устройство для снижения индуктивного влияния электрических железных дорог на смежные коммуникации связи

Формула изобретения

Устройство для снижения индуктивного влияния электрических железных дорог на смежные коммуникации связи, 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, второй канал 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, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными генератором и блоком регулировки усиления, подключенными ко второму управляемому входу регулируемого источника тока.

Описание изобретения к патенту

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 мешающих влияний силовых полей, в котором предусматривается компенсация амплитудно-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 патенте 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 амплитуды 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, вводя отрицательную обратную связь по каждой гармонике в отдельности, в силу приведенных выше обстоятельств. Сведенья об этом, как и сведения о каких-либо селективных фильтрах в данном патенте 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 воздействие 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.

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 в блоке, преобразуют в сигнал компенсирующего воздействия в блоке, 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 при осуществлении способа.

Описанное 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, имеет недостаток, заключающийся в его малой эффективности, обусловленной тем, что в режиме, когда компенсирующий ток максимален, система компенсации, включающая объекты и цепи обратной связи, находится на границе устойчивости.

Задача решаемая изобретением - повышение защитного действия на смежные линии связи в режиме максимальной компенсации сигнала электромагнитной помехи путем дополнительного изменения величины компенсирующего тока.

Это достигается введением в устройство последовательно соединенных и подключенных ко второму управляемому входу регулируемого источника тока генератора и блока регулировки усиления.

Работа устройства для снижения индуктивного влияния основана на использовании свойств колебательных систем с параметрами, периодически меняющимися во времени. Согласно этим свойствам при дополнительных периодических изменениях величины компенсирующей силы появляется дополнительное демпфирование, чем обеспечивается устойчивость колебательной системы, включающей колебательный контур, образованный обратным проводом и землей, защищаемую линию и цепь обратной связи в условиях максимальной тока компенсации, т.е. обеспечивается параметрическая стабилизация системы.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит последовательно соединенные генератор 21 и блок регулировки усиления 22, подключенные ко второму управляемому входу регулируемого источника тока 9, с помощью которых посредством изменения коэффициента усиления последнего дополнительно периодически изменяется величина компенсирующего тока в режиме его максимальной величины в обратном проводе 15. Таким образом, обеспечивается устойчивость колебательной системы, включающей колебательный контур, образованный обратным проводом и землей, защищаемую линию и цепь обратной связи, т.е. обеспечивается параметрическая стабилизация системы.

Устройство работает следующим образом. Датчик гармонических составляющих тягового тока 2, расположенный между контактной сетью 1 и обратным проводом 15, трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, с помощью n-звенного селектора 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 16. Каждую выделенную гармонику корректируют по фазе в n-звенном блоке 5 посредством n-звенного блока 6, и амплитуде в первом n-звенном блоке масштабных усилителей 7 с коэффициентами масштабирования Км(комп). Сформированные таким образом гармонические составляющие, подлежащие компенсации, с выхода блока 7 поступают на первую группу входов смесителя 8, выход которого подключен к управляемому входу регулируемого источника тока 9.

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 в блоках 13 и 14 и амплитуде во втором n-звенном блоке масштабных усилителей 23 с коэффициентами масштабирования Км(ос), выбранными в соответствии с соотношением Км(комп)-Км(ос)=1. Блоки 11, 12, 13, 14 и 23 образуют канал обратной связи 10. С помощью дополнительной обратной связи 17, посредством цепочки, состоящей из блоков 18, 19 и 20, определяется зависимость сигнала компенсирующего тока от фактического уровня помехи в смежной линии связи. 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. В режиме, когда компенсирующий ток в обратном проводе имеет максимально допустимое значение, с помощью генератора 21 и блока 22 регулировки усиления дополнительно изменяют мгновенное значение коэффициента передачи регулируемого источника тока и, следовательно, величину компенсирующего тока, причем амплитуду и частоту изменения выбирают таким образом, чтобы обеспечить устойчивость системы компенсации электромагнитной помехи в этом режиме. Необходимо отметить, что для того, чтобы заявляемое устройство отвечало поставленной задаче, регулируемый источник компенсирующего тока дополнительно снабжен вторым управляемым входом.

Источники информации

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

2. Патент РФ №2248281, В60М 3/00, Н02J 3/20, Бюл. №8, 20.03.2005.