1.3.Основы расчета и анализа рельсовых цепей

1.3.1.Задачи, решаемые при расчете и анализе

Целью расчета РЦ является определение номинальных параметров источника питания, при которых обеспечивается устойчивая работа РЦ во всех режимах. При расчете должны быть известны схема РЦ, а также диапазоны изменения условий ее функционирования, например, состояния изоляции РЛ, пределы колебаний напряжения питания, возможный разброс параметров элементов. В процессе расчета определяют мощность источника питания, а также параметры питающих кабелей.

Анализ РЦ состоит в исследовании изменений их работы в различных режимах при изменении параметров схемы. В ходе анализа определяют оптимальные значения параметров элементов схемы и частоты источника питания для заданных условий функционирования.

При анализе и расчете РЦ предполагается, что рельсовая линия и элементы аппаратуры являются линейными, то есть их параметры не зависят от протекающих токов. Для упрощения расчетов РЦ представляют соответствующей математической моделью (схемой замещения) для каждого режима. В зависимости от вида применяемой схемы замещения различают четырехполюсные и многополюсные модели. Классический метод расчета основан на использовании четырехполюсных моделей [1]. Одна из таких моделей, отражающая работу РЦ в нормальном режиме, представлена на рис. 1.2.

1.3.2.Способы получения исходных данных для анализа и расчета

Для выполнения расчетов необходимо располагать параметрами генератора и приемника, а также значениями коэффициентов четырехполюсников, входящих в тракт передачи сигнала. Исходные данные, требуемые при расчете РЦ, работающих на низких частотах сигнального тока 25 и 50 Гц, приводятся в справочной литературе [4]. Для тональных РЦ такие данные в большинстве случаев отсутствуют. Поэтому целесообразно рассмотреть общую методику экспериментального и расчетного определения интересующих параметров аппаратуры и элементов РЦ.

1.3.2.1.Параметры генераторов

Параметрами генератора (активного двухполюсника) являются ЭДС эквивалентного генератора и его внутреннее сопротивление , где и – активная и реактивная составляющие.

ЭДС эквивалентного генератора определяется как выходное напряжение с частотой в режиме холостого хода, а внутреннее сопротивление – как отношение этого напряжения к току короткого замыкания [5]. Для практических целей такой метод нахождения внутреннего сопротивления обычно неприемлем, т.к. не для всякого активного двухполюсника допускается режим короткого замыкания. Поэтому целесообразно определять внутреннее сопротивление методом вариации нагрузок, который предполагает измерение ЭДС как выходного напряжения в режиме холостого хода, и последующий расчет неизвестных параметров на основании результатов измерения напряжений на выходе активного двухполюсника при подключении к нему различных нагрузок .

В простейшем случае, когда требуется определить модуль внутреннего сопротивления генератора без учета его реактивности, в качестве известной нагрузки используется активное сопротивление . Тогда

, (1.4)

где – напряжение на нагрузке.

Для повышения правильности результатов следует выбирать значение минимально возможным, при котором генератор сохраняет номинальные характеристики.

Описанный способ применим в тех случаях, когда внутреннее сопротивление генератора имеет активный характер и . В общем случае, когда требуется определить внутреннее сопротивление с учетом его реактивности, в качестве известных нагрузок необходимо использовать элементы как с активным, так и с реактивным характером сопротивления. Для нахождения двух неизвестных и число поочередно подключаемых нагрузок должно быть не менее двух. По результатам измерения напряжений составляется система уравнений, которая решается относительно неизвестных и .

Например, если в качестве известных нагрузок использованы конденсаторы с известными емкостями , уравнения системы имеют вид

. (1.5)

Если в качестве нагрузок дополнительно используются также активные сопротивления , система дополняется уравнениями

. (1.6)

Для обеспечения правильности полученных результатов необходимо использовать такие значения нагрузок, при которых выходные токи двухполюсника находятся в допустимых пределах, а сам двухполюсник сохраняет свойство линейности.