УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ КОНТРОЛЬНОГО РЕЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ СТРЕЛОК И СВЕТОФОРОВ

Полезная модель относится к устройствам железнодорожной автоматики и предназначена для защиты систем, выполняющих ответственные функции по управлению движением поездов, от ложных срабатываний и опасных отказов, возникающих вследствие неисправности источников питания.
Известно устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров, содержащее источник питания, подключенный к его полюсам усилитель, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого соединена через выпрямительный диод с обмоткой реле, параллельно которой подключен конденсатор, последовательно соединенные блок преобразования напряжение-частота и блок фильтров, выход которого соединен с входом усилителя, а входы блока преобразования напряжение-частота подключены к полюсам источника питания, которые через контакты контрольного реле соединены с нагрузкой (RU №68447, B61L 19/14, оп. 27.11.2007 г.).
Данное устройство имеет два недостатка. Во-первых, низкий коэффициент полезного действия, так как в цепи включения контрольного реле устройства используется однополупериодное выпрямление переменного тока. Во-вторых, невысокую надежность, так как контрольное реле данного устройства не защищено от ложного включения при неисправности источника питания, заключающейся в появлении на его выходах переменной составляющей.
Под воздействием переменной составляющей напряжения питания на выходах неисправного источника питания на выходах усилителя этого устройства будет формироваться пульсирующее напряжение даже в том случае, когда на вход усилителя не будет поступать напряжение с выхода блока фильтров. Это пульсирующее напряжение будет наводить во вторичной обмотке трансформатора паразитную ЭДС, под действием которой может произойти ложное включение контрольного реле. Данное событие является опасным отказом, не допустимым в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров, содержащее источник питания, подключенный к его полюсам усилитель, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с первым выводом обмотки контрольного реле, параллельно которой подключен конденсатор, последовательно соединенные блок преобразования напряжение-частота и блок фильтров, выход которого соединен с входом усилителя, а входы блока преобразования напряжение-частота подключены к полюсам источника питания, которые через контакты контрольного реле соединены с нагрузкой, второй вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с первым выводом обмотки контрольного реле, второй вывод которой соединен с анодами третьего и четвертого выпрямительных диодов, катоды которых соединены соответственно с анодом второго выпрямительного диода и с первым выводом вторичной обмотки трансформатора (RU №83990, B61L 19/14, оп. 27.06.2009, Бюл. №18).
Данное устройство имеет более высокий коэффициент полезного действия, так как в цепи включения контрольного реле устройства используется двухполупериодное выпрямление переменного тока. Недостатком устройства является невысокая надежность, так как контрольное реле данного устройства не защищено от ложного включения при неисправности источника питания, заключающейся в появлении на его выходах переменной составляющей. Под воздействием переменной составляющей напряжения питания на выходах неисправного источника питания на выходах усилителя этого устройства будет формироваться пульсирующее напряжение даже в том случае, когда на вход усилителя не будет поступать напряжение с выхода блока фильтров. Это пульсирующее напряжение будет наводить во вторичной обмотке трансформатора паразитную ЭДС, под действием которой может произойти ложное включение контрольного реле. Данное событие является опасным отказом, не допустимым в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
Задача полезной модели - повысить надежность устройства за счет контроля исправности источника питания.
Технический результат достигается тем, что в устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров, содержащее источник питания, соединенные последовательно блок преобразования напряжение-частота, блок фильтров и усилитель, к выходам которого подключена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого соединена через первый выпрямительный диод с обмоткой реле, параллельно которой подключен конденсатор, входы блока преобразования напряжение-частота подключены к усилителю и через контакты контрольного реле к нагрузке, второй вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен с первым выводом обмотки контрольного реле, второй вывод которой соединен с анодами третьего и четвертого выпрямительных диодов, катоды которых соединены соответственно с анодом второго выпрямительного диода и с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, первые входы блока преобразования напряжение-частота и усилителя подключен к одному из полюсов источника питания, введен защитный дроссель, один вывод которого соединен с другим полюсом источника питания, а другой - с вторыми входами блока преобразования напряжение-частота и усилителя.
Функциональная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1. На фиг.2 представлена схема реализации блока преобразования напряжение-частота. На фиг.3 представлена схема реализации блока фильтров.
Устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров содержит источник питания 1, соединенные последовательно блок 2 преобразования напряжение-частота, блок 3 фильтров и усилитель 4. К выходам усилителя 4 подключена первичная обмотка трансформатора 5, вторичная обмотка которого соединена через первый выпрямительный диод 6 с обмоткой контрольного реле 7, параллельно которой подключен конденсатор 8. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 5 соединен с анодом второго выпрямительного диода 9, катод которого соединен с первым выводом обмотки контрольного реле 7, второй вывод которой соединен с анодами третьего 10 и четвертого 11 выпрямительных диодов, катоды которых соединены соответственно с анодом второго выпрямительного диода 9 и с первым выводом вторичной обмотки трансформатора 5. К положительному полюсу источника питания 1 через защитный дроссель 12 подключены первые входы блока 2 преобразования напряжение-частота и усилителя 4, а через контакт 7.1 контрольного реле 7 -соответствующий полюс нагрузки. К отрицательному полюсу источника питания 1 подключены вторые входы блока 2 преобразования напряжение-частота и усилителя 4, а через контакт 7.2 контрольного реле 7 - другой полюс нагрузки.
1O
2O
Предлагаемый вариант блока преобразования напряжение-частота 2 (фиг.2) содержит операционный усилитель 13 (например, К140УД7), таймер 14 (например, КР1006ВИ1), резисторы 15…19, конденсаторы 20 и 21 («Простой преобразователь напряжение-частота». - Радио, 1985, №2, с.61). Таймер 14 блока преобразования напряжение-частота 2 включен по схеме мультивибратора, в котором времязадающим элементом является операционный усилитель 13. Для питания операционного усилителя 13 и таймера 14 используются отдельные источники питания U и U соответственно. Клеммы 22 и 23 блока 2 преобразования напряжение-частота являются его входами и подключаются соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания 1. Клемма 24 является выходом блока 2 преобразования напряжение-частота.
Предлагаемый вариант блока фильтров 3 (фиг.3) содержит первый 25 и второй 26 согласующие трансформаторы, а также 27.1…27.n камертонных фильтров. Клеммы 28, 29 первичной обмотки трансформатора 25 являются входом, а клеммы 30, 32 вторичной обмотки трансформатора 26 - выходом блока фильтров 3 соответственно. Клеммы 28 и 29 первичной обмотки трансформатора 25 соединяются с выходом 24 блока 2 преобразования напряжение-частота. Клеммы 30, 31 вторичной обмотки трансформатора 25 соединены с входом усилителя 4 устройства.
В качестве защитного дросселя 12 может использоваться дроссель защитный «ДД» (Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн.2. - 3-е изд. - М.: НПФ «ПЛАНЕТА», 2000 г., стр.686-687). Сопротивление этого дросселя постоянному току не превышает 25 Ом, а переменному току частотой 50 Гц составляет не менее 4000 Ом.
1
1
1
Устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров работает следующим образом. При отсутствии напряжения на полюсах источника питания 1 блок 2 преобразования напряжение-частота импульсы не генерирует, на выходе усилителя 4 напряжение отсутствует, контрольное реле 7 выключено. При появлении постоянного напряжения U на полюсах источника питания 1 блок 2 преобразования напряжение-частота начинает генерировать импульсы, частота которых пропорциональна подаваемому на его входы напряжению. Например, при изменении напряжения на полюсах источника питания 1 в диапазоне U=(0…5)В, частота импульсов на выходе блока 2 преобразования напряжение-частота будет изменяться в диапазоне f=(0…21) кГц. Коэффициент преобразования блока 2 преобразования напряжение-частота будет составлять в данном случае 4,2 кГц/В или 42 Гц/мВ.
1макс
1мин
1макс
1мин
i
i
i
i
Блок фильтров 3, содержащий необходимое количество камертонных фильтров 27.1…21.n, будет пропускать на свой выход сигналы с частотой от f до f и задерживать сигналы, частота которых больше f и меньше f. Каждый камертонный фильтр 21.i характеризуется собственной частотой резонанса f и шириной полосы φ пропускания фильтра на уровне 0,7. Например, камертонный фильтр ПФ2-16 имеет частоту f=1562,66 Гц (Сороко В.Н., Разумовский В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1976). Расчет частоты резонанса f первого фильтра 27.1 блока фильтров 3 производится по формуле:
,
i+1
а всех последующих резонансных частот f(i=2…n-1) по формуле:
.
n
Резонансная частота f последнего 21.n фильтра блока фильтров 3 определяется по формуле:
.
1мин
1макс
Таким образом, напряжение, частота которого лежит в диапазоне f-f, пропускается на выход блока фильтров 3, усиливается усилителем 4, трансформируется во вторичную обмотку трансформатора 5.
ЭДС, наводимая при этом во вторичной обмотке трансформатора 5, выпрямляется диодами 6, 9, 10 и 11 и накапливается на конденсаторе 8.
При достижении напряжения на конденсаторе 8 уровня напряжения срабатывания контрольного реле 7, последнее включается и замыкает свои фронтовые контакты 7.1 и 7.2. Через эти контакты напряжение источника питания 1 подается в нагрузку, то есть в устройства электрической централизации стрелок и светофоров.
1
1
1макс
1
1мин
1
1мин
1
1макс
Изменение напряжения U источника питания 1, выходящее за установленные для него пределы U>U или U<U будет приводить к соответствующему изменению частоты f<f или f>f, то есть к выходу за пределы пропускания частоты блоком фильтров 3, а значит - к выключению контрольного реле 7 и отключению нагрузки его контактами 7.1 и 7.2 от источника питания 1. Такое событие является защитным отказом, допустимым в устройствах электрической централизации стрелок и светофоров.
При определенных неисправностях источника питания 1 на его полюсах возникает переменная составляющая напряжения питания частотой, кратной 50 Гц. Так как сопротивление защитного дросселя 12 переменному току частотой 50 Гц и выше весьма велико, то никакого воздействия эта составляющая на работу устройства оказывать не будет и ложного включения контрольного реле 7 не произойдет.
Таким образом, заявляемое устройство обладает высокой надежностью, так как в нем исключается опасный отказ - ложное включение контрольного реле при неисправности источника питания.