Системи інтевального керування

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОДРОССЕЛЬНОЙ ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ РЕЛЬСОВОЙ

ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЧАСТОТОЙ 25 ГЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЛЕ ДСШ-13А.

Цель работы: Исследование рельсовой цепи в нормальном и шунтовом режимах работы, а также схемы ее питания.

6.1. Теоретическая часть.

Рельсовые цепи с фазочувствительными приемниками применяют на участках железных дорог при любом виде тяги поездов и могут устраиваться как на перегонах, так и на станциях. Однако повсюду эти цепи имеют относительно небольшую предельную длину (1,5 км), их используют главным образом в пределах станций на приемо-отправочных путях, стрелочных и бесстрелочных изолированых участках.

Главным достоинством фазочувствительных рельсовых цепей является хорошая защита от помех, вызываемых как постоянной и гармоническими составляющими тягового тока, так и сигнальными токами смежных цепей при коротком замыкании изолирующих стыков. Это качество определяется свойством фазочувствительного приемника, срабатывание которого зависит не только от уровня сигнала, но и от фазы сигнала относительно опорного местного напряжения.

В стране основными фазочувствительными приемниками являются индукционные двухэлементные секторные реле типов ДСШ-12, ДСШ-13, ДСШ-13А с различными параметрами местной и путевой обмоток и идеальными фазовыми сдвигами (идеальными углами) между током (напряжением) одной обмотки и током (напряжением) другой.

Применение фазочувствительных рельсовых цепей с непрерывным питанием и путевыми реле типа ДСШ возможно в том случае, если путевая и местная обмотки питаются от разных источников тока. Это обусловлено тем, что помехи тягового тока могут оказывать воздействие не только на путевую обмотку, но и на местную, если обе обмотки питаются от одного и того же источника. В этом случае токи помех через путевой трансформатор могут попасть в питающую сеть, а, следовательно, и на местную обмотку.

Поэтому при питании от одного источника путевой и местный элементы должны быть защищены от влияния тягового тока и его гармоник достаточно надежными фильтрами, что требует дополнительных затрат и повышенного расхода электроэнергии. Кроме того, при повреждении элементов фильтра возможен переход от работы реле в прямом фазовом режиме к работе в обратном фазовом режиме. При этом вследствие чередования фаз на стыках теряется защита от воздействия источника питания смежной рельсовой цепи при коротком замыкании изолирующих стыков. Надежная защита путевых реле от воздействия помех достигается питанием путевых трансформаторов и местных обмоток от разных источников, т.к. протекание по путевой обмотке тока помехи любой величины, но отличной по частоте от тока местной обмотки, не создает вращающего момента.

В этих целях для питания станционных фазочувствительных рельсовых цепей переменного тока 25 Гц на основе делителей частоты типа ПЧ-50/25 разработана двухфазная система, при которой местные элементы путевых реле и путевые кодовые трансформаторы цепи питаются от разных преобразователей. Преобразователи частоты: ПМ – питающие местные элементы путевых реле и ПП – питающие путевые кодовые трансформаторы станционных рельсовых цепей, а также преобразователи частоты кодовых перегонных рельсовых цепей участков приближения и удаления, установленные на посту ЭЦ, должны быть подключены к одной и той же фазе переменного тока 50 Гц. Подключать к ним другие нагрузки нельзя.

Векторная диаграмма реле типа ДСШ-13А при двухфазной системе питания и идеальных фазовых соотношениях приведена на рис.6.1. Начальная фаза тока в путевом элементе I_п принята равной нулю, так как аргумент сопротивления путевого элемента φ_п равен 72⁰, то вектор напряжения U_п опережает вектор I_п на 72⁰. При идеальных фазовых соотношениях и работе реле в прямом фазовом режиме ток в местном элементе должен опережать ток в путевом на 90⁰, поскольку сдвиг по фазе между магнитными потоками местной и путевой обмоток ψ также равен 90⁰ и вращающий момент максимален. Ввиду того, что аргумент сопротивления местного элемента φ_м равен 72⁰, то вектор напряжения на местном элементе U_м опережает вектор тока I_м на угол φ_м, равный 72⁰.

Напряжение путевого трансформатора U_пт, питающего через рельсовую линию путевой элемент реле, при двухфазной системе питания отстает от напряжения U_м на угол φ_д равный 90⁰. Как видно из рис.6.1. при идеальных фазовых соотношениях фазы напряжения путевого элемента и напряжения питающего трансформатора совпадают.

Здесь следует отметить две особенности фазочувствительных рельсовых цепей частотой 25 Гц, отличающие их от аналогичных цепей на более высоких частотах 50 и 75 Гц: минимальное искажение фазовых соотношений в рельсовом четырехполюснике и высокую стабильность их при значительных изменениях сопротивления изоляции. Из теории рельсовых цепей известно, что фазовый коэффициент α рад/км, определяющий изменение аргументов векторов тока и напряжения в рельсовой линии, зависит от первичных параметров линии – удельных сопротивлений рельсов и изоляции.

где φ_р – аргумент сопротивления рельсов, град.

Если пренебречь зависимостью сопротивления изоляции от частоты сигнального тока, то величина фазового коэффициента определяется только сопротивлением рельсов и его аргументом, которые при частоте 25 Гц имеют меньшие значения. Чем, например, при частотах 50 и 75 Гц. Поэтому и фазовый сдвиг сигнального тока 25 Гц в рельсовой линии при прочих равных условиях меньше.

Величина сопротивления изоляции оказывает в длинных рельсовых цепях наиболее сильное влияние на фазовые соотношения, поскольку с увеличением длины цепи увеличивается и сдвиг фаз. Анализ показывает, что при сигнальном токе частотой 25 Гц положительный фазовый сдвиг, получаемый за счет активного сопротивления изоляции, в большей степени, чем на повышенных частотах, компенсируется отрицательным сдвигом, образующимся вследствие параллельного подключения к рельсовым нитям обмоток дроссель-трансформаторов. В связи с этим угол расстройки реле изменяется в небольших пределах при значительном изменении сопротивления изоляции рельсовой линии.

Таким образом, по сравнению с рельсовыми цепями на частоте 50 или 75 Гц цепи 25 Гц обеспечивают минимальные изменения напряжения и фазового угла в путевой обмотке реле при значительных колебаниях сопротивления изоляции. Поэтому, будучи один раз хорошо отрегулированными, эти рельсовые цепи в дальнейшем работают с весьма малыми отклонениями от первоначальной регулировки.

При двухфазной системе питания фазовые соотношения в реле определяются по отношению к фазе напряжения путевого трансформатора, отстающего от напряжения на местном элементе на 90⁰. В этом случае при работе реле в прямом фазовом режиме и идеальных фазовых соотношениях ток в путевом элементе I_п отстает от напряжения на путевом трансформаторе U_пт на угол 72⁰. При этом сдвиг фаз между U_м и I_п составляет 162⁰, т.е. угол φ_и равен 162⁰.

При идеальных фазовых соотношениях и обратном фазовом режиме работы ток, в путевом элементе I_п опережает напряжение местного элемента U_м на 18⁰, т.е. угол φ¹_и равен - 18⁰. Обратный режим, при котором сектор реле перемещается вниз, будет также и в том случае, когда при неизменной фазе напряжения U_п фаза напряжения U_м изменяется на противоположную. Для изменения направления перемещения (вращения) сектора реле необходимо повернуть фазу напряжения U_п или U_м на 180⁰, поменяв местами концы проводов на местном или путевом элементе. Этот способ изменения направления вращения сектора реле применяется при разработке схемы фазирования выходных напряжений делителей частоты, питающих путевые и местные элементы реле.

Необходимость схемы фазирования обусловлена тем, что при включении параметрического делителя частоты фаза колебания в резонансном контуре с равной вероятностью может принимать значение О⁰ или 180⁰, т.е. фаза напряжения частотой 25 Гц может быть либо О⁰, либо 180⁰. Чтобы напряжение делителя частоты ПМ всегда опережало на 90⁰ напряжение делителя частоты ПП, применяется схема, представленная на рис.6.2. В этой схеме используется важное свойство делителей частоты, заключающееся в том, что относительное изменение фазы напряжения на выходе делителя Δθ₂₅ в два раза меньше относительного изменения фазы на его входе Δθ₅₀. В частности, если на вход одного делителя подать напряжение частотой 50 Гц с нулевой фазой, т.е. φ¹₅₀ = 0⁰, а на вход второго делителя напряжение частотой 50 Гц в противофазе, т.е. φ^П₅₀ = 180⁰, то на выходах делителей появится напряжение с начальными фазами φ¹₂₅ = 0⁰ и φ^П₂₅ = 90⁰. Первый делитель используется для питания местных элементов реле ДСШ, а второй – путевых.

В схеме фазирования путевые элементы реле прямого фазового режима ПФ и обратного фазового режима ОФ подключены одной и той же полярностью к выходу делителя частоты ПП. Местные элементы этих реле в противофазе подключены к делителю частоты ПМ. Если фазы выходных напряжений ПМ и ПП установятся такими, что напряжение на выходе ПМ будет опережать на 90⁰ напряжение на выходе ПП, то реле ПФ будет работать в прямом режиме, а реле ОФ – в обратном. Реле ПФ замкнет фронтовые контакты, подключит прямую полярность тока к цепи питания путевых элементов и выключит реле ОФ. Если фазы выходных напряжений делителей ПМ и ПП установятся такими, что напряжение на выходе ПМ будет отставать на 90⁰ от напряжения на выходе ПП, то реле ПФ будет работать в обратном фазовом режиме, а реле ОФ – в прямом. Реле ОФ замкнет фронтовые контакты, подключит обратную полярность к цепи путевых элементов и выключит реле ПФ.