Устройство для снижения индуктивного влияния тяговой сети на смежные коммуникации связи

Устройство относится к области электрифицированных железных дорог и может быть использовано для снижения влияния электрифицированных железных дорог на смежные линии связи. Устройство включает в себя n-звеный блок оптимизаторов амплитуд и фаз, второй n-звенный блок смесителей, n-звенный генератор гармоник. При этом n-звенный генератор гармоник, второй n-звенный блок смесителей и n-звенный блок оптимизаторов амплитуд и фаз включены последовательно. Часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз подключена к управляемым входам регуляторов сдвига фаз, а другая часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз подключена к управляемым входам n-звенного блока масштабных усилителей. Выходы n-звенного генератора гармоник подключены к части входов второго n-звенного блока смесителей, ко второй части входов которого подключены выходы n-звенного селектора помехи. Выходы второго n-звенного блока смесителей подключены ко входам n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз. N-звенный блок фазосдвигающих элементов и n-звенный блок масштабных усилителей включены параллельно, их входы подключены к выходам n-звенного селектора тягового тока, а выходы подключены ко входам первого смесителя. Технический результат заключается в повышении устойчивости и быстродействия в работе. 1 ил.

 

Устройство относится к области электрифицированных железных дорог и может быть использовано для снижения влияния электрифицированных железных дорог на смежные линии связи.

Известен [1] усилитель с обратной связью для активной защиты линий связи от мещающих влияний силовых полей, в котором предусматривается компенсация амлитудно-фазовых искажений, вносимых сопротивлениями линий и потерями в согласующем трансформаторе с помощью отбора части компенсирующего сигнала в обратную связь. Таким образом искажения в сигнале компенсации должны подаваться в противофазе на вход усилителя и таким образом компенсироваться. Однако данное устройство компенсации электромагнитных помех, принятое в качестве аналога, имеет следующие недостатки.

1. По описанию, в данном изобретении на вход усилителя подается напряжение шума (сигнал в целом), наведенное в линии и подлежащее компенсации, используемой в качестве датчика напряжения помехи. Известно, однако, что напряжение взаимоиндукции пропорционально производной влияющего тока, поэтому в общем случае при наличии ряда гармоник форма кривой влияющего тока и форма наведенного напряжения не совпадают друг с другом. Поэтому в первичной обмотке согласующего трансформатора будет протекать ток, пропорциональный напряжению помехи, а не влияющему току. Поле этого тока в общем случае не может полностью скомпенсировать поле влияющего тока, так как они совершенно различны по форме. В данном устройстве отсутствуют сведения о датчике, в котором сигнал был бы пропорционален влияющему току, а не напряжению (как в данном патенте), и с которого сигнал бы подавался на вход усилителя (являлся бы источником для компенсирующего тока).

2. В данном устройстве сигнал помехи, в целом, корректируется по фазе и амплитуде. В обратную связь, с целью такой коррекции, отбирается часть сигнала, содержащего сумму гармоник, наведенных в коммуникациях связи. В этом случае такая корректировка "фазы" и амлитуды теряет смысл, поскольку каждая гармоника при работе устройства на активно-реактивную нагрузку сдвигается на свой угол. Необходимо также отметить, что стабилизацию работы устройства с помощью обратной связи при работе устройства на активно-реактивную нагрузку можно достигнуть, введя отрицательную обратную связь по каждой гармонике в отдельности в силу приведенных выше обстоятельств. Сведения об этом, как и сведения о каких-либо селективных фильтрах в данном устройстве отсутствуют.

3. В данном устройстве в составе сигнала компенсации, протекающего в первичной обмотке согласующего трансформатора, присутствуют все наведенные гармоники. Однако известно, что гармонические составляющие в зависимости от частоты обладают разным коэффициентом псофометрического воздействия. Так например, гармоника с частотой 50 Гц, не оказывает заметного влияния на смежные коммуникации связи, т.е. нет необходимости ее компенсировать. В условиях, если линия, подверженная влиянию имеет сближение с тяговой сетью, первая гармоника несет основную мощность сигнала, и чтобы ее скомпенсировать потребовался бы источник, сравнимый по мощности с тяговым. Сведения о компенсации гармонических составляющих, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействия в данном патенте отсутствуют.

4. Из выше сказанного понятно, что при работе устройства на активно-реактивную нагрузку, невозможно достигнуть одновременно удовлетворительной компенсации электромагнитных помех и устойчивости в работе усилителя, подавая в петлю обратной связи искаженный сигнал в целом, так как неустойчивость проявляется на конкретных, отдельно взятых гармониках. Сведения об избирательной подачи в петлю обратной связи отдельных гармонических составляющих в данном патенте отсутствуют.

5. Устройство, используемое в данном изобретении, обладает малой устойчивостью, так как стабилизация его работы производится по параметрам компенсирующего сигнала (параметрическая стабилизация). Таким образом, при отсутствии сигнала помехи возможно нарушение устойчивости устройства компенсации.

Известно устройство [2], в котором из сигнала, пропорционального тяговому току контактной сети, выделяют ряд высших гармонических составляющих, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие, которые затем, после дальнейшей обработки, т.е. коррекции каждой в отдельности гармоники по фазе и амплитуде, преобразуют в сигнал компенсирующего воздействия, который усиливают усилителем мощности, и подают в защитный провод. Мощность компенсирующего сигнала в обратном проводе определяют в зависимости от фактического уровня сигнала помехи, который выделяют и измеряют в блоке обработке помехи. С помощью блока обработки сигнала компенсации стабилизируют процесс компенсации электромагнитной помехи при различных сбоях в работе системы.

Используемое в данном изобретении устройство наиболее близко к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, поэтому оно выбрано в качестве прототипа.

Устройство компенсации помех, принятое в качестве прототипа, обладает малой эффективностью в работе, обусловленной следующим. Как уже было показано выше, процесс компенсации стабилизируется по параметрам компенсирующего поля (параметрическая стабилизация), и, следовательно, при отсутствии сигнала, в режиме максимального сигнала компенсации помехи, система находится на границе устойчивости. Устройство компенсации помех, принятое в качестве прототипа, обладает также малым быстродействием, обусловленным последовательной обработкой амлитуды и фазы компенсирующего сигнала.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности работы устройства компенсации гармоник тягового тока, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие на смежные с тяговой сетью коммуникации связи, путем повышения устойчивости и быстродействия в его работе.

Это достигается введением в устройство компенсации генератора гармонических составляющих, имеющих минимально допустимые - заданные по критерию качества компенсации - амплитуды, эквивалентных гармоникам, подлежащих компенсации, составляющих компенсирующий ток, блока оптимизаторов поисковых сигналов амплитуды и фазы гармоник, подлежащих компенсации, дополнительного второго n-звенного блока смесителей, формирующего сигналы минимальной разности между соответствующими амплитудами гармоник, которые выделяют из сигнала помехи и гармоник с заданными минимальными амплитудами, формируемыми генератором гармонических составляющих, имеющих минимально допустимые - заданные по критерию качества компенсации - амплитуды. Таким образом, быстродействие системы компенсации электромагнитной помехи определяется параллельной одновременной настройкой амплитуды и фазы каждой из гармоник в компенсирующем токе, а устойчивость в работе устройства при отсутствии нагрузки на фидерной зоне обеспечивается параметрами гармонических составляющих, имеющих минимально допустимые - заданные по критерию качества компенсации - амплитуды, формируемых генератором и являющимися опорными.

Устройство (см. чертеж) содержит датчик 2 гармонических составляющих тягового тока, расположенный между влияющей подвеской и обратным проводом, подключенный своим выходом ко входу n-звенного селектора тягового тока 3, выделяющего гармонические составляющие, подлежащие компенсации и составляющие компенсирующий ток. N-звенный выход блока 3 подключен к соответствующим входам n-звенного блока фазосдвигающих элементов 4 и n-звенного блока масштабных усилителей 5, к управляемым входам которых, соответственно, подключена часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз 11, образующих канал регулировки амплитуд, и выходы n-звенного блока регуляторов сдвига фаз 14, к n-входам которого подключена другая часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов 11, образующих канал управления фазами гармоник, составляющих компенсирующий ток. Входы n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз 11 подключены к соответствующим выходам второго n-звенного блока смесителей 9, обеспечивающего сравнение соответствующих гармоник, подлежащих компенсации, поступающих на часть его входов с n-звенного селектора помехи 8, и n-звенного генератора гармоник 10 с заданными минимальными амплитудами по критерию качества максимальной компенсации. На вход n-звенного селектора помехи 8 сигнал поступает с датчика помехи 15, расположенного вблизи объекта влияния 13. Выходы блоков 4 и 5 подключены ко входам первого смесителя 6, выход которого подключен ко входу регулируемого источника компенсирующего тока 7, который в свою очередь подключен к обратному проводу 12.

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 тока контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 3 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 13. Выделенные таким образом гармоники поступают в n-звенные блоки 4 и 5, где корректируются по фазе и амлитуде соответственно, таким образом, чтобы каждая гармоника в сигнале компенсирующего тока, образующего канал управления, была сдвинута по отношению к соответствующим гармоникам в сигнале тягового тока на 180 эл. градусов.

Для поддержания работы канала управления в режиме наилучшей компенсации сигнала помехи используются оптимизаторы n-звенного блока оптимизаторов 11, каждый из которых имеет два независимых канала экстремального регулирования (амплитуд и фаз гармоник сигнала компенсации).

Одни каналы служат для управления амплитудными, а другие - фазовыми регуляторами гармоник, подлежащих компенсации. Каждый из каналов имеет различную частоту поисковых сигналов, что позволяет производить одновременный (параллельный) поиск необходимых амплитуд и фаз сигналов управления для всех гармоник, составляющих сигнал компенсации, в отдельности. Кроме того, в связи с тем, что на вход блока оптимизаторов поступают различные гармонические составляющие, оптимизаторы являются избирательными.

На входы амплитудных регуляторов блока n-звенного блока масштабных усилителей 5 с соответствующих выходов блока оптимизаторов 11 подаются кратковременные поисковые сигналы, которые изменяют, например увеличивают амлитуды гармонических составляющих, образующих сигнал компенсации, а следовательно, и сам сигнал компенсации на выходе регулируемого источника тока 7. При этом, естественно, изменяется уровень помехи, поступающий в датчик помехи 15. Селектор помехи 8, выделяет гармоники, подлежащие компенсации, и составляющие сигнал помехи после указанного воздействия. В блоке 9 каждая гармоническая составляющая сравнивается с соответствующей гармоникой, формируемой в блоке 10, по критерию минимально допустимомого уровня соответствующей гармоники в сигнале помехи согласно "Правилам защиты проводной связи...". Таким образом, генератор 10 выдает ряд гармонических составляющих с минимально допустимыми амплитудами. Если после подачи поискового сигнала амплитуда соответствующей гармоники увеличилась, то поисковые сигналы начнут уменьшать амплитуду соответствующей гармоники в сигнале компенсации. Если амплитуда соответствующей гармоники уменьшилась, то поисковые сигналы начнут увеличивать амплитуду соответствующей гармоники в сигнале компенсации до тех пор, пока соответствующие гармоники, поступающие в блок 9 от блоков 10 и 8, не станут равны. При этом поисковые сигналы начнут поочередно уменьшать и увеличивать амплитудуы гармоник, составляющих сигнал компенсации в обратном проводе, поддерживая суммарный сигнал, образуемый от сложения электромагнитных полей тягового и компенсирующего тока вблизи минимума. Каналы регулирования фаз работают аналогично и независимо от каналов регулирования амплитуд.

Таким образом, благодаря тому, что система компенсации снабжена оптимизаторами, регулирующими амплитуды и фазы гармонических составляющих, образующих сигнал компенсации по критерию минимально допустимых уровней соответствующих гармоник в сигнале помехи, эффективность компенсации сигнала помехи увеличивается. Увеличивается устойчивость всей системы компенсации в целом, при отсутствии нагрузки на фидерной зоне, благодаря стабилизации процесса компенсации параметрами гармоник, формируемых генератором гармоник, эквивалентных гармоникам, подлежащих компенсации, имеющими заданные минимальные по критерию качества компенсации амплитуды (параметрическая стабилизация). Быстродействие ситемы компенсации повышается за счет одновременной (параллельной) настройки и фаз и амплитуд гармоник в сигнале компенсации.

Источники информации

1. Патент GB №2053625 А. Опубликовано "Kabel - und Metalwerke Gutehoffnungshutte", 24.06.1980.

2. Патент РФ №2248281, Бюл. №8, 20.03.2005. В60М 3/00, H02J 3/20.

Устройство для снижения индуктивного влияния тяговой сети на смежные коммуникации связи, содержащее датчик гармонических составляющих тягового тока, расположенный между влияющей подвеской и обратным проводом, n-звенный селектор тягового тока, выделяющего гармонические составляющие, подлежащие компенсации и составляющие компенсирующий ток, n-звенный блок фазосдвигающих элементов и n-звенный блок масштабных усилителей, n-звенный блок регуляторов сдвига фаз, n-звенный селектор помехи, датчик помехи, расположенный вблизи объекта влияния, первый смеситель, регулируемый источник компенсирующего тока, подключенный к обратному проводу, отличающееся тем, что оно снабжено n-звенным блоком оптимизаторов амплитуд и фаз, вторым n-звенным блоком смесителей, n-звенным генератором гармоник, при этом n-звенный генератор гармоник, второй n-звенный блок смесителей и n-звенный блок оптимизаторов амплитуд и фаз включены последовательно, часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз подключена к управляемым входам регуляторов сдвига фаз, а другая часть управляющих выходов n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз подключена к управляемым входам n-звенного блока масштабных усилителей, выходы n-звенного генератора гармоник подключены к части входов второго n-звенного блока смесителей, ко второй части входов которого подключены выходы n-звенного селектора помехи, а выходы второго n-звенного блока смесителей подключены ко входам n-звенного блока оптимизаторов амплитуд и фаз, причем n-звенный блок фазосдвигающих элементов и n-звенный блок масштабных усилителей включены параллельно, а их входы подключены к выходам n-звенного селектора тягового тока, а выходы подключены ко входам первого смесителя.