Устройство для снижения электромагнитных влияний на линии связи
Изобретение относится к оборудованию электрифицированных железных дорог. Датчик гармонических составляющих тягового тока расположен на влияющей контактной сети. Узел обработки сигнала включает в себя n-звенный селектор тягового тока, первый n-звенный блок фазосдвигающих элементов, первый n-звенный блок регуляторов сдвига фазы, первый n-звенный блок масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(комп) и смеситель. Канал обратной связи выполнен с датчиком гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода, n-звенным селектором компенсирующего тока, вторым блоком фазосдвигающих элементов, вторым n-звенным блоком регуляторов сдвига фазы и вторым n-звенным блоком масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(ос), выбранными в соответствии с соотношением Км(комп) - Км(ос)=1. Имеется также регулируемый источник тока, связанный управляющим входом с выходом смесителя и включенный в рассечку заземленного по концам экранирующего провода, находящегося между контактной сетью и подверженной влиянию линией. Отличие устройства от известных заключается в том, что оно снабжено вторым каналом обратной связи с датчиком гармонических составляющих наведенной помехи, n-звенным селектором помехи и n-звенным блоком измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных. Изобретение обеспечивает повышение защитного действия на смежные с тяговой сетью линии связи путем внесения корректив в алгоритм управления по фактическому значению помехи в смежной линии связи. 1 ил.
Изобретение относится к области электрифицированных дорог и может быть использовано для уменьшения влияния электротяговой сети на смежные линии связи.
Как известно, существующие способы снижения влияний делятся на пассивные и активные (1). Известно также, что помехи в линиях связи, обусловленные магнитным влиянием и электромагнитными процессами в тяговой сети, определяются высшими гармоническими составляющими спектра тягового тока.
Известно устройство для снижения электромагнитных влияний на линии связи (2).
Оно содержит датчик тягового тока, расположенный на влияющей контактной сети, узел обработки сигнала, регулируемый источник тока. Узел обработки сигнала состоит из селектора тягового тока, фазосдвигающего блока, блока масштабных усилителей, смесителя и блока регуляторов сдвига фазы. Причем указанные блоки узла обработки сигнала выполнены многоканальными. Селектор тягового тока выполнен в виде набора избирательных фильтров, каждый из которых настроен строго на определенную гармонику. Общее число таких фильтров равно числу компенсируемых высших гармоник.
Устройство работает следующим образом.
Ток в контактной сети создает электромагнитное поле, высшие гармоники которого наводят в линии связи электромагнитные помехи. Датчик тока трансформирует и выдает сигнал, соответствующий форме тока в тяговой сети.
Из него селектор тягового тока выделяет те высшие гармоники, которые оказывают электромагнитное влияние на линию связи. Каждая выделенная гармоника сдвигается по фазе фазосдвигающим блоком и формируется по амплитуде в блоке масштабных усилителей. Результирующий сигнал через регулируемый источник тока поступает в защитный экранирующий провод, создавая вокруг последнего свое электромагнитное поле. Особенностью результирующего сигнала является то, что амплитуды всех его гармоник соответствуют амплитудам тех же гармоник тока контактной сети, а их фазы противоположны. В результате электромагнитные поля этих гармоник в контактной сети и проводе компенсируются, и помеха в линии связи снижается до любого, изначально заданного уровня.
Схема отражает принцип разомкнутого управления. Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования, и, следовательно, не контролируется другими факторами: возмущением и выходными координатами процесса. Прохождение сигнала во всех элементах системы “устройство-аналог защищаемая линия-осуществляется в одном направлении: от входа к выходу.
Недостаток известного устройства-аналога заключается в том, что оно не обеспечивает необходимого уровня подавления помех. Это объясняется тем, что в устройстве-аналоге не предусматривается обратная связь. При сбое в работе устройства-аналога, а также при изменении параметров контура “защитный провод-земля” это приводит к опасности недокомпенсации или перекомпенсации. Т.о., в таких критических режимах устройство перестает отвечать своей основной функции: снижение электромагнитных влияний на смежные с тяговой сетью линии связи.
В качестве прототипа принято устройство для снижения электромагнитных влияний на линии связи (см. приложение 1 патент №2186694) [3].
Оно содержит датчик 2, расположенный между влияющей подвеской и обратным проводом, подключенный своим выходом к входу n-звенного селектора тягового тока, узел обработки сигнала 3, канал обратной связи 10. При этом выход каждого избирательного фильтра n-звенного селектора влияющего тока 4 соединен с соответствующим информационным входом каждого из фазосдвигающих элементов n-звенного блока 5 первого блока фазосдвигающих элементов. К каждому из управляющих входов n-звенного первого блока фазосдвигающих элементов подключен соответствующий регулятор сдвига фазы первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6, а выход каждого из фазосдвигающих элементов блока 5 подключен к входу соответствующего масштабного усилителя первого n-звенного блока масштабных усилителей 7. Выходы всех масштабных усилителей блока 7 подключены к части входов смесителя 8, ко второй части входов которого подключены выходы всех масштабных усилителей второго n-звенного блока масштабных усилителей 15. Второй n-звенный блок фазосдвигающих элементов 13, второй n-звенный блок регуляторов сдвига фазы 14, второй n-звенный блок масштабных усилителей 15, а также датчик 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 и связи между ними идентичны блокам 5, 6, 7, 2 соответственно. Выход смесителя 8 связан с управляющим входом регулируемого источника тока 9, включенного в рассечку на одном из концов экранирующего провода 15, заземленного по концам и находящегося между контактной сетью 1 и подверженной влиянию линией 16.
Устройство работает следующим образом. Датчик гармонических составляющих влияющего тока контактной сети 2, расположенный между контактной сетью и обратным проводом трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 16. Каждая выделенная гармоника корректируется по фазе и амплитуде в блоках 5 и 7 соответственно.
Вторым датчиком 11 сигнал, пропорциональный компенсирующему току в обратном проводе, трансформируется и подается в блок 12, где отделяется от помехи и разделяется на гармонические составляющие, которые корректируются по фазе и амплитуде в блоках 13, 14, 15.
Особенностью в работе устройства-прототипа является то, что при отсутствии каких-либо нарушений в работе устройства и при отсутствии внешних факторов, вызывающих такие нарушения канал обратной связи, образованный блоками 11, 12, 13, 14, 15 не работает. Это достигается соответствующим подбором фаз и коэффициентов усиления в блоках 13, 14 и 15. Однако при нарушении в работе устройства сигнал ошибки поступит с выхода устройства на сумматор 8 с обратным знаком, что вызовет его уменьшение. Таким образом, работа устройства стабилизируется за счет отрицательной обратной связи.
Как показали опыты, недостаток известного устройства-прототипа заключается в том, что оно не обеспечивает необходимого уровня подавления помех в режимах больших тяговых нагрузок. Устройство-прототип построено по принципу компенсации (управлению по возмущению), и компенсация достигается только по измеренным возмущениям. Согласно этому принципу, ошибку при работе устройства нельзя свести к нулю. Рассмотрим подробней особенности процесса компенсации электромагнитной помехи в смежной линии связи.
Ток компенсации в защитном проводе протекает по всей длине защищаемой зоны. Однако тяговая нагрузка перемещается по фидерной зоне. Влияющий ток протекает на участке от подстанции до места расположения тяговой нагрузки. На остальном участке защищаемой зоны линия связи находится под влиянием только тока компенсации. Таким образом, возникает режим перекомпенсации. Это становится особенно актуально в режимах больших тяговых нагрузок. В этих условиях устройство перестает отвечать своей основной функции: снижение электромагнитных влияний на смежные с тяговой сетью линии связи.
Задача, решаемая изобретением, - повышение защитного действия на смежные с тяговой сетью линии связи путем внесения корректив в алгоритм управления по фактическому значению помехи в смежной линии связи. Это достигается введением в устройство компенсации дополнительной обратной связи, в которую входят элементы для измерения фактического уровня помехи и для выработки управляющего корректирующего воздействия на блоки управления устройства для снижения электромагнитных влияний на линии связи. Таким образом, заявляемое устройство имеет вид замкнутой цепи, т.е. реализует принцип управления по замкнутому контуру (принцип обратной связи).
Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что с помощью второго канала обратной связи, путем измерения фактического значения помехи в смежной линии связи, вырабатывают управляющие корректирующие воздействия на блоки управления устройства для реализации режима компенсации электромагнитной помехи в условиях подвижной тяговой нагрузки.
Заявляемое устройство (см. чертежи) содержит датчик 2 гармонических составляющих тягового тока, расположенный между влияющей подвеской и обратным проводом, подключенный своим выходом к входу n-звенного селектора тягового тока, узел обработки сигнала 3, канал обратной связи 10, канал дополнительной отрицательной обратной связи 17. При этом каждый из выходов n-звенного селектора тягового тока 4 соединен с соответствующим информационным входом каждого из фазосдвигающих элементов блока 5 первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов подключен соответствующий регулятор сдвига фазы первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6 и соответствующий выход n-звенного блока измерения амплитуд гармонических составляющих помехи 20, а выход каждого из фазосдвигающих элементов n-звенного блока 5 подключен к информационному входу соответствующего масштабного усилителя первого n-звенного блока масштабных усилителей 7. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока масштабных усилителей 7 подключен соответствующий выход n-звенного блока 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных. Выходы всех масштабных усилителей n-звенного блока 7 подключены к части входов смесителя 8, ко второй части входов которого подключены выходы всех масштабных усилителей второго n-звенного блока масштабных усилителей 15. Второй n-звенный блок фазосдвигающих элементов 13, второй n-звенный блок регуляторов сдвига фазы 14, второй n-звенный блок масштабных усилителей 15, а также датчик 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 и связи между ними идентичны блокам 5, 6, 7, 2 соответственно. Выход смесителя 8 связан с управляющим входом регулируемого источника тока 9, включенного в рассечку на одном из концов экранирующего провода 15, заземленного по концам и находящегося между контактной сетью 1 и подверженной влиянию линией 16. Датчик гармонических составляющих наведенной помехи 18, и n-звенный селектор помехи 19, а также связи между ними идентичны блокам 2, 4, 11, 12 соответственно. Блок 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных, в зависимости от фактического уровня амлитуд каждой гармонической составляющей сигнала помехи вырабатывает сигнал управляющего воздействия для управления компенсирующим током, посредством коррекции фазы и амплитуды в блоках 5 и 7 соответственно. Следовательно, фактическая мощность сигнала компенсации в защитном проводе будет зависеть от фактического уровня сигнала помехи в смежной, подверженной влиянию, линии связи, независимо от расположения тяговой нагрузки на фидерной зоне. В таких условиях система компенсации становится следящей и исключает режимы перекомпенсации.
По сравнению с устройством-прототипом заявляемое устройство дополнительно содержит второй канал отрицательной обратной связи, содержащий функциональную цепочку, состоящую из блоков 18, 19, 20, по фактическому уровню помехи в смежной линии связи, и реализует принцип инвариантности (независимости управляющей величины от возмущений). Таким образом, полностью исключается возможность перекомпенсации в силу особенностей работы устройства, при компенсации электромагнитной помехи, наведенной подвижной тяговой нагрузкой.
Устройство работает следующим образом. Датчик гармонических составляющих тягового тока 2, расположенный между контактной сетью и обратным проводом, трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 16. Каждая выделенная гармоника корректируется по фазе и амплитуде в n-звенных блоках 5 и 7 соответственно.
Вторым датчиком 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15, сигнал, пропорциональный компенсирующему току в обратном проводе, трансформируется и подается в блок 12, где отделяется от помехи и разделяется на гармонические составляющие, которые корректируются по фазе и амплитуде в блоках 13, 14, 15.
Особенностью в работе заявляемого устройства является то, что сигнал компенсирующего тока полностью зависит от фактического уровня помехи в смежной линии связи. Это достигается с помощью дополнительной обратной связи 17 по фактическому уровню помехи в смежной линии связи посредством введения цепочки, состоящей из блоков 18, 19 и 20. При отклонении уровня сигнала помехи от наперед заданного блоком 20 вырабатывается сигнал ошибки (рассогласования), отдельно по каждой гармонике сигнала помехи. В зависимости от этого корректируется фаза и амплитуда соответствующих гармоник в блоках 5 и 7 соответственно, и в конечном итоге в компенсирующем токе. Таким образом, стабилизируется режим компенсации электромагнитной помехи при любом расположении нагрузок на фидерной зоне.
Положительный эффект по сравнению с устройством-прототипом заключается в повышении защитного действия при любом расположении нагрузок на фидерной зоне.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. К.Г.Марквардт. Энергоснабжение электрических железных дорог. М.: Транспорт, 1965, с.445-446.
2. А.С. 1678664, БИ №35, 1991, кл.4-В 60 М 3/00.
3. Патент РФ №2186694, Бюл. №22, 18.08.2002, кл. В 60 М 3/00, H 02 J 3/01.
Устройство для активного снижения помех в линиях связи, смежных с электрифицированными участками дорог, содержащее датчик гармонических составляющих тягового тока, расположенный на влияющей контактной сети, узел обработки сигнала с n-звенным селектором тягового тока, подключенным к выходу упомянутого датчика, первым n-звенным блоком фазосдвигающих элементов, подключенным информационными входами к соответствующим выходам селектора тягового тока, а первой группой управляющих входов - к соответствующим выходам первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы, первым n-звенным блоком масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(комп), подключенным информационными входами к соответствующим выходам первого блока фазосдвигающих элементов, и смесителем, подключенным первой группой входов к соответствующим выходам первого блока масштабных усилителей, канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода и n-звенным селектором компенсирующего тока, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам второго блока фазосдвигающих элементов, вторым n-звенным блоком регуляторов сдвига фазы, подключенным выходами к соответствующим управляющим входам второго блока фазосдвигающих элементов, выходы которого через второй n-звенный блок масштабных усилителей с коэффициентами масштабирования Км(ос), выбранными в соответствии с соотношением Км(комп)- Км(ос)=1, подключены к соответствующим входам второй группы входов смесителя, а также регулируемый источник тока, связанный управляющим входом с выходом смесителя и включенный в рассечку заземленного по концам экранирующего провода, находящегося между контактной сетью и подверженной влиянию линией, отличающееся тем, что оно снабжено вторым каналом обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих наведенной помехи, n-звенным селектором помехи и n-звенным блоком измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных, при этом выходы последнего соединены со второй группой соответствующих управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов и с управляющими входами первого n-звенного блока масштабных усилителей.
