УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ОБРАТНОЙ ТЯГОВОЙ СЕТЬЮ
ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OPTIMISER FOR AUTOMATIC CAB SIGNALLING WITH BACKWARD ELECTRIC-TRACTION NETWORK

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и обеспечивает повышение электромагнитной совместимости локомотивных приемников автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН) или комплекса локомотивных устройств безопасности (КЛУБ) с обратной тяговой сетью.
Проблема повышения помехозащищенности и помехоустойчивости приемных устройств АЛСН и КЛУБ обострилась в связи с ростом веса и интенсивности движения поездов, особенно при движении тяжеловесных поездов на горных электрифицированных участках и в районах тяговых подстанций. Проведенные измерения показали, что на выходе локомотивных приемных катушек часто возникают мощные помехи, с которыми локомотивные фильтры не справляются [4].
В результате на входе локомотивных дешифрирующих устройств появляются помехи выше допускаемого уровня, что приводит к появлению сбоев в работе локомотивной аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации, ухудшающих безопасность движения поездов. Количество таких сбоев на сети железных дорог измеряется сотнями тысяч.
Известно устройство для приема сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, содержащее встречно соединенные локомотивные приемные катушки, устанавливаемые под днищем локомотива перед первой колесной парой и подключенные к локомотивной аппаратуре, состоящей из фильтра, усилителя с автоматической регулировкой усиления и блока дешифратора с элементами контроля и управления [1].
Встречное включение локомотивных катушек призвано исключить отрицательное действие помех от обратных тяговых токов и неравномерной намагниченности рельсов по их длине на устойчивость работы локомотивной аппаратуры. Однако это происходит только тогда, когда величины тяговых токов, протекающих в рельсовых нитях, или динамика изменения напряженности магнитного поля обоих рельсов под приемными локомотивными катушками одинаковы.
Известно также приемное устройство для сигналов автоматической локомотивной сигнализации [2], которое решает задачу повышения помехоустойчивости работы автоматической локомотивной сигнализации с частотой полезного сигнала 25 Гц, эксплуатируемой на участках с электротягой переменного тока.
В условиях эксплуатации обратные тяговые токи включают в себя широкий спектр гармонических составляющих и обычно неодинаковы, поэтому наводимые этими токами ЭДС в локомотивных катушках также различаются. Разность этих ЭДС в виде помехи поступает на вход локомотивной аппаратуры. Так как величина разности тяговых токов в рельсах может на порядок и более превышать величину тока кодирования автоматической локомотивной сигнализации, то уровень сигнала помехи на входе дешифрирующей локомотивной аппаратуры может намного превышать уровень полезного сигнала.
Кроме этого, на участках с электротягой переменного тока большое негативное влияние на устойчивость работы устройств автоматической локомотивной сигнализации оказывает неравномерная намагниченность рельсов по их длине. Причем это относится как к рельсам, уложенным в путь, так и к рельсам, подготовленным для замены или еще не убранным после замены, уложенным в колее или по краям шпал [4].
Известен локомотивный приемник автоматической локомотивной сигнализации для участков с электротягой переменного тока [3], повышающий помехоустойчивость приемного устройства автоматической локомотивной сигнализации при воздействии мощных помех от переменного тягового тока и от магнитного поля неравномерно намагниченных рельсов. Однако этот локомотивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации конструктивно сложнее и применим только на участках железных дорог с электротягой переменного тока с частотой полезного сигнала автоматической локомотивной сигнализации 25 или 75 Гц.
Целью изобретения является повышение помехозащищенности и помехоустойчивости приемных устройств автоматической локомотивной сигнализации при воздействии мощных помех от постоянного или переменного обратного тягового тока и от магнитного поля неравномерно намагниченных по длине рельсов.
с
Это достигается тем, что устройство снабжено программируемыми фильтром нижних частот и режекторным фильтром, двумя фазовращателями, двумя сумматорами на аналоговых операционных усилителях и автоматическим управляющим устройством, выполняющим роль детектора частоты полезного сигнала (тока кодирования) f, подключенное входом к локомотивным приемным катушкам, а выходом - к локомотивным дешифрирующим устройствам автоматической локомотивной сигнализации.
Неинвертирующий вход первого сумматора, вход программируемого фильтра нижних частот и вход автоматического управляющего устройства соединены с локомотивными катушками. Инвертирующий вход первого сумматора через первый фазовращатель соединен с выходом программируемого фильтра нижних частот. К выходу первого сумматора подключены неинвертирующий вход второго сумматора и вход программируемого режекторного фильтра, выход которого соединен через второй фазовращатель с инвертирующим входом второго сумматора. Выходы автоматического управляющего устройства соединены с тактовыми входами программируемых фильтров.
с
На вход устройства поступает смесь сигналов полезной частоты и гармонических помех, наводимых в приемных локомотивных катушках. Далее этот сигнал делится на три части, одна часть поступает на программируемый фильтр нижних частот, вторая подается на первый сумматор, а третья - на вход автоматического управляющего устройства. Задача программируемого фильтра нижних частот состоит в том, чтобы на инвертирующий вход первого сумматора пропускать только низкочастотные гармонические помехи, например, создаваемые отрицательным влиянием неравномерного магнитного поля рельсов. Таким образом, на выходе первого сумматора будет сигнал с ограниченной полосой частотного спектра в диапазоне примерно (f-2)÷1500 Гц.
Сигнал с выхода первого сумматора снова делится пополам и подается на вход программируемого режекторного фильтра, настроенного на частоту полезного сигнала, и на неинвертирующий вход второго сумматора. Таким образом, на инвертирующий вход этого сумматора будет поступать только сигнал помех. Благодаря такой структуре будет получен эффект активного шумоподавления.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит встречно соединенные локомотивные приемные катушки 1 автоматической локомотивной сигнализации, сигнал с которых подается на неинвертирующий вход первого сумматора 2, на вход программируемого фильтра нижних частот 3 и на вход автоматического управляющего устройства 5. Автоматическое управляющее устройство 5 воздействует на тактовые входы фильтра нижних частот 3 и режекторного фильтра 7, в результате чего изменяются амплитудно-частотные характеристики и частоты срезов этих фильтров. Выход фильтра нижних частот 3 соединен через первый фазовращатель с инвертирующим входом первого сумматора 2, к выходу которого подключен неинвертирующий вход второго сумматора 6, на инвертирующий вход которого поступает сигнал через второй фазовращатель 8 с выхода программируемого режекторного фильтра 7, соединенного входом с выходом первого сумматора 2.
Устройство повышения электромагнитной совместимости автоматической локомотивной сигнализации с обратной тяговой сетью работает следующим образом.
Перед пуском в работу устройства первый фазовращатель 4 настраивается так, чтобы компенсировать изменение фазы и амплитуды, вносимой фильтром нижних частот 3 в сигнал помехи, в том числе, и от влияния неравномерного магнитного поля рельсов по их длине. Второй фазовращатель 8 настраивается так, чтобы компенсировать изменения фазы и амплитуды, вносимые режекторным фильтром 7 в сигнал помехи от тягового тока, выдаваемый с выхода первого сумматора 2.
1
2
c
После включения в работу устройства наведенная в приемных катушках 1 ЭДС, включающая в себя полезный сигнал и сигнал помехи, поступает на неинвертирующий вход первого сумматора 2, на вход фильтра нижних частот 3 и вход автоматического управляющего устройства 5. Детектор полезной частоты определяет частоту полезного сигнала (тока кодирования) и выдает управляющие воздействия u(t) и u(t) на тактовые входы программируемых фильтров нижних частот 3 и режекторного фильтра 7 соответственно. В результате чего изменяются их амплитудно-частотные характеристики и частоты среза. Фильтр нижних частот 3 пропускает только гармонические помехи с частотой, ниже частоты полезного сигнала, в том числе и создаваемые отрицательным влиянием неравномерного магнитного поля рельсов. Сигнал с его выхода корректируется по фазе первым фазовращателем и попадает на инвертирующий вход первого сумматора 2. После суммирования на выходе сумматора будет сигнал с ограниченной полосой частотного спектра (f-2)÷1500 Гц.
c
c
Затем этот сигнал делится пополам и подается на вход программируемого режекторного фильтра 7, настроенного на частоту полезного сигнала, и на неинвертирующий вход второго сумматора 6. Сигнал с выхода режекторного фильтра 7 с диапазоном от 1÷(f÷2) до (f+2)÷1500 Гц корректируется по фазе вторым фазовращателем 8 и подается на инвертирующий вход второго сумматора 6. После суммирования на выходе второго сумматора будет только полезный сигнал.
Таким образом, применение устройства повышения электромагнитной совместимости автоматической локомотивной сигнализации с обратной тяговой сетью обеспечивает активное подавление мощных помех от тяговых токов, возникающих на выходе локомотивных приемных катушек при движении тяжеловесных поездов, особенно на горных участках и в зонах тяговых подстанций, а также обеспечивает подавление помех от неравномерности магнитного поля рельсов. Этим обеспечивается снижение интенсивности сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации и в результате достигается повышение безопасности и бесперебойности движения поездов.
Литература
1. Автоматическая локомотивная сигнализация и авторегулировка. // A.M. Брылеев, О. Поупе, B.C. Дмитриев и др. -М.: Транспорт, 1981, 320 с.
2. Полезная модель №59010 Ul, B61L25/06. Приемное устройство для автоматической локомотивной сигнализации. // Шаманов В.П., Пультяков А.В., Трофимов Ю.А.
3. Полезная модель №94944 U1, B61L 25/06. Локомотивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации для участков с электротягой переменного тока. // Шаманов В.И.
4. Шаманов В.И., Пультяков А.В., Трофимов Ю.А. Влияние условий эксплуатации на устойчивость работы АЛСН. // Железнодорожный транспорт. - 2009. - №5. - С.46-50.