Технічні характеристики підсилювача та ефективність його функціонування в умовах електромагнітних завад

Підсилювач – це електронний прилад, який призначений для підсилення сигналів змінного струму, отриманих з рейкової лінії (РЛ) локомотивними ПК, та перетворення цих сигналів в імпульси постійного струму для керування локомотивним релейним дешифратором.

Необхідність використання підсилювача полягає у тому, що потужність сигналів числового коду АЛСН, що наводяться в ПК у вигляді ЕРС змінного струму, є дуже малою для її безпосереднього використання у керуванні локомотивним дешифратором. Так, при струмі у рейках 1 А частотою 50 Гц потужність в ПК від наведеної ЕРС складає близько 5 мкВт, у той же час для роботи реле необхідна потужність 50 мВт, а струм спрацювання та відпускання імпульсного реле (ИР) на виході УК – відповідно не більше 12 мА і не менше 4 мА при живленні вихідного каскаду УК номінальною напругою 50 В.

Відповідно до роду локомотивної тяги (автономна або електрична на постійному чи змінному струмі) в АЛСН використовуються сигнальні струми однієї з трьох частот – 25, 50, 75 Гц. Тому УК може бути використаний для підсилення та перетворення сигналів числового коду при струмі АЛСН з будь-якою із вказаних вище носійних частот в залежності від роду локомотивної тяги на залізничних дільницях.

До основних електричних параметрів УК можна віднести наступні: чутливість, час відновлення нормальної чутливості, напруга живлення (табл. 1).

Таблиця 1 – Нормативні електричні параметри сигналів числового коду для локомотивних приймальних пристроїв системи АЛС-МУ

Найменування параметра	Значення параметра
номінальна напруга живлення, нормальні кліматичні умови	min. та max. напруга живлення, впливи дестабілізівних чинників
Частота сигнального струму, Гц	25,0 ± 0,5 50,0 ± 1,0 75,0 ± 1,5	25,0 ± 0,5 50,0 ± 1,0 75,0 ± 1,5
Поріг чутливості, мВ, при частоті сигнального струму *): - 25 Гц;     - 50 Гц, електротяга постійного струму;     - 50 Гц, автономна тяга;     - 75 Гц	58 ÷ 81 (73,5 ± 7)   160 ÷ 220 (203 ± 21)   105 ÷ 130 (119 ± 14)   200 ÷ 240 (220,5 ± 21)	58 ÷ 100     160 ÷ 240     100 ÷ 150     200 ÷ 260
Половина смуги пропускання, Гц, не менше
Динамічний діапазон вхідних сигналів, дБ, не менше
Вибірковість на частотах сусідніх каналів і гармоніках мережі змінного струму частотою 50 Гц, дБ, не менше
Захищеність по сусідньому і дзеркальному каналах, дБ, не менше
Номінальна напруга вхідного сигналу, мВ, не менше, при частоті сигнального струму: - 25 Гц; - 50 Гц, електротяга постійного струму; - 50 Гц, автономна тяга; - 75 Гц
Затухання при розрегулюванні вхідних сигналів на ± 25 Гц відносно частоти сигнального струму, дБ, не менше
Час відновлення чутливості при стрибкоподібній зміні вхідного сигналу на 30 дБ від номінального рівня	0,9 до 1,3	0,9 до 1,3
*) В знаменнику у дужках наведено параметри чутливості підсилювача при використанні локомотивного релейного дешифратора ДКСВ

Чутливість УК – це найменший неперервний струм в рейках, при якому спрацьовує реле ИР на виході УК. Живлення підсилювача здійснюється від бортового джерела живлення постійного струму з номінальною напругою 50 В з можливими відхиленнями ± 10 В. Допустимі пульсації напруги живлення не більше 1 %.

Час відновлення нормальної чутливості УК залежить від величини струму в рейках при його стрибкоподібному зменшенні з 25 А до номінального (при автономній тязі, електротязі змінного та постійного струму відповідно 1,2, 1,4, 2 А) повинний бути не більше 1,5 с (рис. 1). В загальному випадку при передачі сигнального струму

Рисунок 1 – Залежність часу відновлення чутливості УК від значення сигнального струму в РЛ

по тракту «РЛ – локомотивні пристрої АЛСН» з значною кількістю реактивних та комутуючих елементів одна частина цих пристроїв збільшує, друга вкорочує тривалість імпульсів та інтервалів, але вони на контакті ИР на виході УК повинні залишатися у допустимих межах, чисельні показники яких наведено у табл. 2.

Таблиця 2 – Допустимі тривалості імпульсів та інтервалів в тракті передачі сигналів від РК на локомотивні пристрої АЛСН

Символ кодової комбінації	Допустима тривалість імпульсів та інтервалів, с
КПТ	на контактах ТР	в рейках під ПК	на контактах ИР підсилювача
Короткий інтервал	0,12	0,11 – 0,17	0,05 – 0,17	0,07 – 0,19
1-й імпульс	0,35	0,30 – 0,36	0,27	0,25
1-й імпульс КЖ	0,23	0,18 – 0,24	0,14	0,12
2-й та 3-й імпульс	0,22	0,17 – 0,23	0,09	0,07
Довгий інтервал	0,57	0,56 – 0,62	0,48	0,50

Накопичення енергії електромагнітного поля елементами ФЛ з її подальшим розсіюванням протягом часу, що відповідає сталій часу реактивних елементів фільтра, приводить до того, що в кодовому циклі на виході ФЛ відбувається спотворення часових параметрів імпульсів та інтервалів із збереженням загальної довжини кодового циклу. Для порівняння з допустимими нормованими часовими параметрами імпульсів та інтервалів (табл. 2) у табл. 3 наведено усереднені експериментальні данні по тривалості складових коду З на виході ФЛ (швидкість руху поїзда 95 км/г) в залежності від місця знаходження локомотивних ПК – на вхідному та вихідному кінцях РК (рис. 2, де рівень сигналів наведено у дБ, як і на інших епюрах, що приведені нижче за текстом).

Таблиця 3 – Експериментальні данні по тривалості складових числового коду З із виходу ФЛ на вхідному та вихідному кінцях РК

Місце виміру	1-й імпульс, с	1-й інтервал, с	2-й імпульс, с	2-й інтервал, с	3-й імпульс, с	3-й інтервал, с
КПТ	0,35	0,12	0,22	0,12	0,22	0,57
Вхідний кінець РК	0,38	0,102	0,298	0,11	0,25	0,46
Вихідний кінець РК	0,417	0,07	0,33	0,08	0,28	0,44

 

Сигнал АЛСН на вихідному кінці РК

Сигнал АЛСН на вхідному кінці РК

 

Рисунок 2 – Імпульсні послідовності коду З (вихід ФЛ) на вхідному та вихідному кінцях РК (рівні сигналів – в децибелах)

 

Як видно із наведених даних, більший сигнальний струм АЛСН вихідного кінця РК в більшій мірі спотворює часові параметри числового коду на її вихідному кінці у порівнянні із його вхідним кінцем, подовжуючи імпульси та скорочуючи всі інтервали числового коду. Це пояснюється більшою енергією, що запасається в реактивних елементах ФЛ при більшому рівні наведеної ЕРС в ПК, якій сприяє більший струм вихідного (живлячого) кінця РК.

Імпульси завади, що індукуються в локомотивних ПК і поступають на вхід ФЛ, є джерелом живлення його реактивних елементів – котушок індуктивності та конденсаторів. Відповідно з цим накопичена елементами фільтра енергія електричного та магнітного полів буде збуджувати коливання в контурах ФЛ та розсіюватися при їхньому виникненні (активні втрати) із замиканням струму у вигляді загасаючих гармонічних коливань на виході фільтра через навантаження, тобто УК. На рис. 3 – перехідна характеристика ФЛ, як реакція вихідного сигналу на серію прямокутних імпульсів (одиничний стрибків сигналу) на його вході (ПФ, ЗФ – відповідно передній та задній фронт імпульсу). Частота цих коливань, природно, відповідає настроюванню контурів ФЛ на смуги його пропускання.

 

 

Рисунок 3 – Експериментальна перехідна характеристика ФЛ25/75М

 

Складність умов роботи приймальних пристроїв АЛСН можна спостерігати за наведеними нижче записами сигналів числового коду. Як видно з епюри напруги на виході ФЛ (рис 3 а), перший та другий цикли коду З практично знищені завадами. У третьому циклі спостерігається достатньо рідкий випадок – дроблення під дією завади першого імпульсу (тривалість 0,35 с) на два короткі імпульси.

Зразок коду З
Вихід ФЛ
Контакт ИР
а)
Вихід ФЛ
Контакт ИР
б)

Рисунок 3 – Епюри напруги сигналів АЛСН на виході ФЛ та осцилограми роботи ИР на виході УК при наявності потужних імпульсних електромагнітних завад

 

Жодний з трьох циклів на виході УК не сформований, як код З, тому невірною буде і робота локомотивного дешифратора, на вхід якого поступатиме імпульсна послідовність, що формується контактом реле ИР (осцилограму спрацювання ИР наведено під епюрою напруги на виході ФЛ). Відповідно на локомотивному світлофорі також буде спотворено і сигнальне показання З на інше, менш дозвільне, що негативно вплине на режим руху поїзда.

Зникнення у кодовій послідовності на осцилограмі першого короткого імпульсу (неспрацювання реле ИР) від дробленого першого імпульсу у третьому циклі можна пояснити роботою каскаду автоматичного регулювання підсилення (АРП) в УК. На час відновлення АРП (приблизно 0,5…0,6 с) після тривалої потужної завади коефіцієнт підсилення УК практично дорівнює нулю, тому реле ИР не спрацьовує під час наявності на вході УК першого дробленого короткого імпульсу.

Доволі розповсюджений випадок електромагнітних завад наведено на рис. 3 б. Із запису кодової послідовності виділено два цикли коду З, спотворених завадами. На наведеній епюрі напруги на виході ФЛ завадами вражені перший імпульс першого кодового циклу, третій імпульс другого циклу та обидва довгих інтервали.

На осцилограмі рис. 3 б (вхід осцилографа підключено до контакту реле ИР) можна спостерігати, як спотворення сигналів АЛСН від дії завад вплинули на кодові послідовності, які будуть подані на вхід дешифратора. Від завади у першому імпульсі першого циклу за рахунок часу відновлення АРП спрацювання ИР відбулося лише на час дії завади. Загалом скоротився перший імпульс, спотворився перший інтервал з тривалості 0,12 с до 0,3 с, а це більше часу затримки на знеструмлення реле-лічильника 1 (0,25…0,28 с). За рахунок потужної завади у довгому інтервалі працездатність УК було відновлено через 0,6…0,7 с, внаслідок чого було втрачено перший імпульс другого кодового циклу. В той же час у другому довгому інтервалі від імпульсу завади помилково спрацювало реле ИР. Таким чином, обидва кодових цикли не будуть дешифрованими, як код З.

Для аналізу, наведеному вище, було обрано записи уражених завадами сигналів числового коду З (рис. 3) з приводу того, що при коді З поїзд має достатньо високу швидкість руху (для обраних двох кодових послідовностей швидкість руху поїзда становить відповідно 95 та 114 км/г). При таких швидкостях руху і спостерігається значна кількість завад, особливо при проходженні поїздом горловин станцій. При руху поїзда по кодових сигналах Ж, КЖ (з відповідними обмеженнями швидкості) епюри напруги числових кодів на виході ФЛ більш чіткі і не мають таких спотворень, як при коді З.