольку питающий и релейный конец рельсовой цепи совмещены). Однако в нормально-разомкнутых рельсовых цепях не контролируется исправность элементов и целостность рельсовых нитей, поэтому они применяются только на сортировочных горках.

Существуют три основных режима работы нормально-замкнутых рельсовых цепей:

¾ нормальный — рельсовая цепь свободна от подвижного состава;

¾ шунтовой — хотя бы одна колёсная пара подвижного состава находится на рельсовой цепи;

¾ контрольный — нарушена целостность рельсовой цепи.

В нормальном режиме сигнальный ток протекает по рельсовым нитям от источника к путевому реле, фронтовые контакты которого замыкаются, чем фиксируют свободность контролируемого участка. В шунтовом режиме рельсовые нити замыкаются между собой через малое сопротивление колёсных пар, резко уменьшается сила тока, протекающего через путевое реле, которое размыкает фронтовые контакты и замыкает тыловые, чем фиксирует занятость контролируемого участка. В контрольном режиме ток через путевое реле уменьшается (но не до нуля, из-за распространения тока через балласт в обход места разрыва), в результате чего фиксируется занятость контролируемого участка.

Для питания рельсовых цепей может использоваться постоянный или переменный сигнальный ток. Рельсовые цепи постоянного тока применяются на участках с автономной тягой, переменного — на участках, как с автономной, так и с электрической тягой.

Режим питания рельсовых цепей может быть:

¾ непрерывный — используется в рельсовых цепях, контролирующих станционные пути и стрелочные переводы; рельсовые цепи могут дополняться аппаратурой кодирования (при этом кодирование рельсовой цепи включается при определении её занятости);

¾ импульсный — применяется для питания рельсовых цепей постоянным током;

¾ кодовый — применяется в системах кодовой автоблокировки на перегонах.

В рельсовых цепях используются одноэлементные, двухэлементные, электронные и микропроцессорные путевые реле. Двухэлементные (фазочувствительные) реле имеют путевую обмотку, включенную в рельсовую цепь и местную обмотку. Срабатывание реле происходит при одинаковой частоте тока в путевой и местной обмотке и сдвиге фаз между ними на определённый угол. Достоинством фазочувствительных реле является надёжная защита от влияния тягового тока и других помех, т.е. отсутствие подпитки от смежных цепей.

Для контроля занятости стрелочных переводов используются разветвлённые рельсовые цепи, которые могут иметь два или три путевых реле.

Разделение смежных рельсовых цепей

Для разделения смежных рельсовых цепей на границах контролируемых участков устанавливаются изолирующие стыки. При повреждении (сходе) изолирующих стыков должно быть исключено влияние источника питания одной рельсовой цепи на путевое реле смежной цепи, путевые реле обеих цепей должны фиксировать ложную занятость. Для этого в рельсовых цепях с непрерывным питанием при использовании постоянного тока чередуется полярность источников питания смежных цепей, при использовании переменного тока — чередуются фазы. Контроль схода стыка в кодовых рельсовых цепях осуществляется схемным путём.

Тональные рельсовые цепи на перегонах работают без изолирующих стыков. Взаимные влияния исключаются применением на смежных участках сигналов с различными несущими частотами и частотами модуляции.

Канализация обратного тягового тока

Обратный тяговый ток может пропускаться по одной нити рельсовой цепи (однониточные цепи) или по двум рельсовым нитям (двухниточные цепи). В двухниточных рельсовых цепях для пропуска тока в обход изолирующего стыка используются дроссель-трансформаторы. Возникающая, вследствие неравенства сопротивления нитей или сопротивления изоляции, асимметрия тягового тока оказывает неблагоприятное воздействие на работу АЛСН и не должна превышать 10 А. Однониточные рельсовые цепи проще двухниточных, так как в них отсутствуют дроссель-трансформаторы, но из-за неравномерности распределения тягового тока невозможна работа АЛСН, поэтому однониточные рельсовые цепи используются только на некодируемых станционных путях, парковых, деповских путях и в тупиках.

2. Исследование работы лабораторного стенда

Рисунок 2.1 - Схема ТРЦ3

Стенд представлен в виде компактно расположенных блоков, которые визуально приятны для восприятия: компьютером, в котором ПЭВМ эмитирует параметры рельсовой цепи, осцилограффом (управление с компьютера); панелью для включения установки и результатов измерения с макетом схемы. На макете рельсовой цепи индикаторами сигнализируются соответствующий режим и место измерения. Измерения в конце и в начале пути выполняются в любом случае.

Установка работает следующим образом: в программе-эмуляции задаются параметры рельсовой цепи, ПЭВМ устанавливает входное сопротивления (эмитирует рельсовую цепь) тем самым реагируя на заданные параметры. Характеристики всей аппаратуры заранее просчитаны для алгоритма работы ПЭВМ и реально не участвуют в работе данного стенда, но рельсовая цепь в жизненных условиях формируется непосредственно таким образом; поэтому все устройства питающего и релейного конца расположены за стеклянной частью стенда для наглядности и анализа.

Благодаря математическому расчёту цепи можно реализовать работу любого режима РЦ, не повредив при этом приборы, сочетая повышенную безопасность для студентов, связи отсутствующего реального напряжения трансформаторов.

Кроме того можно проследить работу трансмиттерного реле, которое имитирует подачу кодов в цепь при шунтировании в конце рельсовой цепи.

Кодировка имеет место только в шунтовом режиме, что отражает работу реальной цепи, когда коды поступают только при наличии поездного шунта.

На каждые шесть длин рельсовых цепей приходится от пяти до семи возможных комбинаций сопротивления изоляции Rи; три режима работы: нормальный, шунтовой и контрольный режим; кроме того в шунтовом режиме присутствует зависимость от кодирования. Всего измерений: (7+6*3+5*2)*5+(7+6*3+5*2)*5*2+(7+6*3+5*2)*5 для нормального, шунтового и контрольного режимов соответственно; итого: 700 измерений.

С последовательностью проведения измерений можно подробнее ознакомиться в пункте 3 курсовой работы «Методические указания по результатам проделанной работы», в разделе 1.2 «Особенности работы со стендом».

2.1 Общие неисправности

Перед представлением выявленных ошибок, необходимо оговориться: при проведении измерений в реальных условиях небольшие колебания значений – нормальное явление в таких условиях. Поэтому возможные погрешности учитывались при анализе, но грубые отклонения имели место быть.

¾ Uг.п. – напряжение на входе генератора при любом режиме измерений колебалось от 31,8 В (см. рисунок 2.1.1) до 39,5В (см. рисунок 2.1.2). Но какой смысл измерять напряжение на входе генератора, которое известно из справочных данных – 35В, причём это значение не должно зависеть от изменяемых параметров. Возможно это напряжение на выходе путевого фильтра ФПМ, значит необходимо поменять маркировку как в окне программы, так на панели измерений.

Рисунок 2.1.1 – Рабочая область программы «Тональная РЦ» с минимальным значением параметра Uг.п.

Рисунок 2.1.2 – Рабочая область программы «Тональная РЦ» с максимальным значением параметра Uг.п.

¾ Неправильная размерность указана на панели измерений стенда: Ячейка с выводом результата Ik,А должна иметь размерность в миллиамперах мА. - Рисунок 2.1.3

Рисунок 2.1.3 – Панель измерений стенда

¾ Неправильная маркировка макета схемы на панели стенда (см. рисунок 2.1.4)

Рисунок 2.1.4 – Макет схемы на панели стенда

В качестве трансформатора с таким коэффициентом трансформации выполняет роль, как правило, ПОБС (номинальный коэффициент трансформации 38).

¾ Ошибка СОМ – порта. При постоянном запуске программ «Тональная РЦ», «АОР» появляется многократно окно с ошибкой (см. рисунок 2.1.5). После многократного нажатие на кнопку «ок», окно с ошибкой исчезает; либо приходиться перезапускать стенд.

Кроме того на этапе измерений (шунтовой режим, конец Р.Ц., наличие кодирования) возможно появление такой ошибки.

Рисунок 2.1.5 – Рабочая область программы «Тональная РЦ»

¾ К концу выполнения измерений стенд, кроме появления ошибки COM – порта (см. предыдущий пункт), не выполнял измерения. Перезагрузка всей аппаратуры не решила проблему. В результате полностью измерить и проанализировать работу Р.Ц. в режиме К.З. не удалось

Рисунок 2.1.3 – Панель измерений стенда

2.2 Результаты исследования «Нормального режима»

В этом режиме характерно уменьшение напряжения в точке измерения цепи по мере удаления к релейному концу и неизменное напряжение на входе путевого приёмника (см. таблицу 2.1.1-2.1.2). Для примера рассмотрим длину Р.Ц. - 0,5км.

Таблица 2.2.1 – Измерение Р.Ц. на длине 0,5км. в нормальном режиме, часть 1.

Таблица 2.2.2 – Измерение Р.Ц. на длине 0,5км. в нормальном режиме, часть 2.

Построены графики основных зависимостей:

Рисунок 2.2 – Графики зависимости напряжения путевого приёмника Uп.п. от сопротивления изоляции Rи, при разных значениях длины рельсовой цепи.

Результаты измерений близки к реальности, но напряжения при минимальных Rи сильно занижены, доказательства представлены в следующих измерениях.

В таблице 2.2.3 представлены измерения падения напряжения в цепи релейного конца. Где Uдт = Uk*40 – напряжение на выходе первичной обмотки; Uразн. = Uдт-Uп.п. – падение напряжения в цепи релейного конца. Uразн.% - падение напряжения в процентном соотношении. Если процентное соотношение положительно, то измерения близки к реальности. Если значение Uразн.% отрицательно, что физически невозможно – ПЭВМ вычисляет значения неправильно – ошибка (выделение в таблице красным цветом), т.е. увеличенное напряжение( в 40 раз) в конце цепи меньше, чем напряжение путевого приёмника.

Другая неисправность, отражённая в этой же таблице – неизменное значение тока в конце цепи, Ik = 0,492А при любых параметрах измерения.

Таблица 2.2.3 – Исследование падения напряжения в цепи релейного конца

Длина Р.Ц.,км	Uк,В	Iк,А	Uпп,В	Uвых ДТ,В	Uразн.,В	Uразн.
0,3	0,023	0,492	1,24	0,92	-0,32	-34,78%
	0,044	0,492	1,53	1,76	0,23	13,07%
	0,058	0,492	1,55	2,32	0,77	33,19%
	0,062	0,492	1,55	2,48	0,93	37,50%
	0,07	0,492	1,56	2,8	1,24	44,29%
	0,074	0,492	1,56	2,96	1,4	47,30%
	75,1	0,492	1,56	3004	3002,44	99,95%
0,4	0,022	0,492	1,06	0,88	-0,18	-20,45%
	0,043	0,492	1,4	1,72	0,32	18,60%
	0,057	0,492	1,52	2,28	0,76	33,33%
	0,063	0,492	1,54	2,52	0,98	38,89%
	0,069	0,492	1,55	2,76	1,21	43,84%
	0,069	0,492	1,55	2,76	1,21	43,84%
0,5	0,018	0,492	0,9	0,72	-0,18	-25,00%
	0,036	0,492	1,21	1,44	0,23	15,97%
	0,041	0,492	1,29	1,64	0,35	21,34%
	0,05	0,492	1,42	2	0,58	29,00%
	0,056	0,492	1,45	2,24	0,79	35,27%
	0,057	0,492	1,51	2,28	0,77	33,77%
0,6	0,014	0,492	0,79	0,56	-0,23	-41,07%
	0,027	0,492	1	1,08	0,08	7,41%
	0,032	0,492	1,07	1,28	0,21	16,41%
	0,04	0,492	1,2	1,6	0,4	25,00%
	0,047	0,492	1,3	1,88	0,58	30,85%
	0,048	0,492	1,33	1,92	0,59	30,73%
0,7	0,013	0,492	0,71	0,52	-0,19	-36,54%
	0,023	0,492	0,89	0,92	0,03	3,26%
	0,034	0,492	1	1,36	0,36	26,47%
	0,042	0,492	1,15	1,68	0,53	31,55%
	0,044	0,492	1,18	1,76	0,58	32,95%
0,8	0,011	0,492	0,63	0,44	-0,19	-43,18%
	0,016	0,492	0,74	0,64	-0,1	-15,63%
	0,027	0,492	0,91	1,08	0,17	15,74%
	0,034	0,492	1,01	1,36	0,35	25,74%
	0,038	0,492	1,06	1,52	0,46	30,26%

2.3 Результаты исследования «Шунтового режима»

Шунтовой режим характерен низким напряжением на путевом приёмнике ПП, Uп.п., в результате реле АНШ обесточивается, светодиод на макете не горит. В соответствии справочнику номинальное напряжение срабатывание ПП равно 0,7В. При включении кодировки ток Iн увеличивался на единицу ампер (см.таблицу 2.3.1). Трансмиттерное реле имитирует подачу кодов только при шунте в конце цепи.

Зафиксированы следующие неисправности, отражающиеся в таблице 2.2.3 на примере Р.Ц. длиной 0,3 км (результаты на других расстояниях цепи – аналогичны):

¾ Неизменное значение тока Ik=0,492А только при низких сопротивлениях изоляции. Далее ток меняется, но хаотично.

¾ Напряжение в начале линии Uн крайне низкое, что не соответствует действительности. Значение должно быть на доли сотых выше нормального режима, так как длина для протекания сигнального тока в шунтовом режиме уменьшается.

¾ На большом протяжении измерений не изменяется параметр Uп.п. - это зафиксировано в разных частях таблицы. Кроме того напряжение путевого приёмника при наложении шункта в начале и конце цепи большое, а в центре цепи ниже, что наблюдается при каждом измерении (см. рисунок 2.3.1).

Рисунок 2.3.1 – Графики зависимостей напряжения Uп.п. от места наложения шунта, при длине рельсовой цепи равно 0,3 км. (присутствуют коды АЛС).

Таблица 2.3.1 – Измерение Р.Ц. на длине 0,3км. в шунтовом режиме, часть 1.

Таблица 2.3.2 – Измерение Р.Ц. на длине 0,3км. в шунтовом режиме, часть 2.

В поле Rи для данных таблиц присутствуют значения с добавочной буквой «к» (0,15к), что означает выполнение измерения с наложением кодирования.

2.4 Результаты исследования «Контрольного режима»

Задача режима обеспечить ложную занятость при изломе, трещине, крашение рельсовой нити и т.п. Путевое реле обесточивается. Светодиод на макете схемы гаснет.

Исследования проводились в последнею очередь после анализа двух предыдущих режимов. Произошёл сбой в роботе стенда (см. последнею неисправность в п.2.1); в результате полностью закончить анализ функционирования цепи в контрольном режиме не удалось.

Сигнальный ток обходит повреждение через балласт, от величины которого зависит свободность цепи, поэтому наихудшие условия для такого режима: минимальное сопротивление рельсов, максимальное напряжение источника питания, и минимальное сопротивление изоляции. По имеющимся результатам имитация рельсовой цепи в этом режиме работает правильно, путевое реле обесточено (напряжение на ПП недостаточно для его срабатывания).

3. Методические указания по результатам проделанной работы

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНАЛЬНОЙ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ

Цель работы: изучение особенности устройства и работы аппаратуры рельсовой цепи тональной частоты, исследование режимов работы цепи, измерение основных характеристик цепи.

1.1. Краткие теоретические сведения

Рельсовые цепи тональной частоты (ТРЦ3) относятся к числу разработок последних лет. Они имеют ряд преимуществ по сравнению со всеми видами сущест­вующих рельсовых цепей, что определяет их перспективность применения на сети железных дорог.

Использование сигнального тока тонального диапазона позволяет повы­сить защищенность от воздействия помех тягового тока, на порядок снизить потребляемую мощность, применить современную элементную базу в аппара­туре рельсовых цепей, одинаково пригодную для работы в составе устройств железнодорожной автоматики при любом роде тяги поездов.

Эти цепи рассчитаны на оборудование ими станционных и перегонных рель­совых путей. Кроме того, они позволяют исключить в перегонных рельсовых цепях малонадежные в эксплуатации изолирующие стыки, что в свою очередь обеспечивает непрерывность цепи обратного тягового тока, сокращение количества дроссель-трансформаторов, и следовательно, снижение потерь электро­энергии на тягу поездов.

Работоспособность ТРЦ может быть обеспечена при снижении сопротивления изоляции до 0,7 – 0,8 Ом×км. Удельное сопротивление рельсовой цепи зависит от частоты сигнального тока и увеличивается от 0,5 Ом/км при частоте 25 Гц до 7,9 Ом/км при частоте 780 Гц. Сопротивление изоляции рельсовой цепи практически не изменяется при протекании частоты сигнального тока от 0 до 2000 Гц.

Схемы ТРЦ предусматривают возможность их кодирования для работы автоматической локомотивной сигнализации.

Использование ТРЦ является одним из основных направлений при разработке новых и совершенствовании эксплуатируемых устройств автоматики.

Работа этого вида цепей базируется на использовании амплитудно-манипулированных сигналов с частотой манипуляции (модуляции) = 8 и 12 Гц и несущими частотами f_н = 420, 480, 580, 720 и 780 Гц. Остальные частоты не используются из-за электромагнитной несовместимости с гармониками тягового тока. Схема включения аппаратуры ТРЦ представлена на лабораторном стенде и на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема ТРЦ3

Суть работы заключается в получении амплитудно-модулированного сигнала (около 3 – 5В.) от путевого генератора ГПЗ, имеющего местное питание 35В. Далее этот сигнальный ток усиливается в путевом фильтре ФПМ за счёт работы его последовательно соединённых индуктивностей и ёмкостей в резонанс. Далее сигнал поступает на понижающий трансформатор ПОБС ( на схеме ДТ – рисунок 1.1). на выходе вторичной обмотки которого получаем 0,6-0,8В. Из за большой потери напряжения (индуктивный характер цепи) на входе вторичной обмотки трансформатора РОБС релейного конца получаем напряжение в десятки раз меньше. Происходит обратное усиление сигнала в 40 раз. Полученное напряжение, номинальное значение - около единицы вольт, поступает на путевой приёмник ПП, который проверяет сигнал на соответствие несущей и модулирующей частоты. Если результат проверки удовлетворительный питание с выхода ПП в размере не менее 4В. поступает на путевое реле АНШ.

Для защиты аппаратуры рельсовой цепи от перенапряжений на питаю­-

щем и приемном концах рельсовой цепи устанавливаются автоматические выклю­чатели АВМ-2 15А и разрядники РКН-600 или выравниватели ВОЦН-220 (ВОЦН-380). В данной лабораторной работе используется разрядник, обозначение на схеме FV (см. рисунок 1.1)

1.1.1. Основная аппаратура ТРЦ3

В состав основной аппаратуры ТРЦ входят:

¾ Путевые генераторы ГП3. Вырабатывает амплитудно-модулированный сигнал (АМ) напряжением 3-5В. для питания рельсовой цепи. Нужная несущая и модулирующая частоты подбираются установкой перемычек на контакты его платы в соответствии со справочником. Для регулировки несущей частоты перемыкаются одни контакты генератора, для регулировки модулирующей частоты перемыкаются другие контакты генератора. Запитывается от трансформатора ППТ номинальным напряжением 35В, 50Гц.

¾ Фильтры ФПМ. Усиливает сигнальный ток с выхода ГПЗ; Обеспечивает защиту выходных цепей генератора от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока, атмосферных помех и формирует требуемое по условиям работы рельсовой цепи об­рат­ное входное сопротивление питающего конца. Кроме этого он служит для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабеля и для получения на нем требуемых напряжений относительно низких выходных напряжений гене­ра­­тора. Фильтровать - это выбрать только свою частоту, усилить её, не пропустить другие со входа и выхода. Для этого фильтр должен работать в резонансе. При резонансе напряжение на выходе фильтра больше напряжения на входе. Он достигается только для одной частоты в данный момент. Резонанса добиваются изменением ёмкости или индуктивности фильтра до момента равенства напряжений на конденсаторе и катушке. Питания не имеет.

¾ Приемники ПП. Предназначены для эксплуатации в составе аппаратуры конт­роля рельсовых цепей с частотами в диапазоне от 420 до 780 Гц при любом виде тяги поездов. Шунтовая чувствительность не более 0,56В. Входные контакты 11-43. Входное напряжение 0,8-1,5В. Запитывается от трансформатора РПТ номинальным напряжением 17.5В, 50Гц.

¾ Уравнивающий трансформатор УТЗ. Предназначен для уравнивания напряжений для разветвлённых рельсовых цепей на прием­ных концах ТРЦЗ. В данной лабораторной работе отсутствует.

1.1.2. Схема ГПЗ

Рисунок 1.1.2 - Путевой генератор ГПЗ

Путевой генератор ГПЗ (см. рисунок 1.1.2) содержит выпрямитель (диодный мост со сглажи­вающими конденсаторами) и параметрический стабилизатор на стабилитроне.

Выпрямитель обеспечивает получение двух биполярных напряжений: нестабилизированного ±20 В – для питания транзисторных схем и стаби­ли­зиро­ванного ±9 В – для питания микросхем. Питание блока обеспечивается номи­наль­­ным напряжением 35 В переменного тока f = 50 Гц.

Кроме выпрямителя схема ГП3 содержит функциональные узлы:

– генератор несущей частоты ДД1 (420, 480, 580, 720, 780 Гц);

– генератор модулирующих частот ДД2 (8 и 12 Гц);

– манипулятор;

– предварительный усилитель (УП);

– делитель выходного напряжения (R₉ – R₁₁) с регулятором R₁₁;

– выходной усилитель (УС_в).

Генератор несущей частоты (микроузел ДД1) содержит генератор сигналов частотой 1 МГц с кварцевой стабилизацией и управляемые делители частоты. В зависимости от наличия перемычки между входами Д3 – Д10 и минусом источ­ника питания U_п1 генератор формирует один из сигналов несущей частоты f_н на выходе F_н.

Генератор модулирующих частот и манипулятор (микроузел ДД2) осуществляют амплитудную манипуляцию сигнала на выходах и . Управляемые делители частоты в зависимости от перемычки между входами , и минусом источника формируют один из сигналов частоты с модуляцией 8 или 12 Гц.

Предварительный усилитель мощности служит для согласования схемы ДД1 с регулятором выходного напряжения блока ГП3 (резисторы R₉ – R₁₁) и обмотки 1 – 3 трансформатора ТV.

Трансформатор в цепи регулятора напряжения обеспечивает гальвани-

ческую развязку цепи регулятора от входной цепи оконечного усилителя. При наличии перемычки 72 – 83 между регулятором напряжения R₉ – R₁₁ и TV выходное напряжение регулируется в пределах 2 – 12 В при немодулированном сигнале и 1 – 6,4 В – при модулированном.

Номинальная выходная мощность усилителя составляет 20 В·А. При необходимости получить более мощный сигнал к генератору ГПЗ может быть подключен путевой усилитель ПУ1.

На передней панели блока ГП3 расположены ручка регулятора напряжения R₁₁ и два светодиода.

Ровное свечение светодиода VD11 свидетельствует о наличии питания на выходном каскаде. Мигающее с частотой модуляции свечение светодиода VD6 соответствует наличию на выходе предварительного усилителя амплитудно-манипулированного сигнала, непрерывное – наличию непрерывного сигнала несущей частоты, отсутствие свечения – неисправности или отсутствию электропитания.

Технологические контакты «а», «b» и «с» позволяют путем установки перемычки «а» – «b» обеспечить подачу на вход предварительного усилителя амплитудно-манипулированного сигнала, а перемычки «а» – «с» – непрерыв­ного сигнала несущей частоты.

1.1.3. Схема ФПМ

Фильтр представляет собой систему контуров типа LC, настраиваемых в резонанс при помощи перемычек на требуемую частоту (рис. 1.1.3).

а б

Рисунок 1.1.3 – Схема ФПМ

Цель настройки фильтра – получение максимума напряжения на выходе блока, что соответствует равенству напряжений на индуктивности и емкости.

Фильтр имеет три выхода 61-12, 62-12 и 63-12, каждый из ко­то­рых используется в за­ви­симости от условий применения рельсовых цепей, а именно: длина цепи, состояние балласта, род тяги поездов, система автоблокировки и т. д. Выходные сопротивления фильтра представлены в виде табл. 1.1.2.

Таблица 1.1.1

Параметры фильтров ФПМ

Тип фильтра	Несущая частота , Гц	Емкость, мкФ	Перемычки
ФПМ 11, 14, 15	580	4,07	43-23-22-73-81
	720	3,68	42-23-82-21-83
	780	3,57	41-23-81-21-83

Таблица 1.1.2

Выходные сопротивления фильтра ФПМ

Вход - Выводы	Выход - Выводы	Выходное сопротивление, Ом
11-71	63-12	140
11-71	62-12	400
11-71	61-12	800

Входное сопротивление ненагруженного блока составляет 5,5 – 6,5 Ом.

1.1.4 Схема ПП

Рисунок 1.1.4 – Схема ПП

Блок ПП имеет 10 разновидностей, предназначенных для приема сигналов с различной несущей частотой f_н и частотой модуляции f_м (таблица 1.1.3).

Таблица 1.1.3

Разновидности путевых приемников

Тип путевого приемника	ПП 8/8	ПП 8/12	ПП 9/8	ПП 9/12	ПП 11/8	ПП 11/12	ПП 14/8	ПП 14/12	ПП 15/8	ПП 15/12
Несущая частота fн, Гц	420	420	480	480	580	580	720	720	780	780
Частота модуляции fм, Гц	8	12	8	12	8	12	8	12	8	12

Путевой приемник (рис. 1.1.4) предназначен для приема амплитудно-модулирован­ных (АМ) сигналов. Его нагрузкой является путевое реле.

Приемник содержит в себе следующие функциональные узлы:

– входной фильтр;

– демодулятор;

– амплитудный ограничитель;

– первый буферный каскад;

– первый фильтр частоты модуляции;

– второй буферный каскад;

– пороговое устройство;

– выходной усилитель;

– второй фильтр частоты модуляции;

– выпрямитель.

Входной фильтр является полосовым и предназначен для выделения АМ-сиг­налов с заданной несущей частотой и для подавления сигналов числового кода и гармоник тягового тока. Полоса пропускания фильтра находится в пределах ± 25 Гц от номинального значения частоты , равного 420, 480, 580, 620 или 780 Гц.

Демодулятор выделяет сигнал с частотой модуляции 8 или 12 Гц и подает его на амплитудный ограничитель. Наличие такого ограничителя позволяет обеспечить надежное разделение частот модуляции 8 и 12 Гц с помощью первого фильтра модулирующей частоты.

Через второй буферный каскад сигнал поступает на вход порогового элемен­­та, представляющего собой симметричный триггер, имеющий высокий ко­эф­фициент возврата, что в конечном счете определяет коэффициент возврата при­ем­­ника в целом. С выхода триггера сигнал, предназначенный для питания путевого реле, поступает на вход выходного у­си­­­лителя с двухполярным питанием.

К выходу усилителя подключен второй фильтр частоты модуляции, который обеспечивает гальваническую развязку цепи питания усилителя от цепи реле. Этим исключается возможность возбуждения путевого реле при повреждениях, приводящих к попаданию в цепь питания усилителя переменного тока частотой 50 Гц или его второй гармоники.

С выхода второго фильтра через выпрямительный мост сигнал поступает на реле. Выходное напряжение путевого приемника – не менее 4 В.

Блок питания при подаче на его вход напряжения переменного тока 17,5 В формирует двухполярное выпрямленное напряжение ±18 В, стаби­ли­зи­рованные напряжения ±6 и ±12 В, необходимые для раздельного питания некоторых каскадов схемы.

В блоках ПП с помощью двух светодиодов обеспечивается световая инди­кация состояния приемника. Их поочередное мигание с частотой модуляции ука­зывает на то, что на входе ПП напряжение сигнала выше чувствитель­ности и все его тракты до второго фильтра модуляции работают нормально. Ровное свечение одного светодиода и погасшее состояние другого свидетельствуют о занятости цепи или повреждении ПП

1.1.5. Сопряжение аппаратуры ТРЦ с аппаратурой кодирования

В основе принципа построения систем автоблокировок при­ня­то использование в пределах каждого блок-участка одной рельсовой цепи (импульсной или кодовой). ТРЦ является исключением, поскольку в пределах блок-участка она состоит из нескольких частей, или звеньев.

Каждое звено, являясь самостоятельной рельсовой цепью, тем не менее ра­ботает во взаимосвязи со смежными цепями. Исходя из этого процесс коди­ро­­вания каждой части имеет свою специфику. Кодовый ток частотой 25 или 50 Гц поступает в каждую часть общей схемы ТРЦ от одного общего датчика

кодов, но в строгом соблюдении последовательности их занятия и контроля проследования поезда по предыдущей смежной цепи. Только при этом условии кодирование очередной секции включается по мере ее занятия.

Таким образом, схемы сопряжения устройств АБТЦ и кодирования опре­деляют выбор точки подачи кодовых сигналов в рельсы и исключают подачу разрешающих кодов при случайном наложении шунта на рельсовую цепь.

Для разделения цепей кодирования и аппаратуры ТРЦ включается конденсатор емкостью 4 мкФ.

1.2. Особенности работы со стендом

Стенд представлен соединёнными между собой компьютером, в котором ПЭВМ эмитирует параметры рельсовой цепи, осцилограффом (управление с компьютера); панелью для включения установки и результатов измерения с макетом схемы (рисунок 1.1). На макете рельсовой цепи индикаторами сигнализируются соответствующий режим и место измерения. Измерения в конце и в начале пути выполняются в любом случае.

Установка работает следующим образом: в программе-эмуляции (см пункт 1.2.1) задаются параметры рельсовой цепи, ПЭВМ устанавливает входное сопротивления (эмитирует рельсовую цепь) тем самым реагируя на заданные параметры. Характеристики всей аппаратуры заранее просчитаны для алгоритма работы ПЭВМ и реально не участвуют в работе данного стенда, но рельсовая цепь в жизненных условиях формируется непосредственно таким образом; поэтому все устройства питающего и релейного конца расположены за стеклянной частью стенда для наглядности и анализа.

Благодаря математическому расчёту цепи можно реализовать работу любого режима РЦ, не повредив при этом приборы, сочетая повышенную безопасность для студентов, связи отсутствующего реального напряжения трансформаторов.

Кроме того можно проследить работу трансмиттерного реле, которое имитирует подачу кодов в цепь при шунтировании в конце рельсовой цепи.

Кодировка имеет место только в шунтовом режиме, что отражает работу реальной цепи, когда коды поступают только при наличии поездного шунта.

1.2.1 Программа «Тональная РЦ»

Запускается двойным нажатием на ярлык «Тональная РЦ». В открывшемся окне на вкладке «схема» дублируется схема РЦ. Во вкладке «измерения» задаются характеристики рельсовой цепи в блоке «Режим работы» с помощью раскрывающихся окон и ползунка. Нажав на кнопку «измерения» результаты в течении шести секунд появятся в блоке «параметры» и будут дублироваться на панели стенда (см. рисунок 1.2.1).

Программа имитации рельсовой цепи позволяет выводить измерения параметров рельсовой цепи, эмитируя такие характеристики как: длина, сопротивление изоляции «Rи», режим работы рельсовой цепи и место выполнения измерения. В зависимости от режима измерения (нормальный, шунтовой, контрольный) ползунок отвечает за место измерения, наложения шунта или обрыва цепи соответственно. Результаты измерения Напряжение генератора «Uгп3»; напряжение и ток на питающем конце «Uн», «Iн»; напряжение в измеряемой точке «Uрп»; напряжение и ток на релейном конце «Uк», «Iк»; напряжения реле «Uпп 11-43».

Рисунок 1.2.1 – Рабочая область программы «Тональная РЦ»

1.2.2 Программа «АОР»

Программа «АКТАКОМ Oscilloscope PRO» (АОР) предназначена для графического отображения сигнала на питающем и релейном концах измеряемых цифровым осцилограффом. Запускается двойным нажатием на ярлык «АОР». В появившемся окне в рабочей области наблюдаются два сигнала: красный – с питающего конца, синий – с релейного (см. рисунок 1.2.2). Размерность по обоим осям задаётся в нижней панели управления, регулировка расположения сигналов в пространстве располагается справа. Остальные средства измерения для данной лабораторной работы не понадобятся.

Данная программа управляет осциллографом, поэтому при отсутствии сигнала необходимо возобновить подключение устройства к программе. Для этого необходимо: войти во вкладку «Настройки», нажать на строчку «Дополнительные настройки», перейти во вкладку «Техника», в нижней части появившегося окна выбрать другую модель осциллографа, выбор подтвердить кнопкой «Подключить выбранные устройства».

Рисунок 1.2.2 – Окно программы «АОР»

1.3. Порядок выполнения работы

1. Включить стенд, запустить программу «Тональная РЦ» и «АОР» .

2. Произвести измерения в каждом режиме на протяжении все длины рельсовой цепи, задавая параметры цепи в соответствии с вариантом в таблице 1.3. Результаты измерений занести в таблицу 1.4 (для каждой таблицы прописать длину рельсовый цепи и режим измерения).

3. Проанализировать сигнал напряжений в программе управления осциллографом при каждом измерении.

4. Построить графики зависимостей напряжения на путевом приёмнике Uп.п. от сопротивления изоляции Rи в любой точке цепи для каждого режима. Построить графики зависимостей напряжения путевого приёмника от места измерения в нормальном режиме для двух любых сопротивлений изоляции.

Таблица 1.3

Выбор параметров рельсовой цепи

Вариант	Параметры рельсовой цепи
	Длина рельсовой цепи, км	, Ом/км
0	0,3	0,15\0,3\0,6
	0,5	0,35\0,7\1
1	0,4	0,25\0,5\1
	0,6	0,45\0,8\1
2	0,7	0,6\1\2
	0,8	0,7\1\2
3	0,3	1\2\5
	0,5	2\5\50
4	0,4	2\5\50
	0,6	2\5\50
5	0,7	2\5\50
	0,8	2\5\50

Таблица 1.4

Измеряемые параметры ТРЦ3

Длина Р.Ц., км	, Ом/км	Место измерения	Наличие кодов АЛС	Uгп3,В	Uн,В	Iн,А	Uрп,В	Uк, мВ	Iк,мА	Uпп 11-43,В

1.4. Содержание отчета

1) Таблицы с результатами измерений.

2) Графики результатов измерений (второй пункт раздела 1.3)

3) Выводы по данным измерений.

4) Ответы на контрольные вопросы.

1.5. Контрольные вопросы

1. Преимущества и недостатки использования тональной р.ц.?

-Лучшая помехозащищенность, запитывания рельсовой цепи от смежного источника и от иного электромагнитного влияния практически невозможно, так как необходимо совпадение по аналогичной несущей и модулированной частоте. Меньшие потери энергии, по причине почти абсолютного отсутствия дросселей и изостыков.

2. Способы определения частоты сигнального тока для этой р.ц.

- Быстрее и точнее определяется по типу ПП (маркировка на лицевой стороне прибора). Путевой приёмник не перенастраивается, т.е. установлен только на определённый амплитудно-модулированный сигнал (см. таблицу 1.3)

3. Зачем последовательно с фильтром установлен конденсатор?

- Он вы­пол­­няет функции разделительного элемента передающих устройств АЛС и ТРЦ.

4. Какая зависимость напряжения на путевом реле от изменяемых параметров в программе имитации?

- при увеличении сопротивления изоляции/уменьшении длины рельсовой цепи напряжения на входе ПП увеличивается и наоборот. Для шунтового режима добавляется зависимость от места наложения шунта – чем ближе шунт к релейному концу, тем больше остаточное напряжение на ПП и соответственно на реле.

5. Учитывается ли в данной работе сопротивление рельсового полотна?

-Да, косвенно. При регулировки длины участка мы изменяем величину тока утечки и соответственно сопротивление рельсов.

6. Какие технические решения позволяют тяговому, сигнальному, кодовому тока не влиять друг на друга?

¾ Различная частота. Тяговый – 50Гц, Сигнальный от 420Гц и выше.

¾ Фильтр ФП работает в резонанс только несущей частоты, поэтому высшие гармоники тягового тока не проходят к аппаратуре питающего конца.

¾ Сигнальный и кодовый ток уводят от влияния друг на друга с помощь конденсатора, шунтирующего схему АЛС.

7. При каком максимальном напряжении на входе путевого приёмника рельсовая цепь была свободна исходя из измеренных параметров? Выполняется ли шунтовой эффект при таком напряжении?

Заключение

Проведена большая работа по исследованию правильности имитирования работы тональной рельсовой цепи с помощью современного метода реализации стенда.

Положительные стороны:

¾ Благодаря математическому расчёту цепи можно реализовать работу любого режима РЦ.

¾ Реально основная часть аппаратуры в работе не задействовано. Срок службы увеличивается – время наработки на отказ не протекает.

¾ Повышена безопасность работы со стендом по аналогичной причине не использования реальной аппаратуры

¾ Большинство обнаруженных неисправностей устраняются непосредственно программно, без механического влияния.

Отрицательные стороны:

¾ Огромное количество ошибок, опять же связано с программной реализацией функционирования цепи. Программа работы ПЭВМ построена на алгоритмах, при отладке программы работа алгоритмов на правдоподобность не проверяется, связи с этим и связаны ложные значения при измерениях.

¾ Безнадобность панели измерения на стенде – результаты дублируются в окне программы «Тональная Р.Ц.».

Выполнен возможный вариант методических указаний. Получен огромный опыт при изучении рельсовых цепей: как их функционирования, так и структурирования информации для изучения студентами. Полученный опыт поможет эффективно планировать работу и ставить задачи на руководящих должностях.

Библиографический список

1. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики/ В.И.Сорока, В.А.Милюков.М.:Транспорт, 2003. 1086 с.

2. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник/В. С. Аркатов, Ю.В.Аркатов, С.В.Казеев,Ю.В.Ободовский,Москва, Издательство «ООО Миссия-М» 2006. 496 с.

3. Устройство, эксплуатация и техническое обслуживание систем автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты: Методические материалы / ГУП ВНИИАС МПС России. М., 2001. 204 с.

4. ru.m.wikipedia.org/wiki/рельсовая цепь

5. Дмитренко И.Е. Измерения в устройствах автоматики, теле­ме­ханики и связи на железнодорожном транспорте/ И. Е. Дмитренко, А. А. Устинский, В. И. Цыганков. М.: Транспорт, 1982. 312 с.