методички / 4043

4043	МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
	ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине

«Автоматика и телемеханика на перегонах»

для обучающихся по специальности

23.05.05«Системы обеспечения движения поездов» очной и заочной форм обучения

Составитель: Н.Е. Федоров

Самара

2016

1

УДК 656.256

Исследование тональных рельсовых цепей : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Автоматика и телемеханика на перегонах» для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» очной и заочной форм обучения / составитель : Н.Е. Федоров. – Самара : СамГУПС. 2016. – 16 с.

В методических указаниях приведены основные сведения о принципах построения рельсовых цепей тональной частоты, дано описание лабораторного стенда для изучения и исследования схемы этой рельсовой цепи. Изложены задание на подготовку к лабораторной работе, методика ее выполнения, требования к содержанию отчета.

Утверждены на заседании кафедры АТС 11 февраля 2016 г., протокол № 6. Печатаются по решению редакционно-издательского совета СамГУПС.

Составитель: Федоров Николай Евгеньевич

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры АТС СамГУПС, В.М. Шумаков; к.т.н, доцент кафедры Электротехники СамГУПС, Н.С. Шорохов

Под редакцией составителя

Подписано в печать 20.06.2016. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ 115.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2016

2

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторная работа, представленная в данных методических указаниях, относится к дисциплине «Автоматика и телемеханика на перегонах».

Лабораторная работа рассчитана на студентов, имеющих базовую подготовку по дисциплинам «Эксплуатационные основы систем и устройств автоматики и телемеханики», «Эксплуатация технических средств обеспечения движения поездов». Освоение данной работы необходимо как предшествующее для научноисследовательской работы и подготовки выпускной квалификационной работы.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать следующими профессиональными компетенциями:

ПСК-2.3: умение поддерживать заданный уровень надежности функционирования устройств железнодорожной автоматики и телемеханики для обеспечения требуемого уровня безопасности движения поездов при заданной пропускной способности железнодорожных участков и станций;

ПСК-2.4: умение применять методы обеспечения безопасности и безотказности систем железнодорожной автоматики и телемеханики, в том числе микроэлектронных систем, настраивать, регулировать и налаживать аппаратуру, конструировать отдельные элементы и узлы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики;

ПСК-2.5: владение методами анализа работы перегонных и станционных систем железнодорожной автоматики и телемеханики, а также систем диспетчерской централизации в зависимости от интенсивности поездной и маневровой работы, в том числе при неисправностях оборудования, владение практическими навыками по безопасному восстановлению устройств при отказах; владение навыками по расчету экономической эффективности устройств; владение основами построения и проектирования безопасных систем автоматики и телемеханики.

Конструкция лабораторного стенда, применяемого при проведении лабораторной работы, позволяет провести широкий круг экспериментов в различных ситуациях. Это должно способствовать лучшему пониманию студентами принципов работы рельсовых цепей тональной частоты (ТРЦ), получению навыков проведения экспериментов, опыта обнаружения отказов, регулировки и восстановления работоспособного состояния устройств.

Следует бережно относиться к методическим указаниям и оборудованию лабораторного стенда. При выполнении лабораторной работы категорически запрещается делать какие-либо пометки в тексте и рисунках, заполнять образцы таблиц, представленных в методических указаниях.

3

Лабораторная работа рассчитана на 4 академических часа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний о принципах построения и работы рельсовых цепей тональной частоты, формирование исследовательских умений при техническом обслуживании ТРЦ.

В результате освоения лабораторной работы обучающийся должен

знать:

роль и место рельсовых цепей тональной частоты в системах обеспечения безопасности движения поездов;

технологию эксплуатации, обслуживания и ремонта рельсовых цепей тональной частоты;

уметь:

оценивать эксплуатационные показатели и технические характеристики рельсовых цепей тональной частоты, осуществлять выбор типа устройств для конкретного применения, производить испытания и пуско-наладочные работы этих устройств;

производить модернизацию действующих устройств;

владеть:

методами расчета технических параметров рельсовых цепей тональной частоты;

методами и способами диагностики, поиска и устранения отказов рельсовых цепей тональной частоты.

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВКУ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Вспомнить назначение, область применения и эффективность ТРЦ.

2.Усвоить понятие зоны дополнительного шунтирования.

3.Ознакомиться с методами настройки генераторов и путевых фильтров на заданные частоты.

4.Изучить основные технические характеристики приемников ПП.

5.Ознакомиться с предстоящими экспериментами и продумать ожидаемые результаты.

6.Перечислить перемычки, необходимые для настройки путевого генератора и путевого фильтра в данной лабораторной работе.

4

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Рассмотрим принципы построения ТРЦ.

Основной отличительной особенностью ТРЦ является питание двух смежных РЦ от одного общего источника сигнального тока (генератора) и возможность работы без изолирующих стыков. Такое построение ТРЦ сокращает число аппаратуры, кабеля для соединения аппаратуры с рельсовой линией, используемых частот сигнального тока и позволяет просто реализовать рельсовые цепи без изолирующих стыков.

На рис. 1 показана структура, поясняющая принцип построения ТРЦ.

Рис. 1. Принцип построения ТРЦ

Сигнальный ток частотой F1 или F2 от генераторов Г через путевые фильтры Ф подается в рельсовую линию, по которой распространяется в обе стороны от точки подключения. От генератора Г1 питается рельсовая цепь 1, от генератора Г 2/3 – рельсовые цепи 2 и 3 и т. д. Частоты генераторов чередуются. Фильтры настроены на частоты соответствующих генераторов.

Путевые приемники ПП1 и ПП2, ПП3 и ПП4 подключаются к общей точке релейных концов РЦ и настроены на частоты соответствующих генераторов.

Приемники обладают свойствами частотной селекции и пороговыми свой-

ствами, т. е. реагируют на сигнал определенной частоты и амплитуды. Путевые реле ПР на выходах приемников нормально возбуждены.

При нахождении подвижной единицы (или изломе рельса), например, на 4П путевое реле ПР4 обесточивается, так как сигнал от генератора Г4 шунтируется колесными парами поезда (или электрическая цепь разрывается в месте излома рельса). Возбуждение этого реле от сигнального тока генератора Г2/3 частотой

5

F2 исключено, так как приемник ПП4 настроен на частоту F1. Исключается и возможность возбуждения этого реле сигнальным током частоты F1 от генератора Г1 рельсовой цепи 1П из-за естественного затухания в рельсовой линии на протяжении трех рельсовых цепей (1П, 2П и 3П). Расчеты показали, что уровень этого сигнала на входе путевого приемника будет примерно в 100 раз ниже уровня полезного сигнала, поступающего на вход приемника от генератора собственной РЦ. В отдельных случаях (при малой длине РЦ 2П и 3П и высоком уровне сигнала в 1П) предусматривается применение и чередование трех частот.

Всвязи с отсутствием изолирующих стыков шунтовой режим ТРЦ наступает не только при вступлении подвижной единицы на участок пути между генератором и приемником, но и при ее нахождении в некоторой зоне за пределами подключения этих приборов. Эту зону называют зоной дополнительного шунтирования. Так, например, при приближении подвижной единицы на расстояние Lш от точки подключения генератора Г4/5 (см. рис. 1) напряжение на входе путевого приемника ПП5 снижается ниже порога срабатывания. В результате путевое реле ПР5 обесточивается, фиксируя занятость рельсовой цепи 5П при фактической свободности. Величина зоны дополнительного шунтирования зависит от несущей частоты, удельного сопротивления балласта и длины РЦ. Чем ниже частота и сопротивление балласта, тем больше длина зоны дополнительного шунтирования. В предельном случае она составляет 10–15 % от длины рельсовой цепи.

Диапазон несущих частот сигнального тока (400…800 Гц) принят исходя из условия обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик ТРЦ. Конкретные частоты в этом диапазоне были выбраны в промежутках между гармониками тягового тока и тока промышленной частоты. При этом учли, что в связи с наличием определенной полосы пропускания фильтров, необходимо увеличить интервал между применяемыми частотами.

Внастоящее время для рельсовых цепей типа ТРЦ3 предусмотрены несущие частоты 420, 480, 580, 720 и 780 Гц. Такой набор частот позволяет использовать ТРЦ на перегонах, станциях и в метрополитене при любом виде тяги поездов. Указанным частотам присвоены условные номера 8, 9, 11, 14 и15 соответственно.

Частоты 720 и 780 Гц позволили отказаться от рельсовых цепей типа ТРЦ4. Рельсовые цепи ТРЦ4 с частотами 4545, 5000, 5555 Гц были разработаны и применялись для решения следующей проблемы. В системах автоблокировки (АБ) без изолирующих стыков при приближении поезда к проходному светофору и вступлении его в зону дополнительного шунтирования тональной рельсовой цепи, расположенной за светофором, происходит перекрытие этого светофора перед поездом на запрещающее показание. Поэтому за проходными светофорами устраивались рельсовые цепи ТРЦ4 с малой зоной дополнительного шунтирова-

6

ния и смещали границу рельсовой цепи относительно светофора на 20 м. В последующем с целью уменьшения номенклатуры изделий для решения указанной проблемы стали использовать ТРЦ3 на частотах 580, 720 и 780 Гц со смещением границы ТРЦ на 40 м.

Рассмотренная аппаратура ТРЦ в зависимости от типа АБ размещается в станционном помещении или в релейных шкафах на перегоне и соединяется с рельсовой линией (РЛ) при помощи сигнального кабеля. На поле (непосредственно у пути) устанавливается путевой ящик с устройствами согласования и защиты (УСз). УСз решают следующие задачи: согласование сопротивления соединительного кабеля и аппаратуры с сопротивлением рельсовой линии, защита аппаратуры ТРЦ от грозового разряда (при автономной тяге поездов) или от коммутационных перенапряжений в контактной сети, защита от асимметрии обратного тягового тока (при электрической тяге). К устройствам защиты можно отнести и дроссель-трансформаторы, устанавливаемые при электрической тяге для устранения асимметрии тягового тока (выравнивание обратных тяговых токов в рельсовых нитях).

Следует учесть, что в реальных схемах для повышения помехозащищенности рельсовых цепей от тягового тока и токов РЦ параллельного пути предусмот-

рена модуляция сигнального тока частотами 8 и 12 Гц.

Генераторы и фильтры настраиваются на конкретную частоту при помощи внешних перемычек. Это позволяет уменьшить номенклатуру аппаратуры, что выгодно как с точки зрения производства (уменьшается разнотипность изделий), так и с точки зрения эксплуатации (уменьшается количество запасных блоков и повышается их универсальность). Приемники выпускаются индивидуально для каждой комбинации несущей и модулирующей частот.

Максимальная длина тональных рельсовых цепей Lmax = 1000 м (для ТРЦ4 – 300 м). При этом выполнение всех режимов работы ТРЦ обеспечивается при удельном сопротивлении изоляции рельсовой линии до значения rи min = 0,6 Ом км.

ТРЦ может использоваться и с изолирующими стыками. При этом ее предельная длина увеличивается до 1300 м.

Рассмотрим функции, модификации и основные характеристики аппаратуры рельсовых цепей типа ТРЦ3.

Путевые генераторы ГП3 формируют и усиливают амплитудномодулированные сигналы со 100%-й модуляцией и синусоидальной формой несущей частоты.

7

Генераторы ГП3 включают в себя следующие узлы: генератор несущих частот, генератор модулирующих частот, манипулятор, предварительный усилитель, регулятор выходного напряжения, выходной усилитель, вторичный источник питания.

Выпускается две модификации путевых генераторов: ГП3-8,9,11 и ГП3-11,14,15. Обе модификации имеют идентичные схемы и различаются только параметрами колебательного контура, формирующего синусоидальное выходное напряжение. Числа в обозначении модификаций генераторов соответствуют условным номерам несущих частот, на которые они могут быть настроены. Кроме того каждый из них может быть настроен на частоту модуляции 8 или 12 Гц. Настройка на одну из комбинаций частот, предусмотренных для данной модификации генератора, осуществляется при помощи внешних перемычек на монтажной стороне розетки (табл. С.1).

							Таблица С.1
			Настроечные перемычки путевых генераторов ГП3
		Несущая/			Перемычки
	Тип			генератора	генератора	настройки в	подключения
		модулирующая
	ГП3			несущей	модулирующей	резонанс	выходного
		частота, Гц
				частоты	частоты		каскада
	8,9,11-3	420	8	12-23	62-42	81-73
			12		62-33
			12		62-33
		480	8	12-21	62-42	81-63
	ГП
		580	8	12-22	62-42	81-82	83-72
			12		62-33
							3-4
	11,14,15-		8		62-42
		580		12-22		81-73	51-61
			12		62-33
			12		62-33
		720	8	12-13	62-42	81-63
	3
			8		62-42
	ГП	780		12-11		81-82
			12		62-33

Напряжение питания генераторов – 35 В переменного тока. Номинальная выходная мощность – 20 ВА. Величина действующего значения амплитудноманипулированного сигнала на выходе генератора регулируется в пределах от 1 до 6 В при помощи потенциометра, ось которого выведена на лицевую панель путевого генератора и обозначена Vвых.

С целью визуального контроля работы путевого генератора ГП3 предусмотрены светодиоды, которые установлены на передней панели. Мигание светодиода, обозначенного символом АМ, говорит о нормальной работе задающих генераторов и предварительного усилителя. Режим мигания светодиода позво-

8

ляет при достаточном опыте визуально определить настройку генератора модулирующих частот (8 или 12 Гц). Ровное свечение светодиода Vус свидетельствует о наличии питания выходного усилителя.

Выходной сигнал путевого генератора снимается с выводов 2-52 и подается на вход путевого фильтра.

Путевые фильтры ФПМ решают следующие задачи: защита выходных цепей путевого генератора от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и перенапряжений, возникающих в РЛ; обеспечение требуемого по условиям работы рельсовых цепей обратного входного сопротивления аппаратуры питающего конца РЦ; гальваническое разделение выходной цепи генератора от кабеля.

Фильтр ФПМ (рис. 2) реализован в виде последовательного колебательного LC-контура. Он содержит 8 конденсаторов и трансформатор TV, первичная обмотка которого используется в качестве индуктивности.

Рис. 2. Принципиальная схема путевых фильтров ФПМ

Входом фильтра являются выводы 11-71, на которые подается сигнал от генератора ГП3. Выходной сигнал снимается со вторичной обмотки трансформатора TV.

Выпускается две модификации путевых фильтров – ФПМ-8,9,11 и

ФПМ-11,14,15.

9

Путевой фильтр должен быть настроен на несущую частоту генератора. Настройка на требуемую частоту осуществляется одновременным изменением индуктивности и емкости, что позволяет обеспечить относительно стабильное входное сопротивление фильтра на различных частотах. Индуктивность контура изменяется путем использования всей или части первичной обмотки трансформатора, емкость – за счет изменения набора конденсаторов (табл. С.2).

							Таблица С.2
	Настроечные перемычки путевых фильтров ФПМ
		Несущая		Общая	Выводы
Тип		частота,	Конденсаторы	емкость,	обмоток		Перемычки
		Гц		мкФ	TV
		420	С5, С6, С7, С8	4,85	1-4		43-23-22-21-83
ФПМ 8,9,11
		480	С6, С7, С8	4,38	1-3		42-23-22-21
		580	С2, С3, С7, С8	4,07	1-2		41-23-22-73-81
		580	С2, С3, С7, С8	4,07	1-4		43-23-22-73-81
ФПМ 11,14,15
		720	С4, С5, С6, С8	3,68	1-3		42-23-21-82-83
		780	С3, С5, С6, С8	3,57	1-2		41-23-21-81-83

Указанные данные по настройке фильтров ФПМ (см. табл. С.2) являются расчетными. Чтобы учесть фактические значения емкостей и индуктивностей конкретного фильтра, а также влияние емкости кабеля, подключенного к его выходу, окончательную настройку производят на месте установки аппаратуры. При этом с помощью перемычек добавляют или исключают те или иные конденсаторы, добиваясь получения максимума напряжения на выходе фильтра или равенства напряжений на индуктивности (выводы 23-11) и емкости (выводы 23-71).

Фильтры ФПМ8,9,11 и ФПМ11,14,15 различаются параметрами трансформаторов TV.

С учетом различных условий применения в путевых фильтрах ФПМ преду-

смотрены 3 выхода с различными выходными сопротивлениями.

Энергетически наиболее выгодным является выходное сопротивление 800 Ом (выводы 12-61). Этот выход используется в случаях наиболее частого применения – в рельсовых цепях с нормальным сопротивлением балласта.

Выводы 12-62 (выходное сопротивление 400 Ом) используют в ТРЦ при низком сопротивлении балласта, а также при отсутствии защитного резистора в УСз, что характерно для автономной тяги.

Выводы 12-63 (выходное сопротивление 140 Ом) используются при низком сопротивлении балласта и наличии электрической тяги.

10