Измерительный канал тягового тока в тяговой рельсовой сети
MEASURING CHANNEL OF TRACTION CURRENT IN TRACTION RAIL NETWORK

Изобретение относится к железнодорожной области техники, а именно к измерениям тягового тока в тяговой рельсовой сети электрифицированных железных дорог, и может быть использовано в системах технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, а также в системах технического диагностирования и мониторинга тяговой рельсовой сети.
Известно информационно-измерительное устройство мониторинга тягового тока в рельсовой сети, содержащее дроссель-трансформатор передающего конца рельсовой цепи, дроссель-трансформатор приемного конца смежной рельсовой цепи, междроссельную перемычку, первую дроссельную перемычку передающего конца рельсовой цепи, вторую дроссельную перемычку передающего конца рельсовой цепи, первую дроссельную перемычку приемного конца смежной рельсовой цепи, вторую дроссельную перемычку приемного конца смежной рельсовой цепи, источник питания, первый датчик Холла, второй датчик Холла, третий датчик Холла, четвертый датчик Холла, пятый датчик Холла, контроллер, блок обработки информации, панель [RU №188294, МПК B61L 25/08, B61L 1/00, опубл. 29.04.19, Бюл. №13, "Информационно-измерительное устройство мониторинга тягового тока в рельсовой сети", авторы Башаркин М.В. и др.].
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности непрерывно осуществлять контроль значения тягового тока в рельсовых нитях, а также интегрироваться в системы технического диагностирования и мониторинга.
Известен измерительно-сигнализирующий канал о наличии асимметрии тягового тока в рельсовой сети, содержащий рельсовые нити тяговой рельсовой сети, изолирующие стыки, дроссель-трансформатор передающего конца рельсовой цепи, дроссель-трансформатор приемного конца смежной рельсовой цепи, первый предохранитель, первый шунтирующий резистор, первый подстроечный резистор, первый датчик Холла, второй предохранитель, второй шунтирующий резистор, второй подстроечный резистор, второй датчик Холла, третий предохранитель, третий шунтирующий резистор, третий подстроечный резистор, третий датчик Холла, четвертый предохранитель, четвертый шунтирующий резистор, четвертый подстроечный резистор, четвертый датчик Холла, блок обработки информации, блок сопряжения. [RU №200587, МПК G08B 23/00, B61L 25/00, опубл. 30.10.20, Бюл. №31, "Измерительно-сигнализирующий канал о наличии асимметрии тягового тока в рельсовой сети", авторы Башаркин М.В. и др.].
Недостатком данного измерительно-сигнализирующего канала является отсутствие возможности проведения самокалибровки, а также контроля срабатывания предохранителей.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение устойчивости работы рельсовых цепей за счет контроля симметрии тягового тока в тяговой рельсовой сети.
Технический результат достигается тем, что в измерительный канал дополнительно введены дроссель-трансформатор, первая и вторая полуобмотка основой обмотки которого соединены с двумя датчиками тока на эффекте Холла, причем каждый датчик тока на эффекте Холла подключен к полуобмотке через последовательно соединенные предохранители с контролем срабатывания и шунтирующий резистор, а выходы датчиков тока на эффекте Холла соединены с микроконтроллером, интегрирующим измерительный канал в систему технического диагностирования и мониторинга, шесть предохранителей с контролем срабатывания, сигнальные контакты которых подключены к источнику сигнала через датчик тока на эффекте Холла, выход которого соединен с микроконтроллером, модуль калибровки, источник тока которого через датчик тока на эффекте Холла, соединенный с микроконтроллером, подключен к первому и второму шунтирующему резистору последовательно соединенных с предохранителями с контролем срабатывания и датчиками тока на эффекте Холла через два, последовательно соединенных с предохранителями с контролем срабатывания, нормально разомкнутых контакта двух электромагнитных реле, замыкающихся в случае протекания по их обмоткам тока, поступающего с выхода блока управления, вход которого соединен с микроконтроллером, передающим в блок управления логические сигналы.
Введение дроссель-трансформатора, содержащего первую и вторую полуобмотку основой обмотки, четырех датчиков тока на эффекте Холла, два из которых соединены с каждой из полуобмоток дроссель-трансформатора, причем каждый датчик тока на эффекте Холла подключен к полуобмотке через последовательно соединенные предохранители с контролем срабатывания и шунтирующий резистор, микроконтроллера, управляющего процессом коммутации модуля калибровки и интегрирующего измерительный канал в систему технического диагностирования и мониторинга, источника сигнала, шести предохранителей с контролем срабатывания и шести сигнальных контактов предохранителей с контролем срабатывания, которые подключены к источнику сигнала через датчик тока на эффекте Холла, выход которого соединен с микроконтроллером, источника тока, двух электромагнитных реле, содержащих обмотку и нормально разомкнутые контакты, два блока управления, модуль калибровки, источник тока которого через датчик тока на эффекте Холла, соединенный с микроконтроллером, подключен к первому и второму шунтирующему резистору последовательно соединенных с предохранителями с контролем срабатывания и датчиками тока на эффекте Холла через два, последовательно соединенных с предохранителями с контролем срабатывания, нормально разомкнутых контакта двух электромагнитных реле, замыкающихся в случае протекания по их обмоткам тока, поступающего с выхода блока управления, вход которого соединен с микроконтроллером, передающим в блок управления логические сигналы, позволяет повысить точность измерения тягового тока в тяговой рельсовой сети, а также сигнализировать о срабатывании предохранителей.
На чертеже - измерительный канал тягового тока в тяговой рельсовой сети.
Измерительный канал содержит рельсовые нити тяговой рельсовой сети - 1, изолирующие стыки - 2, дроссель-трансформатор - 3, первая полуобмотка основной обмотки дроссель-трансформатора - 4, вторая полуобмотка основной обмотки дроссель-трансформатора - 5, первый предохранитель с контролем срабатывания - 6, сигнальные контакты первого предохранителя с контролем срабатывания - 6.1, второй предохранитель с контролем срабатывания - 7, сигнальные контакты второго предохранителя с контролем срабатывания - 7.1, третий предохранитель с контролем срабатывания - 8, сигнальные контакты третьего предохранителя с контролем срабатывания - 8.1, четвертый предохранитель с контролем срабатывания - 9, сигнальные контакты четвертого предохранителя с контролем срабатывания - 9.1, пятый предохранитель с контролем срабатывания - 10, сигнальные контакты пятого предохранителя с контролем срабатывания - 10.1, шестой предохранитель с контролем срабатывания - 11, сигнальные контакты шестого предохранителя с контролем срабатывания - 11.1 первый шунтирующий резистор - 12, второй шунтирующий резистор - 13, первый датчик тока на эффекте Холла - 14, второй датчик тока на эффекте Холла - 15, модуль калибровки - 16, первое электромагнитное реле - 17, обмотка первого электромагнитного реле - 18, нормально разомкнутый контакт первого электромагнитного реле - 19, блок управления первым электромагнитным реле - 20, второе электромагнитное реле - 21, обмотка второго электромагнитного реле - 22, нормально разомкнутый контакт второго электромагнитного реле - 23, блок управления вторым электромагнитным реле - 24, источник тока - 25, третий датчик тока на эффекте Холла - 26, источник сигнала - 27, четвертый датчик тока на эффекте Холла - 28,, микроконтроллер - 29.
Измерительный канал работает следующим образом: для пропуска тягового тока по рельсовым нитям тяговой рельсовой сети - 1 в обход изолирующих стыков - 2, установлен дроссель-трансформатор - 3. К выводам первой полуобмотки основной обмотки дроссель-трансформатора - 4 и второй полуобмотки основной обмотки дроссель-трансформатора - 5 через предохранители с контролем срабатывания (6, 7, 8) подключены два шунтирующих резистора (12, 13) и два датчика тока на эффекте Холла (14, 15). К первому и второму шунтирующему резистору (12, 13) последовательно соединенных с предохранителями с контролем срабатывания (6, 7, 8) через предохранители с контролем срабатывания (9, 10, 11) подключен модуль калибровки - 16. При отсутствии тягового тока с микроконтроллера - 29 в блок управления первым электромагнитным реле - 20 поступает логический сигнал "1", вследствие чего через обмотку - 18 первого электромагнитного реле - 17 начинает протекать ток и нормально разомкнутый контакт первого электромагнитного реле - 19 замыкается, подключая источник тока - 25 к ответвлению, состоящему из двух предохранителей с контролем срабатывания (6, 7), первого шунтирующего резистора - 12 и первого датчика тока на эффекте Холла - 14. Одновременно с этим, в блок управления вторым электромагнитным реле - 24 с микроконтроллера поступает логический сигнал "0", поэтому через обмотку - 22 второго электромагнитного реле - 21 ток не протекает, следственно, нормально разомкнутый контакт второго электромагнитного реле - 23 остается в исходном состоянии. После окончания калибровки ответвления, состоящего из двух предохранителей с контролем срабатывания (6, 7), первого шунтирующего резистора - 12 и первого датчика тока на эффекте Холла - 14, с микроконтроллера - 29 в блок управления первым электромагнитным реле - 20 поступает логический сигнал "0", вследствие чего через обмотку - 18 первого электромагнитного реле - 17 перестает протекать ток и нормально разомкнутый контакт первого электромагнитного реле - 19 размыкается, приходя в исходное состояние, после чего с микроконтроллера - 29 в блок управления вторым электромагнитным реле - 24 поступает логический сигнал "1", через обмотку - 22 второго электромагнитного реле - 21 начинает протекать ток и нормально разомкнутый контакт второго электромагнитного реле - 23 замыкается, подключая источник тока - 25 к ответвлению, состоящему из двух предохранителей с контролем срабатывания (7, 8), второго шунтирующего резистора - 13 и второго датчика тока на эффекте Холла - 15. При появлении тягового тока, нормально разомкнутые контакты первого и второго электромагнитного реле (19, 23) размыкаются, возвращаясь в исходное состояние, отключая блок калибровки - 16, и измерительный канал начинает производить измерения тягового тока. Стоит заметить, что применяемый в модуле калибровки - 16 источник тока - 25 не является прецизионным, таким образом, возможно отклонение величины тока от заданного значения, поэтому необходимо производить измерение тока калибровки третьим датчиком тока на эффекте Холла - 26 с выхода которого измеренное значение тока калибровки поступает в микроконтроллер - 29, после чего производится расчет истинного значения тягового тока, протекающего в первой и второй полуобмотках основной обмотки дроссель-трансформатора (4, 5) по формулам:
п1
где I - величина тягового тока, протекающего по первой полуомботке основной обмотки дроссель-трансформатора - 4;
о1
I - величина тягового тока в ответвлении, состоящим из двух предохранителей с контролем срабатывания (6, 7), первого шунтирующего резистора - 12 и первого датчика тока на эффекте Холла - 14, измеренная первым датчиком тока на эффекте Холла - 14;
к
I - величина тока калибровки, измеренная третьим датчиком тока на эффекте Холла - 26;
ко1
I - величина тока калибровки в ответвлении, состоящим из двух предохранителей с контролем срабатывания (6, 7), первого шунтирующего резистора - 12 и первого датчика тока на эффекте Холла - 14, измеренная первым датчиком тока на эффекте Холла - 14;
п2
где I - величина тягового тока, протекающего по второй полуомботке основной обмотки дроссель-трансформатора - 5;
о2
I - величина тягового тока в ответвлении, состоящим из двух предохранителей с контролем срабатывания (7, 8), второго шунтирующего резистора - 13 и второго датчика тока на эффекте Холла - 15, измеренная первым датчиком тока на эффекте Холла - 15;
ко2
I - величина тока калибровки в ответвлении, состоящим из двух предохранителей с контролем срабатывания (7, 8), второго шунтирующего резистора - 13 и второго датчика тока на эффекте Холла - 15, измеренная первым датчиком тока на эффекте Холла - 15.
Аналоговый сигнал о величине тягового тока, измеренного первым и вторым датчиком тока на эффекте Холла (14, 15) поступает в микроконтроллер - 29, с выхода которого обработанная информация о величине тягового тока в тяговой рельсовой сети передается в систему технического диагностирования и мониторинга.
Предохранители с контролем срабатывания (6, 7, 8, 9, 10, 11) оснащены сигнальными контактами (6.1, 7.1, 8.1, 9.1, 10.1, 11.1), подключенными через четвертый датчик тока на эффекте Холла - 28 к источнику сигнала - 27. В случае перегорания хотя бы одного из предохранителей с контролем срабатывания (6, 7, 8, 9, 10, 11), происходит замыкание сигнального контакта (6.1, 7.1, 8.1, 9.1, 10.1, 11-1) соответствующего предохранителя, что приводит к прохождению через четвертый датчик тока на эффекте Холла - 28 сигнала. Информация о перегорании предохранителя с контролем срабатывания поступает с выхода четвертого датчика тока на эффекте Холла - 28 на вход микроконтроллера - 29, с выхода которого сигнал о перегорании предохранителя с контролем срабатывания поступает в систему технического диагностирования и мониторинга.
Предлагаемый измерительный канал позволяет определять величину тягового тока в тяговой рельсовой сети, проводить самокалибровку, обеспечивать контроль срабатывания предохранителей, интегрироваться в системы технического диагностирования и мониторинга, снизить количество отказов рельсовых цепей.