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 реле электрической централизации стрелок и светофоров, содержащее блок формирования команды, соединенный через блок совпадения с одним входом блока формирования длительности и мощности импульса, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого соединена через выпрямительный диод с исполнительным реле, параллельно которому подключен конденсатор, блок передачи команды удержания исполнительного реле, второй изолирующий трансформатор с выпрямительным диодом, генератор импульсов удержания реле с включенным параллельно его входу конденсатором удержания исполнительного реле (SU №887324, B61L 19/14, бюл. №45, 07.12.81).
Недостатком этого устройства является низкая надежность, так как оно не защищает нагрузку при неисправности источника питания, вследствие которой происходит несанкционированное повышение или понижение напряжения на его выходах.
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 изолирующего 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.).
Недостатком данного устройства является низкий коэффициент полезного действия, так как в его цепи включения контрольного реле используется однополупериодное выпрямление переменного тока, что приводит к неэффективности работы устройства.
При однополупериодном выпрямлении переменного тока использует не более 50% энергии ЭДС, наводимой во вторичной обмотке изолирующего трансформатора, поэтому время включения контрольного реле будет значительно превышать паспортное значение.
Задача полезной модели - повысить коэффициент полезного действия устройства для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров за счет двухполупериодного выпрямления переменного напряжения в цепи включения контрольного реле.
Технический результат достигается тем, что в устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров, содержащее источник питания, подключенный к его полюсам усилитель, выход которого соединен с первичной обмоткой изолирующего трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен через выпрямительный диод 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, введены три дополнительных диода, при этом второй вывод вторичной обмотки изолирующего
трансформатора соединен с анодом первого дополнительного диода, катод которого соединен с первым выводом обмотки контрольного реле, второй вывод которой соединен с анодом второго дополнительного диода, катод которого соединен со вторым выводом вторичной обмотки изолирующего трансформатора, анод третьего дополнительного диода соединен со вторым выводом обмотки контрольного реле и с анодом второго дополнительного диода, а катод третьего дополнительного диода соединен с первым выводом вторичной обмотки изолирующего трансформатора.
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, подключенный к его полюсам усилитель 2, выход которого соединен с первичной обмоткой изолирующего трансформатора 3, первый вывод 3.1 вторичной обмотки которого соединен через выпрямительный диод 4 с первым выводом 5.1 обмотки контрольного реле 5, параллельно которой подключен конденсатор 6, последовательно соединенные блок преобразования напряжение-частота 7 и блок фильтров 8, выход которого соединен с входом усилителя 2, а входы блока преобразования напряжение-частота 7 подключены к полюсам источника питания 1, которые через контакты 5.2 контрольного реле 5 соединены с нагрузкой. Второй вывод 3.2 вторичной обмотки изолирующего трансформатора 3 через первый дополнительный диод 9 соединен с первым выводом 5.1 обмотки контрольного реле 5, второй вывод 5.3 которой через второй дополнительный диод 10 соединен со вторым выводом 3.2 вторичной обмотки изолирующего трансформатора 3, а через третий дополнительный диод 11 - с первым выводом 3.1 того же трансформатора 3.
10
20
Предлагаемый вариант блока преобразования напряжение-частота 1 (фиг.2) содержит операционный усилитель 12 (например, К14ОУД7), таймер 13 (например, КР1006ВИ1), резисторы 14...18 и конденсаторы 19 и 20 (Простой преобразователь напряжение-частота. - Радио, 1985, №2, с.61). Таймер 13 блока преобразования напряжение-частота 7 включен по схеме мультивибратора, в котором времязадающим элементом является операционный усилитель 12. Для питания операционного усилителя 12 и таймера 13 используются отдельные источники питания U и U соответственно. Клеммы 21 и 22 блока преобразования напряжение-частота 7 являются его входами и подключаются соответственно к положительному (+) и отрицательному (-) полюсам источника питания 1. Клемма 23 является выходом блока преобразования напряжение-частота 7.
Предлагаемый вариант блока фильтров 8 (фиг.3) содержит первый 24 и второй 25 согласующие трансформаторы, а также 26.1...26.n камертонные фильтры. Клеммы 27, 28 первичной обмотки трансформатора 24 являются входом, а клеммы 29, 30 вторичной обмотки трансформатора 25 - выходом блока фильтров 8 соответственно. Клеммы 27 и 28 первичной обмотки трансформатора 24 соединяются с выходом 23 блока преобразования напряжение-частота 7. Клеммы 29, 30 вторичной обмотки трансформатора 25 соединены с входом усилителя 2 устройства.
1
1
Устройство для включения контрольного реле электрической централизации стрелок и светофоров работает следующим образом. При отсутствии напряжения на полюсах источника питания 1 блок преобразования напряжение-частота 7 импульсы не генерирует, на выходе усилителя 2 напряжение отсутствует, контрольное реле 5 выключено. При появлении напряжения U на полюсах источника питания 1 блок преобразования напряжение-частота 7 начинает генерировать импульсы, частота которых пропорциональна подаваемому на его входы напряжению. Например, при изменении напряжения на полюсах источника питания в диапазоне U=(0...5) В частота импульсов на входе блока преобразования
1
напряжение-частота 7 будет изменяться в диапазоне f=(0...21) кГц. Коэффициент преобразования блока преобразования напряжение-частота 7 будет составлять в данном случае 4,2 кГц/В или 42 Гц/мВ.
1макс
1мин
1макс
1мин
i
i
i
i
Блок фильтров 8, содержащий необходимое количество камертонных фильтров 26.1...26.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 26.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 26.1 блока фильтров 8 производится по формуле:
i+1
а всех последующих резонансных частот f(i=2...n-1) по формуле:
n
Резонансная частота f последнего 26.n фильтра блока фильтров 8 определяется по формуле:
1мин
1макс
Таким образом, напряжение, частота которого лежит в диапазоне f - f пропускается на выход блока фильтров 8, усиливается усилителем 2, трансформируется во вторичную обмотку изолирующего трансформатора 3. ЭДС, наводимая при этом во вторичной обмотке изолирующего трансформатора 3, выпрямляется включенными по схеме двухполупериодного выпрямителя диодами 4, 9, 10, 11 и накапливается на конденсаторе 6. При достижении напряжения на конденсаторе 6 уровня напряжения срабатывания контрольного реле 5, последнее включается и
замыкает свои фронтовые контакты 5.2. Через эти контакты напряжение контролируемого источника питания 1 подается в нагрузку, то есть в устройства электрической централизации стрелок и светофоров.
1
1
1макс
1
1мин
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 8, а значит - к выключению контрольного реле 5 и отключению нагрузки его контактами 5.2 от источника питания 1. Это является защитным отказом, допустимым для систем железнодорожной автоматики, выполняющих ответственные функции по обеспечению безопасности движения поездов.
Так как в заявляемом устройстве в цепи включения контрольного реле 5 размещен двухполупериодный выпрямитель, для включения этого реле будет использована энергия обеих полуволн наводимой во вторичной обмотке изолирующего трансформатора 3 ЭДС, что практически в два раза повышает к.п.д. заявляемого устройства по сравнению с известным. Во-вторых, использование энергии обеих полуволн ЭДС позволит ускорить включение контрольного реле 5 примерно в два раза по сравнению с известным аналогичным устройством.
Неисправности, которые могут возникнуть в схеме блока преобразования напряжение-частота 7 заявляемого устройства, приведут либо к полному прекращению генерации им импульсов, либо к изменению частоты генерируемых импульсов, выходящие за полосу пропускания блока фильтров 8, а значит - к выключению контрольного реле 5 и отключению нагрузки его контактами 5.2 от источника питания 1. Последний случай справедлив и для параметрических отказов элементов этого блока.
Неисправности, которые могут возникнуть в блоке фильтров 8 (обрывы или короткие замыкания обмоток трансформаторов или фильтров), приводят к непропусканию им сигналов на выход, то есть также к защитному отказу, то есть к выключению контрольного реле 5.
Неисправности усилителя 2, трансформатора 3, диодов 4, 9, 10 и 11, конденсатора 6 также вызывают выключение контрольного реле 5, то есть защитный отказ.
В зависимости от числа фильтров блока фильтров 8 заявляемое устройство может фиксировать отклонение напряжения источника питания от номинального в диапазоне от десятых долей процента до нескольких процентов.
Таким образом, заявляемое устройство обладает высокой точностью контроля, высоким к.п.д. и высоким быстродействием.