УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ НА ЛИНИИ СВЯЗИ
DEVICE TO DECREASED ELECTROMAGNETIC EFFECTS ON COMMUNICATION LINES

Устройство относится к области электрифицированных дорог и может быть использовано для уменьшения влияния электротяговой сети на смежные линии связи.
Известно устройство 1 для снижения электромагнитных влияний на линии связи.
Оно содержит дополнительный провод, проложенный вдоль тяговой сети и каналов проводной связи, контур заземления, генератор компенсирующего напряжения, датчик помехи и тяговую сеть, а также провода трехфазных линий, которые расположены на опорах. Недостаток известного описанного устройства, принятого в качестве аналога, заключается в недостаточной его эффективности в отношении снижения уровня электромагнитных влияний. Это связано с тем, что сигнал, используемый для формирования компенсирующего электромагнитного поля, формируется по параметрам наведенной в датчике помехи э.д.с. индукции, в то время как форма тягового тока и форма указанной э.д.с. отличаются друг от друга (следовательно, фазы и амплитуды гармоник в спектрах указанных сигналов отличны), поскольку э.д.с. является первой производной от тягового тока. Таким образом, влияющее и компенсирующее поля отличаются друг от друга, и поэтому снижение уровня электромагнитных влияний устройством-аналогом не значительно.
Известно устройство 2 для снижения электромагнитных влияний на линии связи. Оно содержит датчик тягового тока, расположенный между влияющей подвеской и экранирующим проводом, селектор тягового тока, узел обработки сигнала, канал обратной связи, датчик гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода, датчик гармонических составляющих наведенной помехи, второй канал отрицательной обратной связи, регулируемый источник тока, включенный в рассечку на одном из концов экранирующего провода, заземленного по концам и находящегося между контактной сетью и подверженной влиянию линией связи.
Данное устройство наиболее близко по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому и поэтому принято в качестве прототипа.
Устройство-прототип имеет недостаток, заключающийся в том, что эффективность компенсации при его работе ограничена его устойчивостью. Система компенсации, включающая объекты и цепи обратной связи, находится на границе устойчивости, и дальнейшее уменьшение уровней наведенной помехи в связи с этим невозможно.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности процесса компенсации гармоник тягового тока, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие на смежные с тяговой сетью коммуникации связи, за счет распределения энергии влияющего электромагнитного поля с дискретных частот по более широкому частотному диапазону.
Заявляемое устройство отличается от устройства-прототипа тем, что дополнительно включает нелинейный усилитель, посредством которого компенсирующий ток в канале компенсирующего воздействия изменяют до возникновения устойчивых стохастических колебаний, которые характеризуются сплошным частотным спектром. Так как в этом случае при переходе от дискретного спектра к сплошному общая энергия системы изменяется мало, то уровень влияющего воздействия на объект влияния существенно снижается. Физически процесс преобразования спектра компенсирующего воздействия из дискретного в сплошной означает, что энергия электромагнитных колебаний, сосредоточенная в узком частотном диапазоне, по гармоникам, подлежащим компенсации, распределяется в более широком частотном диапазоне.
На чертеже представлена схема заявляемого устройства.
Заявляемое устройство содержит датчик 2 гармонических составляющих тягового тока, расположенный между влияющей подвеской 1 и экранирующим проводом 16, подключенный своим выходом к входу n-звенного селектора тягового тока 4, узел обработки сигнала 3, канал обратной связи 10, канал дополнительной отрицательной обратной связи 17. При этом каждый из выходов n-звенного селектора тягового тока 4 соединен с соответствующим информационным входом каждого из фазосдвигающих элементов блока 5, первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов 5 подключен соответствующий регулятор сдвига фазы первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6 и соответствующий выход n-звенного блока измерения амплитуд гармонических составляющих помехи 20, а выход каждого из фазосдвигающих элементов n-звенного блока 5 подключен к информационному входу соответствующего масштабного усилителя первого n-звенного блока масштабных усилителей 7. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока масштабных усилителей 7 подключен соответствующий выход n-звенного блока 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных значений. Выходы всех масштабных усилителей n-звенного блока 7 подключены к первой группе входов смесителя 8, ко второй группе входов которого подключены выходы всех масштабных усилителей второго n-звенного блока масштабных усилителей 15. Второй n-звенный блок фазосдвигающих элементов 13, второй n-звенный блок регуляторов сдвига фазы 14, второй n-звенный блок масштабных усилителей 15, а также датчик 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 16 и связи между ними идентичны блокам 5, 6, 7, 2 соответственно. Выход смесителя 8 связан с управляющим входом регулируемого источника тока 9. Датчик гармонических составляющих наведенной помехи 18 и n-звенный селектор помехи 19, а также связи между ними идентичны блокам 2, 4, 11, 12 соответственно. Блок 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных в зависимости от фактического уровня амплитуд каждой гармонической составляющей сигнала помехи вырабатывает сигнал управляющего воздействия для управления компенсирующим током посредством коррекции фазы и амплитуды в блоках 5 и 7 соответственно. Кроме того, в устройство входят второй канал отрицательной обратной связи, содержащий функциональную цепочку, состоящую из блоков 18, 19, 20, по фактическому уровню помехи в смежной линии связи и экранирующий провод, заземленный по концам и находящийся между контактной сетью 1 и подверженной влиянию линией 22.
По сравнению с устройством-прототипом заявляемое устройство дополнительно содержит нелинейный усилитель 21, подключенный своим входом к выходу регулируемого источника тока 9. Выход нелинейного усилителя 21 включен в рассечку на одном из концов экранирующего провода 16. С помощью нелинейного усилителя 21 компенсирующий ток в канале компенсирующего воздействия изменяют до возникновения в системе компенсации устойчивых стохастических колебаний.
Устройство работает следующим образом. Датчик гармонических составляющих тягового тока 2, расположенный между контактной сетью и экранирующим проводом, трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 22. Каждая выделенная гармоника корректируется по фазе и амплитуде в n-звенных блоках 5 и 7 соответственно.
Вторым датчиком 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 сигнал, пропорциональный компенсирующему току в обратном проводе, трансформируется и подается в блок 12, где отделяется от помехи и разделяется на гармонические составляющие, которые обрабатываются в блоках 13, 14, 15. Посредством дополнительной обратной связи 17, образованной блоками 18, 19 и 20, сигнал компенсирующего тока в проводе 16 полностью определяется фактическим уровнем помехи в смежной линии связи. При отклонении уровня сигнала помехи от наперед заданного блоком 20 вырабатывается сигнал ошибки (рассогласования), отдельно по каждой гармонике сигнала помехи. В зависимости от этого корректируется фаза и амплитуда соответствующих гармоник в блоках 5 и 7 соответственно и в конечном итоге в компенсирующем токе. Таким образом, стабилизируется режим компенсации электромагнитной помехи при любом расположении нагрузок на фидерной зоне. Далее, сформированный таким образом сигнал компенсации, эквивалентный сигналу помехи в смежной линии связи 22 через регулируемый источник тока 9, поступает на вход нелинейного усилителя 21 и затем в экранирующий провод 16.
До момента потери устойчивости система совершает малые колебания и работает в линейном режиме. Для этого характеристика нелинейного усилителя 21 выбирается таким образом, чтобы при малых изменениях величины компенсирующего сигнала не искажать характеристику регулируемого источника 9, т.е. коэффициент усиления усилителя 21 при малых изменениях величины компенсирующего сигнала должен быть примерно равен единице. Дальнейшее уменьшение оставшегося уровня наведенной помехи невозможно, так как система находится на границе устойчивости. Для дальнейшего уменьшения уровня наведенной помехи в смежной коммуникации связи компенсирующий сигнал в обратном проводе посредством изменения коэффициента усиления нелинейного усилителя 21 изменяется до тех пор, пока система, состоящая из влияющей тяговой сети 1, компенсирующего канала, образованного обратным проводом 5, и цепи обратной связи, образованной блоками 11-15, потеряет устойчивость. Для этого коэффициент усиления усилителя 21 увеличивают до тех пор, пока система не станет самовозбуждаться. При этом резко возрастают амплитуды гармонических составляющих, присутствующих в сигнале обратной связи, и усилитель 18 начинает работать в нелинейном режиме. В системе, состоящей из канала компенсирующего воздействия, объекта влияния и обратной связи между ними, устанавливаются стохастические колебания, которые характеризуются сплошным спектром. Физически процесс преобразования дискретного спектра гармонических составляющих компенсирующего воздействия в сплошной, означает, что энергия электромагнитных колебаний, сосредоточенная в узких частотных диапазонах, распределяется по более широкому частотному диапазону. Так как общая энергия системы при переходе от дискретного спектра к сплошному изменяется мало, то уровень помехи в смежной линии связи снижается существенно.
Положительный эффект по сравнению с устройством-прототипом заключается в повышении эффективности компенсации электромагнитной помехи в смежных с тяговой сетью коммуникациях связи за счет распределения энергии влияющего электромагнитного поля с дискретных частот по более широкому частотному диапазону
Источники информации
1. Патент РФ №1289712, 4 В60М 3/00, Н02J 3/18.
2. Патент РФ №2248281, Бюл. №8, 20.03.2005. В60М 3/00, Н02J 3/20.