Основы железнодорожной автоматики

ОСНОВЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

 

 

Учебное пособие для студентов специальности

«Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

 

Рекомендовано учебно-методическим объединением в качестве учебного пособия для вузов железнодорожного транспорта

 

Самара 2006

УДК 656.25

П49

Рецензенты:

 

Заместитель руководителя Департамента автоматики и

телемеханики ОАО «РЖД»

В.Н. Новиков

 

Доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой АСОИУ

Самарской государственной академии путей сообщения

О.А. Кацюба

 

Доктор техн. наук, профессор кафедры

«Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте»

Московского государственного университета

путей сообщения

П.Ф. Бестемьянов

 

Полевой Ю.И.

П49 Основы железнодорожной автоматики и телемеханики [Текст]: учебное пособие для вузов / Ю.И. Полевой – Самара: СамГАПС, 2006. – 100 с.: ил.; 21 см – Библиогр.: с. 91. – 150 экз. – ISBN 5-98941-014-Х

 

 

В учебном пособии изложены основы устройств автоматики и телемеханики применяемых в системах сигнализации, централизации и блокировки. Этот материал является фундаментом для освоения профилирующих дисциплин, где изучаются системы регулирования движения поездов на станциях и перегонах, маневровых передвижений и формирования составов на станциях.

Приводится материал по трем разделам: классификация и назначение систем железнодорожной автоматики, элементы систем железнодорожной автоматики и кабельные сети. Особое внимание уделено вопросам обеспечения безопасности движения поездов.

Предназначено для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» в качестве учебного материала, а также может быть использовано при проведении практических занятий.

УДК 656.25

 

 

ISBN 5-98941-014-Х © СамГАПС, 2006

© Полевой Ю.И., 2006

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень сокращений........ 4

Предисловие.......... 5

Введение........... 7

1. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики.. 9

1.1..Классификация и назначение систем железнодорожной

автоматики и телемеханики....... 9

Контрольные вопросы и задание...... 14

2. Элементы систем железнодорожной автоматики и телемеханики. 15

2.1. Электромагнитные реле....... 15

2.1.1. Принцип действия реле и их классификация... 15

2.1.2. Реле постоянного тока....... 21

2.1.2.1. Нейтральные реле........ 21

2.1.2.2. Поляризованные и импульсные реле.... 22

2.1.2.3. Комбинированные реле....... 26

2.1.3. Реле переменного тока....... 28

2.1.4. Трансмиттеры........ 31

2.1.5. Полупроводниковые и микропроцессорные элементы.. 34

2.1.5.1. Полупроводниковые приборы..... 34

2.1.5.2. Микропроцессорные средства..... 40

Контрольные вопросы и задание...... 47

2.2. Путевые устройства систем железнодорожной

автоматики и телемеханики...... 48

2.2.1. Светофорная сигнализация...... 48

2.2.1.1. Устройство и установка светофоров.... 48

2.2.1.2. Расстановка светофоров автоблокировки.... 51

2.2.1.3. Расстановка светофоров на станции.... 57

2.2.2. Стрелочные электроприводы..... 60

2.2.3. Рельсовые цепи........ 63

2.2.3.1. Выполняемые функции и структурные схемы... 63

2.2.3.2. Режимы работы и основные требования.... 66

2.2.3.3. Схемы рельсовых цепей...... 71

2.2.3.4. Разветвленные рельсовые цепи..... 77

2.2.3.5. Расчет рельсовой цепи....... 80

Контрольные вопросы и задание...... 82

3. Кабельные сети......... 84

3.1.Устройства кабельных сетей...... 84

Контрольные вопросы и задание...... 88

Заключение.......... 89

Алфавитно-предметный указатель...... 90

Библиографический список....... 91

Приложения.......... 92

 

 

Перечень сокращений

 

АБ – автоматическая блокировка (автоблокировка).

АЗСР – автоматическое задание скорости роспуска.

АЛС – автоматическая локомотивная сигнализация.

АЛУ – арифметическое логическое (арифметико-логическое) устройство.

АПС – автоматическая переездная сигнализация.

АРС – автоматическое регулирование скорости.

ГАЦ – горочная автоматическая централизация.

ГПЗУ – горочное программно-задающее устройство.

Д – датчик.

ДК – диспетчерский контроль.

ДСШ – двухэлементное секторное (фазочуствительное) реле.

ДЦ – диспетчерская централизация.

ДШ – дешифратор.

ЗО – задающий орган.

ИО – исполнительный орган.

КПТШ – кодово-путевой трансмиттер штепсельный.

КС – канал связи.

МП – микропроцессор.

МТ – маятниковый трансмиттер.

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ОР – объект регулирования.

ОС – орган сравнения.

Пер – передатчик.

ПЗУ –постоянное запоминающее устройство.

Пр – приемник.

ПТЭ – правила технической эксплуатации.

РЦ – рельсовая цепь.

САР – система автоматического регулирования.

СМ – соединительная муфта.

СП – стрелочный (электро) привод.

СЦБ – сигнализация, централизация и блокировка.

ТГЛ – телеуправление горочным локомотивом.

ТС – телесигнализация.

ТУ – телеуправление.

УКМ – универсальная конечная муфта.

УПМ – универсальная промежуточная муфта.

ФОЖАТ – физические основы железнодорожной автоматики

и телемеханики.

Ш – шифратор.

ЭВМ – электронная вычислительная машина.

ЭОЖАТ – электрические основы железнодорожной автоматики

и телемеханики.

ЭЦ – электрическая централизация.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В железнодорожных вузах Российской Федерации перед чтением профилирующих дисциплин вводится ознакомительный курс по специализации. В Самарской академии путей сообщения по специальности Автоматика телемеханика и связь читаются дисциплины Физические основы железнодорожной автоматики и телемеханики и связи (ФОЖАТС), Электрические основы железнодорожной автоматики и телемеханики (ЭОЖАТ), Электрические основы связи (ЭОС). Как показывает опыт, ознакомление с основами железнодорожной автоматики телемеханики и связи создает положительные предпосылки к осознанному выбору специализации и подготавливает базу к освоению основного материала. По упомянутым дисциплинам читается курс лекций, проводятся практические занятия и экскурсии на линейные объекты железнодорожного транспорта (посты электрической централизации линейно-аппаратные залы и т. п.).

Освоение материала затруднено тем, что в настоящее время издается мало учеников и учебных пособий по железнодорожной автоматике, телемеханике и связи. Имеющиеся в наличии учебники изданы в основном до 1990 года, и они морально и физически устарели. Кроме того, освоение материала по основам автоматики, телемеханики и связи предполагает изучение большего количества учебного материала в достаточно упрощенном виде. Таких учебников практически нет, и студенты вынуждены обращаться к основным учебникам, которые для первоначального освоения достаточно сложны.

Предлагаемое учебное пособие существенно облегчит освоение материала как студентам дневной формы обучения, так, что особенно важно, и заочной. Студенты заочной формы обучения, хотя в большинстве своем и работают по специальности, но имеют дело с одной-двумя системами, а про другие не имеют четкого представления.

Введение в учебный процесс дисциплин ФОЖАТС и ЭОЖАТ на Электротехническом факультете СамГАПС позволило осуществить двухуровневый (двухступенчатый) процесс обучения, что положительно сказалось на усвоении материала, улучшило выживаемость знаний, существенно снизило количество отстающих студентов.

Материалом для написания учебного пособия послужил накопленный опыт во время проведения занятий по упомянутым дисциплинам на дневном и заочном факультетах. Кроме того, был составлен ряд программ (перечень программ и регистрационные номера приведены в приложении) для работы студентов в компьютерном классе.

Пособие содержит три раздела с перечнем рекомендуемого библиографического материала, контрольные вопросы по разделам, упражнения с вариантами заданий в соответствии с шифром студента (для студентов заочной формы обучения), перечень сокращений, алфавитно-предметный указатель, библиографический список, приложения.

Отзывы и пожелания можно направлять по адресу: 443066, Самара, 1-ый Безымянный переулок, 18, СамГАПС, кафедра АТС.

С учетом полученных отзывов на кафедре АТС планируется издание еще одного учебного пособия по дисциплине ЭОЖАТ, которая является продолжением дисциплины ФОЖАТС.

В заключение хочу выразить глубокую признательность рецензентам В.Н. Новикову, О.А. Кацюбе, П.Ф. Бестемьянову за ценные предложения и оперативность при рецензировании пособия.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Ведущую роль по увеличению пропускной и провозной способности дорог, повышению перерабатывающей способности сортировочных горок, грузовых станций, сокращению времени оборота вагонов, увеличению скорости грузовых и пассажирских поездов при минимальных по сравнению с другими устройствами затратах играют устройства автоматики, телемеханики и связи, а также автоматизированные системы управления перевозками и технологическими процессами. Для регулирования движения поездов на перегоне широкое применение поручил комплекс устройств, в который входят: автоблокировка (АБ), автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), диспетчерский контроль (ДК).

Регулирование движения поездов на станциях производится средствами релейной электрической централизации (ЭЦ).

Большое распространение получила диспетчерская централизация (ДЦ) для телемеханического управления стрелками и сигналами ряда промежуточных станций с одного диспетчерского поста.

Формирование составов осуществляется на сортировочных станциях, оборудованных устройствами горочной автоматики (ГАЦ, АРС и др.).

До последнего времени практически все перечисленные устройства монтировались на реле первого класса надежности или кодовых реле. В последние десятилетия стали интенсивно внедряться микроэлектронные и микропроцессорные устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Разработка устройств на современной элементной базе предусматривает и совершенствование алгоритмов работы новых устройств многократно расширяющих функциональные возможности систем управления и контроля за движением поездов.

В учебном пособии изложены основы устройств автоматики и телемеханики, применяемых в системах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Эти основы являются фундаментом для освоения профилирующих дисциплин, где изучаются системы регулирования движения поездов на станциях и перегонах, регулирования маневровых передвижений и формирования составов на станциях.

В развитие устройств железнодорожной автоматики большей вклад внесли научно-исследовательские, проектные и учебные институты, заводы по производству аппаратуры железнодорожной автоматики, выдающиеся ученые старшего поколения и наши современники. Практически все устройства и системы железнодорожной автоматики отечественного производства.

Для успешного освоения основ железнодорожной автоматики и телемеханики чтение лекций и проведение практических занятий с выполнением расчетов и упражнений целесообразно сопровождать экскурсиями на линейные объекты железнодорожного транспорта, проведением занятий в компьютерных классах по программам, названия которых приведены в приложении.

В учебном пособии приводится материал по трем разделам: классификация и назначение систем железнодорожной автоматики, элементы систем железнодорожной автоматики и кабельные сети. Особое внимание уделено вопросам обеспечения безопасности движения поездов.

В последнее десятилетие релейно-контактные системы, предназначенные для регулирования движения поездов, вытесняются микропроцессорными системами, а также путевыми датчиками на основе тональных и адаптивных рельсовых цепей, имеющих более высокую надежность и способных работать в условиях пониженного сопротивления изоляции. В учебном пособии приводится материал для ознакомления с простейшим микропроцессором.

 

Задание

Запустить на персональном компьютере (ПК) программу 1 (см. приложение 7) и ознакомиться с ее действием.

 

 

Электромагнитные реле

Таблица 2.1

Условные обозначения реле

Реле	I и II классы надежности	III класс надежности
Нейтральное
Нейтральное с замедлением на отпускание якоря
То же с выпрямителем
Поляризованное
То же с преобладанием одной полярности		-
Комбинированное
Переменного тока
То же двухэлементное		-

 

Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ2-40 — огневое малогабаритное штепсельное четырехконтактное с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220 — аварийное штепсельное четырехконтактное на номи­нальное напряжение 110 и 220 В. У нейтрального реле типа РЭЛ бук­вы в обозначении указывают: реле электромагнитное разработки Ле­нинградского электромеханического завода.

Условные графические обозначения реле в электрических схе­мах приведены в табл. 2.1.

Реле в защитном кожухе изготовляют для работы при температу­ре окружающей среды от —50 до +60 °С и относительной влажности до 90 % (при температуре +20 °С), а открытые реле, предназ­наченные для установки в релейных блоках, — при температуре окру­жающей среды от +5 до +35 °С и относительной влажности до 80% (при температуре +20°С).

Реле постоянного тока

Нейтральные реле

Электромагнитные реле постоянного тока получили наиболее широкое распространение, так как они просты по устройству и ненадежны в работе. Реле постоянного тока подразделяют на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

Нейтральные реле не реагируют на направление тока в обмотке (нейтральны к полярности тока). Якорь нейтрального реле притяги­вается, переключая контакты при любой полярности тока в обмот­ках. После выключения тока якорь возвращается в исходное состоя­ние. Таким образом, нейтральное реле является двухпозиционным.

Электромагнитная система нейтрального малогабаритного реле типа НМШ (рис. 2.3) состоит из сердечника 1 с двумя катушками 2, Г-образного ярма 3 и якоря 4 с противовесом.

 

Рис. 2.3. Конструкция и нумерация контактов реле

 

Бронзовый упор на якоре исключает его залипание, так как препятствует касанию якоря в притянутом положении к полюсу сердечника. Якорь двумя тягами 5 управляет контактной системой. Фронтовые контакты 7 изготовляют из графита с серебряным наполнением, а общие 8 и тыловые 9 - из серебра. Контактирующий материал помещается на концы контактных пружин. Сочетание контактов графит-серебро исключает возможность сваривания фронтовых контактов с общими при пропускании по ним тока.

При отсутствии тока в обмотках реле якорь под действием силы тяжести противовеса находится в опущенном положении, общие контакты замыкаются с тыловыми. При прохождении тока через об­мотки реле намагничивается сердечник, магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор и якорь, который притяги­вается к сердечнику. Тяга перемещается вверх, размыкая тыловые и замыкая общие контакты с фронтовыми. Концы контактных пружин, через основание 6 выведенные наружу, образуют штеп­сельную розетку. Реле закрывается прозрачным кожухом 12 с ручкой 11. Кожух крепится к основанию реле затяжным винтом 10. Для включения реле в схему выведенные наружу контакты встав­ляют в гнезда штепсельной розетки, к лепесткам которой припаи­вают монтажные провода.

Шпули катушек нормально действующих реле изготовляют из фе­нопласта, а медленнодействующих из красной меди. За счет мед­ных шпулей достигается замедление на отпускание якоря до 0,2 с. Для увеличения замедления до 0,6 с на месте первой катушки, расположенной у основания, устанавливают сплошную медную гильзу.

Расположение и нумерация контактов реле типов НМШ1 и НМШМ1 приведены на рис. 2.3.

Первая катушка подключается к выводам 1 и 3, вторая, по­мещенная со стороны якоря,— к выводам 2 и 4. Катушки могут включаться раздельно, последовательно и параллельно.

Фронтовые (ф) и тыловые (т) контакты, работающие с одним общим контактом (о), образуют контактную группу или тройник. Реле типов НМШ1 и НМШМ1 имеют восемь контактных групп и обоз­начаются 8 фт. Номер каждого контакта нейтрального реле со­ставляют из двух цифр, первая из которых указывает номер кон­тактной группы, а вторая — тип контакта. Все цифровые обоз­начения общих контактов оканчиваются цифрой 1, фронтовые — 2 и тыловые —3. Например, номер 72 обозначает, что это фронтовой контакт седьмой группы, 71—общий контакт, 73—тыловой контакт. Контакты рассчитаны на переключение цепей при токе нагрузки до 2 А. Выводы от обмоток подключаются к выводам 1-3 и 2-4 (см. рис. 2.3). При последовательном включении обмоток соединяют перемычкой выводы 2-3, а при параллельном — 1-2 и 3-4.

Комбинированные реле

Комбинированные реле представляют собой сочетание нейтрального и поляризованного реле с общей магнитной системой. Они имеют нейтральный и поляризованный якоря. При прохожде­нии через обмотки тока любой полярности нейтральный якорь притягивается, в результате чего замыкаются управляемые им фронтовые контакты. Переключение поляризованного якоря и замыкание управляемых им контактов происходят в зависимости от полярности тока, протекающего через обмотки.

Комбинированное реле является трехпозиционным, так как оно может находиться в трех различных состояниях: без тока, возбуждено током прямой или обратной полярности.

Электромагнитная система комбинированного малогабаритного штепсельного реле КМШ (рис. 2.7) состоит из двух катушек 1, надетых на сердечник 2 с ярмом 3; нейтрального якоря 6; постоянного магнита 4 и поляризованного якоря 5. Нейтральный и поляризованный якоря управляют связанными с ними контактами посредством изолирующих планок 7 и 8. Если ток в обмотках реле отсутствует, то нейтральный якорь, не связанный с потоком постоянного магнита, находится в отпущенном положении; его общие контакты замкнуты с тыловыми контактами. При протекании по обмоткам тока любого направления нейтральный якорь притягивается, и его общие контакты замыкаются с фронтовыми. Таким образом, нейтральный якорь комбинированного реле действует так же, как и якорь обычного нейтрального реле.

Поляризованный якорь управляется магнитным потоком постоянного магнита и потоком, создаваемым обмотками катушек. При отсутствии тока в обмотках поляризованный якорь находит­ся в одном из крайних положений (на рис. 2.7 в левом). Магнитный поток постоянного магнита разветвляется по двум параллельным ветвям в виде потоков Ф_П1 и Ф_П2. Благодаря меньшему воздушному зазору слева поток Ф_П1 превышает поток Ф _П2 на ΔФ_П, удерживая якорь в левом положении.

При пропускании тока через обмотки катушек создается магнитный поток Ф_К, замыкающийся через сердечник по двум параллельным ветвям: через нейтральный и поляризованный якоря. Нейтральный якорь под действием этого потока притягивается. Поток постоянного магнита Ф_П2 и поток, создаваемый обмоткой катушки Ф_К, складываются с правой стороны и вычитаются с левой. Усилие, создаваемое суммарным потоком Ф_П2+Ф_К, превышает усилие, создаваемое с левой стороны потоком Ф_П1–Ф_К, поэтому поляризованный якорь переключается в правое положение, замыкая общие контакты поляризованного якоря с переведенными.

После выключения тока поляризованный якорь остается в правом положении, так как теперь благодаря уменьшению воздушного зазора справа и увеличению слева поток Ф_П2 будет превышать поток Ф_П1 на ΔФ_П. Усилие, создаваемое потоком ΔФ_П, будет удерживать поляризованный якорь в правом положении. Для того чтобы поляризованный якорь перебросился в первоначальное (левое) положение, необходимо через обмотки реле пропустить ток другого направления. Таким образом, в комбинированном реле, как и в поляризованном, осуществляется сравнение двух потоков: постоянного магнита и потока, создаваемого катушками при пропускании по ним тока. В одном из сердечников в зависимости от направления тока в катушках эти потоки складываются, а в другом вычитаются. Поляризованный якорь переключается в сторону сердечника, в котором складываются магнитные потоки.

 

 

Рис. 2.7. Схема и нумерация Рис. 2.8. Схема управления

…контактов комбинированного реле КМШ огнями трехзначного светофора

 

Зазор между нейтральным якорем и полюсами обеспечивается упорным штифтом на якоре. Таким же образом обеспечивается зазор между полюсами и поляризованным якорем.

Контактная система реле (см. рис. 2.7) состоит из двух контактных групп на переключение 2 фт, управляемых нейтраль­ным якорем, и двух контактных групп на переключение 2 нп, управ­ляемых поляризованным якорем. Контактирующие части подвижных пружин поляризованного и нейтрального якорей и тыловых пружин нейтрального якоря изготовлены из серебра, контактирующие час­ти остальных контактов графито-серебряные. Контактная система рассчитана на переключение электрических цепей постоянного тока 2 А при напряжении 24 В или цепей переменного тока 0,5 А при напряжении 220 В.

Всем комбинированным реле присущ недостаток, заключаю­щийся в том, что при изменении полярности тока в обмотках изменяется направление магнитного потока, и в момент его прохождения через нулевое значение реле отпускает нейтраль­ный якорь. Этот недостаток ограничивает область применения комбинированных реле. Если использовать комбинированное ре­ле для управления огнями трехзначного светофора (рис. 2.8, а), то при смене желтого огня на зеленый или наоборот происходит проблеск красного огня на светофоре. В этой схеме при отсутствии тока в обмотках реле (блок-участок занят) нейтральный якорь находится в отпущенном положении, замкнуты его контакты 11-13, на светофоре горит красный огонь.

При свободности одного блок-участка линейное реле (в ка­честве которого использовано комбинированное реле) возбужда­ется током обратной полярности, замыкаются контакты 11-12нейтрального и 111-113поляризованного якорей. На светофоре загорается лампа желтого огня. После освобождения второго блок-участка в линейном реле меняется полярность тока с об­ратной на прямую. Поляризованный якорь перебрасывается и замыкаются его контакты 111-112. На светофоре загорается зеле­ный огонь. Однако при изменении полярности тока в обмот­ках и магнитного потока в сердечниках в момент его прохожде­ния через нулевое значение реле кратковременно отпускает нейтральный якорь, замыкается тыловой контакт и на светофо­ре кратковременно появляется красный огонь, а затем нейтраль­ный якорь притягивается, замыкается фронтовой контакт и заго­рается зеленый огонь. Таким образом, смена желтого огня на зеленый происходит через красный огонь, т. е. появляется проблеск красного огня, что недопустимо, так как машинист, увидев непо­нятный сигнал, остановит поезд. Аналогичная ситуация создается и при обратной смене сигнала — с зеленого на желтый.

Исключить этот недостаток схемным способом замедления на отпускание (например, с помощью конденсаторов) не пред­ставляется возможным, так как при смене полярности тока прохож­дение его через нулевое значение неизбежно.

Для устранения указанного недостатка в схему управле­ния огнями светофора включается не контакт нейтрального яко­ря линейного комбинированного реле, а контакт его повтори­теля ПЛ (рис. 2.8, б). Последний имеет замедление на отпуска­ние якоря и при кратковременном отпускании нейтрального якоря реле Л удерживает якорь притянутым и проблеска красного огня не происходит.

Комбинированные реле в части работы нейтрального якоря и связанных с ним контактов отвечают требованиям, предъявляе­мым к реле I класса надежности. Правильную работу контактов поляризованного якоря необходимо проверять схемным путем, так как в части работы поляризованного якоря комбинированные реле не отвечают требованиям реле I класса надежности.

Реле переменного тока

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применяют реле переменного тока: двухэлементные секторные реле ДСШ, используемые в основном в качестве путевых реле. Для контроля целостности нитей светофорных ламп применяют нейтральные реле постоянного тока с выпрямителями ОМШ, для переключения питания устройств на резервный источник предназначены аварийные реле АОШ, АПШ и АСШ.

Двухэлементные штепсельные реле переменного тока ДСШ широко применяют как путевые реле в рельсовых цепях переменного тока 50 и 25 Гц. В метрополитенах применяют реле ДСШ-2 в качестве путевых и линейных реле. Реле ДСШ I класса надежности являются индукционными, работающими только от переменного тока.

Принцип действия двухэлементного реле основан на взаимодействии переменного магнитного потока одного элемента с током, индуцируемым в секторе переменным магнитным потоком другого элемента. В соответствии с законом электромагнитной индукции на проводник с током (сектор), помещенный в магнитное поле, действует сила, приводящая его в движение. Сектор реле поворачивается и переключает контакты. Сила, действующая на сектор, пропорциональна произведению токов местного и путе­вого элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними.

Электромагнитная система реле ДСШ (рис. 2.9, а) имеет два элемента — местный и путевой. Местный элемент состоит из сердечника 1 и катушки 2. На сердечнике путевого элемента 3 помещена катушка 4. Между полюсами сердечников расположен алюминиевый сектор 5. Ток, проходящий по местной обмотке, образует совпадающий с ним по фазе магнитный поток Ф_М, который индуцирует в секторе токи i_М, отстающие по фазе от потока Ф_М на угол 90° (рис. 2.9, б). Под действием тока путевого элемента возникает магнитный поток Ф_П, индуцирующий в секторе токи i_П.

Взаимодействие индуцированных токов i_М с магнитным потоком Ф_П создает вращающий момент M1, а токов i_М с магнитным потоком Ф_М — вращающий момент М2. Под действием суммарного вращающего момента
М = М2 + М1 сектор перемещается вверх и замыкает фронтовые контакты. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение (вниз) под действием собственного веса. Поворот сектора ограничивается сверху и снизу роликами, которые для смягчения ударов могут перемещаться в направляющих их держателях.

Положительный вращающий момент и движение сектора вверх возможны только при определенном соотношении фаз между токами (напряжениями) путевого и местного элементов. Так как магнитные потоки Ф_П и Ф_м и индуцируемые ими в секторе токи i_П и i_М пропорциональны токам путевого и местного элементов, вращающий момент пропорционален произведению токов путевого и местного элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними:

M = I_П I _M sin (φ),

где φ — угол сдвига фаз I_П и I _M.

Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90°.

Таким образом, токи и совпадающие с ними потоки путевого и местного элементов должны быть сдвинуты на угол 90°. Если бы катушки и сердечники путевого и местного элементов были одинаковы, то и опережающие ток напряжения U_П и U_М также были бы сдвинуты между собой на угол 90°. Однако из-за некоторого отличия характеристик катушек и сердечников путевого и местного элементов U_М опережает по фазе I_М на 72°, a U_П опережает по фазе I_П на 65°. Поэтому напряжения U_M и U_П сдвинуты по фазе не на 90°, а на 97°.

 

 

Рис. 2.9. Принципиальная схема реле ДСШ

 

 

Рис.2.10. Векторная диаграмма реле ДСШ

 

Практически для индукционных реле ДСШ обычно задается такой угол сдвига фаз между напряжением местного элемента и током путевого элемента, при котором реализуется максимальный вращаю­щий момент.

Для реле ДСШ при частотах сигнального тока 50 и 25 Гц для реализации максимального вращающего момента необходимо, чтобы напряжение местной обмотки опережало ток путевой обмотки на угол (162±5)°. Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. Напомним, что угол сдвига фаз между токами и магнитными потоками путевого и местного элементом составляет при этом 90°.

Идеальные фазовые соотношения характеризуются следующими углами сдвига фаз (рис. 2.10): 90⁰ между токами и магнитными потоками путевого и местного элементов; 162° между током путевого и напряжением местного элементов; 97° между напряжениями путевого и местного элементов.

Если фазовые соотношения отличаются от идеальных, то для обеспечения работы реле и получения необходимого вращающего момен­та требуется увеличить напряжение U_Пна обмотке путевого элемента до величины:

,

 

где φ_И и φ_Д — идеальный и действительный фазовые углы.

Приведенная формула верна при φ_И>φ_Д и φ_И<φ_Д, так как функ­ция сos.φ одинакова при положительном и отрицательном углах.

Практически в условиях эксплуатации угол расстройки не должен превышать 25—30°. При отклонении угла расстройки на ±30° вращающий момент изменяется незначительно. Так как cos.30°=0,867, то требуется увеличение напряжения на путевой обмотке на 13—14% по сравнению со случаем идеальных фазовых соотношений. При дальнейшей расстройке функции соs(φ_И – φ_Д) изменяется более резко, рельсовая цепь работает неустойчиво, так как дальнейшие незначительные возрастания расстройки приводят к заметному снижению вращающего момента и силы подъема сектора. При расстройке 60° требуется увеличить напряжение на путевой обмотке в два раза.

 

Трансмиттеры

Маятниковый трансмиттер МТ-1 применяют для импульсного питания рельсовых цепей постоянного тока. Он вырабатывает импульсы тока с интервалами между ними: длительность импульсов и интервалов одинакова и равна 0,3 с.

Основными частями маятникового трансмиттера (рис. 2.11) являются электромагнитная система, ось с шайбами и маятником и контактная система. Электромагнитная система состоит из двух сердечников 1 с полюсными наконечниками, между которыми помещен якорь 2. На ось якоря насажены маятник 3 и гетинаксовые шайбы 4, 5 и 6, которые переключают контакты. На сердечники помещены катушки К1 и К2. Якорь насажен на ось так, чтобы в спокойном положении маятника ось якоря не совпадала с магнитной осью M1 и М2. В этом положении кулачковой шайбой 4 замкнут управляющий контакт УК. При включении тока якорь 2 под действием магнитного поля поворачивается против часовой стрелки, стремясь занять положение по оси М1-М2. Вместе с якорем поворачиваются маятник и кулачковые шайбы 4, 5 и 6. Управляющий контакт при этом размыкается и размыкает цепь питания обмоток. Маятник по инерции продолжает замедленное движение за счет запасенной кинетической энергии, затем под действием силы тяжести маятник вместе с осью и якорем начинает движение в обратном направлении. Проходя исходное (среднее) положение, шайба 4 замыкает контакт УК, включая обмотку. Однако маятник по инерции еще продолжает движение, затем движение возобновляется против часовой стрелки.

При прохождении якоря через среднее положение снова замыка­ются контакты УК, и обмотки включаются. Якорь вместе с маятни­ком получают дополнительное усилие. Таким образом, за счет энергии источника питания при каждом прохождении среднего по­ложения маятник получает дополнительное ускоряющее усилие, устанавливаются незатухающие автоматические колебания. Транс­миттер МТ-1 совершает 95—115 колебаний в минуту. С такой же частотой замыкаются и размыкаются контакты 31-32 и 41-42. Через эти контакты в рельсовую цепь передаются импульсы тока. Трансмиттер МТ-2 имеет аналогичное устройство и отличается длительностью вырабатываемых импульсов и интервалов. Он совер­шает 40 + 2 колебаний в минуту, его контакт 31-32 замкнут и разом­кнут в течение (0,75 + 0,1) с, а контакт 41-42 замкнут в течение (1+0,05) с, а разомкнут в течение (0,5 + 0,1) с. В положении покоя контакт 41-42 замкнут, а контакт 31-32 разомкнут. Трансмиттер МТ-2 применяют в схемах включения светофоров для обеспечения мигающего режима горения ламп. Маятниковые трансмиттеры рассчитаны для работы от источников постоянного тока напряже­нием 12 и 24 В.

 

 

Рис. 2.11. Принципиальная схема маятникового трансмиттера МТ-1

 

Кодовые путевые трансмиттеры переменного тока КПТШ служат для образования кодовых сигналов, используемых в системах число­вой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигна­лизации.

Трансмиттеры КПТШ-515 и КПТШ-715 используют в системе число­вой кодовой автоблокировки и АЛСН переменного тока 50 Гц, КПТШ-815 и КПТШ-915 — при частоте сигнального тока 75 Гц. Про­должительность кодового цикла у трансмиттеров КПТШ-515 и КПТШ 815 составляет 1,6 с, а у трансмиттеров КПТШ-715 и КПТШ-915 — 1,86 с.

Основными частями трансмиттера являются однофаз­ный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, редуктор, кулачковые шайбы и контактная система. Статор имеет две обмотки, смещенные в пространстве на угол 90°. Параллельно одной из обмо­ток у трансмиттеров, работающих от переменного тока 50 Гц, включен конденсатор емкостью 6 мкФ для расщепления фазы (у трансмит­теров, работающих от тока частотой 75 Гц, для этой же цели включен конденсатор емкостью 2 мкФ последовательно с обмоткой).

Благодаря пространственному смещению обмоток и электрическо­му смещению тока в одной из них включением конденсатора