Фазочастотный анализатор и динамический конъюнктор

Принципиальные решения фазочастотного анализатора (ФА), как главного элемента с помехозащитными функциями, и динамического конъюнктора приведены на рис. 2.

а)

б)

Рис. 2. Импульсно-фазовый приемник рельсовой цепи:

а) фазочастотный анализатор; б) динамический конъюнктор

ФА выполнен на основе двух транзисторов VT1 и VT2 с различной про­водимостью. Базовые и эмиттерные цепи транзисторов объединены и совместно с включенным в базовые цепи резистором R1 образуют вход ФА. Коллекторные цепи транзисторов объединены через диоды VD1 и VD2, назначение которых - обеспечить надежную работу VT1 и VT2 при знакопеременном напряжении опорного источника питания. В объединенную коллекторную цепь транзисторов включено реле ИФ типа ИВГ с интегрирующими и пороговыми свойствами, имеющее встроенный двухполупериодный выпрямитель. Работает ФА следующим образом. В любой момент времени транзисторы сравнивают мгновенные значения полярностей напряжений, приложенных к базам U_вх и коллекторам U₀. Если напряжения совпадают по фазе, то один из транзисторов открыт и пропускает ток от источника U₀ к реле ИФ. При смене мгновенных полярностей U_вх и U₀ открывается другой транзистор. В случае противоположных фаз U_вх и U₀ транзисторы остаются постоянно закрытыми. Следовательно, в случае при­ема из РЦ сигнала U_вх, сфазированного с опорным сигналом U₀, реле ИФ включается.

При смещении фазы входного сигна­ла относительно фазы опорного сигнала из состояния фазоинверсии степень открытого положения транзисторов увеличивается и наступает момент, когда среднее напряжение на реле ИФ достигает напряжения его включения. Угол относительного сдвига фаз, при котором реле ИФ включается при очередном входном импульсном сигнале, будем считать углом фазовой чувстви­тельности ФА.

Типичная фазоамплитудная характеристика ФА, полученная экспериментально на заводских изделиях (заводское наименование фазочастотного анализатора — блок контроля фаз — БКФ), приведена на рис. 3. Отличительной положительной особенностью этой характеристики от аналогичной характеристики реле ДСШ является независимость угла фазовой чувствительности от амплитуды сигнала из РЦ. Это озна­чает, что колебания угла расстройки, обусловленные в практике изменением внешних условий, не приводят к общей расстройке рассматриваемого путевого приемника ИФЧ П. Как положительный фактор отметим и незначительное влияние температуры на фазоамплитудную характеристику ФЧА (см. рис. 3).

Рис. 3 Фазоамплитудная характеристика фазочастотного анализатора

Влияние разброса коэффициентов усиления транзисторов по результатам экспериментальных исследований пренебрежимо мало.

Фазовая чувствительность ФА в определенных пределах зависит от амплитуды напряжения опорного сигнала U₀ и от порога срабатывания U_пор реле ИФ. Характер и степень этой зависимости проиллюстрированы на рис. 4. В случае необходимости углом фазовой чувствительности ИФ можно управ­лять, изменяя уровень опорного сигнала U₀.

Рис. 4 Угол фазовый прозрачности

Кроме фазовой селекции, схема ФА обладает и частотной селекцией. Принцип частотной селекции заключается в том, что при входной частоте помехи f_п, отличной от опорной f₀, транзисторы VT1 и VT2 пропускают лишь часть энергии полуволн от источника U₀ к реле ИФ. Доказана теорема, утверждающая, что если f₀<f_п и {f_п/f₀}?N, где N — натуральное число, не равное единице, то среднее напряжение на пороговом элементе (реле ИФ) равно строго половине среднего напряжения U₀. Практический смысл этой теоремы заключается в том, что схема ФА гарантирует защиту путевого приемника ИФ от ложного приема, например от частоты 50 Гц и кратных ей, если работа РЦ осуществляется на частоте 25 Гц. Указанное свойство ФА является важнейшим с точки зрения безопасности движения поездов.

Полоса частотной селекции ФА зависит от интегрирующих свойств реле ИФ. Для реле типа ИВГ экспериментальная амплитудно-частотная характеристика ФА имеет вид, показанный на рис. 5. Измерения выполнены непосредственно на обмотке ИВГ и не учитывают падения напряжения на диодах выпрямительного моста ИВГ. Если, на­пример, реле имеет порог срабатывания 2,0 В, то полоса селекции ФА для этого реле составит от 46 до 54 Гц (см. рис. 5). Иначе говоря, при частотах помех ниже 46 и выше 54 Гц реле ИФ не реагирует на помехи независимо от их амплитуды.

Схема ФА защищена от опасного отказа тем, что при повреждениях ее элементов реле ИФ переходит из состояния импульсной работы в защитное состояние «постоянно включено» либо «постоянно выключено». В результате этого нарушается состояние контактов реле ИМ ИФЧ в процессе их динамической работы при приеме сигнала, и сигнал на выходе динамического конъюнктора пропадает.

Рис. 5 Экспериментальная амплитудно-частотная характеристика

Рассмотрим теперь работу динамического конъюнктора ДК. Схема ДК (см. рис. 2) устанавливает совпадение динамических сигналов на выходах реле ИАМ и ИФ и регистрирует этот факт непрерывным сигналом на своем выходе. Легко заметить, что ДК представляет собой мостовую схему, в диагональ которой включены обмотки двух электромагнитных реле П1 и П2 с замедлением на отпускание (например, реле типа ПЛЗМ). Две другие обмотки этих реле подключены к источнику питания постоянного тока. Диоды VD3 и VD4 обеспечивают поочередное подключение питания к обмоткам П1, П2 в зависимости от полярности напряжения в диагонали моста.

Принцип работы ДК заключен в поочередной смене полярности напряжения в диагонали моста, которая осуществляется синхронно и синфазно работающими контактами ИАМ и ИФ. Так, при замыкании фронтовых контактов ИАМ и ИФ образуется цепь тока через левую обмотку реле П1, которое фронтовым контактом подготавливает цепь реле П2 и на время действия импульса из РЦ остается включенным. С наступлением интервала замыкаются тыловые контакты ИАМ и ИФ и образуется цепь тока на левую обмотку реле П2. В это время реле П1 удерживается на замедлении до прихода очередного импульса. Таким образом, если из РЦ имеем импульсную последовательность с заданными мощностью, фазой и частотой, то реле П1, П2, поочередно получая питание по левым обмоткам, будут включе­ны на время получения импульсной последовательности. Через реле П они дают информацию о том, что рельсовая цепь свободна.

Резистор R3 в схеме ДК защищает источник питания от короткого замыкания при нарушении синхронной работы контактов ИАМ и ИФ.

На станциях каждая рельсовая цепь находится в окружении множества соседних РЦ, сигналы которых могут через обходные цепи воздействовать на путевой приемник данной РЦ. В связи с этим желательно, чтобы все рельсовые цепи, способные влиять одна на другую, отличались некоторыми признаками. Для ИФРЦ такими признаками являются: фаза j несущей частоты (в нашем случае n_j), фаза j импульсной последовательности (если в одну РЦ отправляется импульс, то в смежную РЦ - интервал, n_j=2) и несущие частоты f, которых может быть достаточно много. Если принять несущими частоты 25 и 50 Гц, в работе с которыми накоплен значительный опыт, имеется оборудование питания и регулировочные таблицы, то n_f = 2. В этом случае можно иметь, например для участков с автономной тягой или электротягой постоянного тока, 2³ = 8 отличных друг от друга ИФРЦ. С учетом узкополосной частотной селекции число несущих частот можно увеличить, тогда соответственно увеличится и разнообразие ИФРЦ. Такое решение повышает безопасность движения поездов.

Литература

1. Костроминов А.М. Защита устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от помех / А. М. Костроминов. – М.: Транспорт, 1997. – 192 с.

2. Костроминов А.М., Рыхсиев Д.Х. Защита приемника рельсовых цепей от помех с помощью импульсно-фазового анализатора//Транспорт Российской федерации, №5 (36), 2011. – С.68-70.