Передающие устройства рельсовых цепей тональной частоты

В настоящее время на сети железных дорог России в системах железно-дорожной автоматики широкое применение получили рельсовые цепи то-нальной частоты ТРЦ3 и ТРЦ4, обладающие рядом эксплуатационных и тех-нических преимуществ. В данном пункте рассматриваются основной состав наиболее распространенной аппаратуры тональных рельсовых цепей ТРЦ3, принципы ее работы, технические характеристики.

 

Передающие устройства ТРЦ3включают в себя:

– путевой генератор ГП3;

– фильтр питающего конца ФПМ.

Генератор ГП3 предназначен для формирования амплитудно-модули-рованных (манипулированных) сигналов. Представим его принципиальную схему (рис. 2.11). Генератор ГП3 содержит выпрямитель – диодный мост (VD1–VD4) со сглаживающими конденсаторами С2, С3 и параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне VD7 с балластными резисторами R13, R14 и конденсаторами С4, С5 (для исключения паразитных связей по цепям питания). Выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямле-

 

ние и получение двух двуполярных напряжений: нестабилизированно-го ± 20 В – для питания транзисторных схем; стабилизированного ± 9 В – для питания микросхем. Электропитание ГП3 осуществляется от источника од-нофазного переменного тока частотой 50 Гц, с номинальным напряжении-ем 35 В (выводы 41 и 43) и допустимыми изменениями его от 31,5 до 36,8 В. Ток, потребляемый ГП3, должен быть не менее 1,1 А.

 

Электрическая схема генератора, кроме выпрямителя, имеет следующие функциональные узлы:

– генератор несущих частот;

– генератор модулирующих частот и манипулятор;

– предварительный усилитель;

– регулятор выходного напряжения;

– выходной усилитель.

 

 

                         

 

 

 

	+Un1
А1	23

 

1	41	43	2	4
4	25	26	17	20

R1

 

23	6					7			DD1		16
									ГНЧ
21	7					8		D3			Fн
								D4			4
22	8					9				1МГц
								D5
13	5					6
								D6
11	9					12
								D7
						10
								D8
						13
								D9
						11

D10

                   

14

                                         

Gb1

   

_+En 28 +Un1

                                   

GB

                     

15

   

27

               

Gb2

DD2

 

-Un1

                                                   

16

                   

13

                                                                         

Fн

МН

 

Q

             

24

                      17                  

1МГц

   

Fm

                                              6                         Q   42          

18

Fм8

   

28+Un1

                                              +En  

33

         

19

      27-Un1            

Fм12

       

31

         

1

                                               

 

 

				+20 B		R13
				+Un2
R2
	VD1		+
VT1		VD3
			C2	C2
	VD2					VD7
					C3
-Un1		VD4	+			R14
			C3
			-20 B	-Un2
	C9		+Un1		24
	c
	C10		-Un1
b	a
	16
					5	+Un2
	R4		R7
	1
	C1		VT4
	VT2
						4
			R6		2
	VT3					VD5
R3	C11		VT5
		R5		R8
					7	-Un2

 

+Un1

 

+9 B

 

+ C4 C5

 

 

	22	62
-Un1	21	12
-9 B
		61

 

 

R10                 ₈₃

 

15

 

R9

 

13                 53

 

 

R11

 

 

R12

 

 

VD6

 

						А2
														10			3
		TV										C12
72	1	4				4						R18		R19
								VT6			VT8
									R16
						8								9			52
	2	5											6
		6				C6
								VT7			VT9
	3	7							R17				19	А1
				8			R15			VD10
										VD11						ХР
			73	63	82		3			11					18	51
							81

 

Рис. 2.11. Электрическая схема генератора ГПЗ

 

Конструктивно генератор ГП3 имеет два исполнения – ГП3-8,9,11 и ГП3-11,14,15, отличающихся значениями формируемых несущих частот и трансформаторами ТV. Элементы электрических схем генераторов разме-щаются на двух печатных платах А1 и А2. Генераторы предназначены для установки на стативах релейных шкафов или постах электрической центра-лизации в штепсельные розетки реле НШ.

 

Генератор несущей частоты выполнен на микроузле ГНЧ (DD1). Микро-узел содержит генератор, вырабатывающий непрерывный сигнал прямо-угольной формы, с частотой 1 МГц и кварцевой стабилизацией (кварц GB), а также управляемые делители частоты. В зависимости от внешней перемычки между входами D3 – D10 и минусом источника питания U _{n 1} делители частоты формируют один из сигналов несущей частоты на выходе F_н. Приведем час-тоты формируемых амплитудно -модулированных сигналов и соответствую-щие им настроечные перемычки (табл. 2.1).

 

Таблица 2.1

 

Настроечные перемычки генератора на несущие и модулирующие частоты

 

		Частота не-	Частота моду-	Перемычки ХР,	Выходные
Тип ГП3	№ чертежа	сущего сигна-	лирующего	определяющие
					клеммы ГП3
		ла,Гц	сигнала, Гц	частоту настройки
		420	8	81-73, 62-42, 12-23
			12	81-73, 62-33, 12-23
ГП-8,9,11	36601-00-00	480	8	12-21, 62-42, 81-63	2 – 52
			12	12-21, 62-33,81-63
		580	8	12-22, 62-42, 81-82
			12	12-22, 62-33, 81-82
		580	8	81-73, 62-42, 12-22
			12	81-73, 62-33, 12-22
ГП-11,14,15	36601-00-01	720	8	12-13, 62-42, 81-63	2 – 52
			12	12-13, 62-33, 81-63
		780	8	12-11, 62-42, 81-82
			12	12-11, 62-33, 81-82

 

Генератор модулирующих частот и манипулятор собран на микроузле МН (DD2). Микроузел включает в себя манипулятор, осуществляющий ампли-тудную манипуляцию сигнала на выходах Q и Q и управляемые делители частоты, которые, в зависимости от перемычки между входами Fм8 или Fм12 и источником питания U _п1, формируют один из сигналов частоты модуляции Fм со скважностью, равной двум. Частота 8 Гц образуется при ус-тановке внешней перемычки между выводами 64 и 42, а частота 12 Гц – при перемычке между выводами 62 и 33.

 

Предварительный усилитель мощности, выполненный на транзисторах (VТ2–VТ5), представляет собой двухкаскадный усилитель с ключевым режи-

 

мом работы транзисторов. Как известно, в ключевом режиме (режим насы-щения) транзисторы находятся в двух состояниях: полностью открыты, и па-дение напряжения на них близко к нулю, или закрыты, и тогда ток, проте-кающий через них, близок к нулю.

 

В обоих состояниях потери мощности внутри транзисторов невелики, что значительно облегчает условия работы транзисторов и позволяет получить относительно высокий кпд усилителя.

Регулятор выходного напряжения содержит последовательно соединен-ные, посредством внешней перемычки на выводах 83–72, резисторы R9–R11

и обмотку 1–3 трансформатора ТV. Ток в этой цепи, а следовательно, напря-жение на обмотке (выводы 1 и 3) трансформатора ТV и выходе (выводы 2 и 52) генератора регулируют переменным резистором R11.

Трансформатор ТV в цепи регулятора напряжения обеспечивает гальваническую развязку от входной цепи выходного усилителя. При этом сопротивление трансформатора ТV, приведенное к обмотке 4–5, выбрано та-ким, чтобы было существенно меньше входного сопротивления выходного усилителя. Это позволяет исключить возрастание выходного напряжения при различных повреждениях в цепи регулятора и изменение входного сопротив-ления выходного усилителя от температуры.

 

Для исключения искажений амплитудно-манипулированных сигналов при выведенном резисторе R11 трансформатор ТV настраивают конденсато-ром С6 в резонанс на несущую частоту, а последовательно с его обмоткой (выводы 1 и 3) включают постоянные резисторы R9, R10.

 

При установленной внешней перемычке 83 и 72 можно регулировать рези-стором R11 выходное напряжение генератора в пределах 2…12 В при немоду-лированном сигнале (установив внутреннюю перемычку между клеммами ”а” и ”с”) или в пределах 1…6,4 В – при модулированном выходном сигнале (устано-вив внутреннюю перемычку между клеммами ”а” и ”b”).

Выходной усилитель имеет два каскада усиления (транзисторы VТ6, VТ7

и VТ8, VТ9), построенные по схеме с общим коллектором, и работает в ли-нейном режиме. Он обеспечивает усиление по току и возможность регулиро-вания напряжения сигнала на выходе (клеммы 2–52). За счет 100 % - й отри-цательной обратной связи в усилителе исключены изменения выходного напряжения от изменения коэффициента усиления транзисторов. Питание к выходному усилителю подается внешними перемычками между выводами

3,4 и 51,61.

Номинальная выходная мощность усилителя 20 В⋅А. На номинальной на-грузке сопротивлением 7 Ом он обеспечивает напряжение не менее 12 В – при немодулированном сигнале и не менее 6,4 В – при модулированном. При необходимости получить более мощный сигнал к генератору ГП3 предусмат-

 

ривается подключение дополнительного путевого усилителя типа ПУ1. В этом случае питание на выходной усилитель не подается (перемычки 3,4 и 51,61 не устанавливаются). Вместо перемычки 83 и 72 устанавливают пере-мычку 83 и 2, а вход дополнительного усилителя ПУ1 подключают к выводам 53 и 83 генератора ГП3.

 

На передней панели кожуха блока ГП3 имеются отверстия, в которые на-ружу выведены ручка резистора R11 и два светодиода. Положение ручки ре-зистора R11, во избежание самопроизвольного поворота, фиксируется сто-порным устройством.

 

Ровное свечение светодиода VD11 свидетельствует о наличии питания на выходном каскаде. Мигающее (с частотой модуляции) свечение светодиода VD6 соответствует наличию на выходе предварительного усили-теля амплитудно-манипулированного сигнала. Непрерывное свечение све-тодиода VD6 соответствует наличию непрерывного сигнала несущей часто-ты, отсутствие свечения указывает на неисправность или отсутствие электропитания.

 

На печатной плате А1 внутри генератора ГП3 расположены технологиче-ские контакты “а”, “в”, “с”. Перемычка, установленная между контактами ”а” и ”в”, обеспечивает поступление на вход предварительного усилителя ампли-тудно-модулированного сигнала. Перемычка, установленная между ”а” и ”с”, обеспечивает поступление непрерывного сигнала несущей частоты.

 

Путевой фильтр

 

 

Фильтр путевой (ФПМ) предназначен для следующего обеспечения: тре-буемого обратного входного сопротивления питающего конца рельсовой цепи; защиты выходных цепей генератора от влияния токов локомотивной сигнали-зации, тягового тока и атмосферных перенапряжений, поступающих с рельсо-вой линии. Важнейшей функцией фильтра является также обеспечение тре-буемого, по условиям работы рельсовых цепей в шунтовом и контрольном режимах, обратного входного сопротивления питающего конца рельсовой це-пи. Кроме этого, он служит для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабеля и получения на нем требуемых напряжений при относи-тельно низких выходных напряжениях генератора. Путевые фильтры выпус-каются двух типов: ФПМ-8, 9, 11 (настраиваемый на частоты 420, 480, 580 Гц) и ФПМ-11, 14, 15 (настраиваемый на частоты 580, 720, 780 Гц).

 

Фильтр ФПМ (рис. 2.12) содержит трансформатор TV в качестве индуктив-ности и конденсаторы С1–С8. Входной сигнал от генератора ГПЗ подается на входные выводы фильтра 11 и 71. Фильтр представляет собой последователь-ный контур и настраивается на требуемую частоту (в резонанс напряжений)

 

 

установкой внешних перемычек между выводами трансформатора TV (41, 42, 43) и выводами конденсаторов (23, 22, 21, 83, 82, 81, 73, 72).

 

Одновременное изменение индуктивности и емкости при настройке фильтра позволяет иметь примерно одинаковые входные сопротивления на различных частотах. Это положительно сказывается на режиме работы гене-ратора.

 

Рис. 2.12. Принципиальная схема фильтра ФПМ

 

В фильтре ФПМ-8, 9, 11 на частоте 420 Гц используется вся индуктив-ность трансформатора (вывод 43 блока). На частотах 480 и 580 Гц она уменьшается примерно пропорционально частоте (выводы 42 и 41 – соот-ветственно). В фильтрах типа ФПМ-11,14,15 выводы 43, 42 и 41 используют-ся, соответственно, для настройки на частоты 580, 720 и 780 Гц.

Представим ориентировочные (полученные расчетным путем) перемычки для настройки фильтров в зависимости от значений несущих частот

(табл. 2.2).

Для учета фактических значений емкости конденсаторов, индуктивности трансформатора, а также влияния емкости кабеля, подключаемого к выходу фильтра, он окончательно настраивается при регулировке рельсовой цепи. Регулировка фильтра осуществляется путем изменения емкости конденсато-ра при одновременном контроле равенства напряжений на индуктивности

 

(выводы 23 и 11) и конденсаторе (выводы 23 и 71). Для этой цели отдельные перемычки, идущие от конденсаторов С1– С8, добавляют или снимают. При этом вывод 23 всегда соединен с одним из выводов (41, 42, 43) трансформа-тора TV. Например, при напряжении на входе фильтра от трех до четырех вольт и настройке его на резонансную частоту напряжение на индуктивности или емкости фильтра ФПМ-8,9,11 должно быть не менее 35 В.

 

Целью настройки является получение максимума напряжения на выходе блока, что соответствует равенству напряжений на индуктивности (выводы 23 и 11) и емкости (выводы 23 и 71).

 

Таблица 2.2

 

Настроечные перемычки путевого фильтра

 

Тип фильтра	Частота, Гц	Величина	Перемычки
		емкости, мкФ
	420	4.85	43-23-22-21-83
ФПМ 8, 9, 11	480	4.38	42-23-22-21
	580	4.07	41-23-22-73-81
	580	4.07	43-23-22-73-81
ФПМ 11, 14, 15	720	3.68	42-23-82-21-83
	780	3.57	41-23-81-21-83

 

Фильтры имеют три выхода, отличающиеся различным выходным сопро-тивлением (выводы 61 и 12, 62 и 12, 63 и 12). Эти выходы используют в зави-симости от условий применения рельсовых цепей.

 

На участках с низким сопротивлением балласта, при относительно корот-ких длинах рельсовых цепей, используют выход I (выводы 63 и 12) – при электротяге и выход II (выводы 62 и 12) – при автономной тяге. Выход III (вы-воды 61 и 12) применяют при централизованном расположении аппаратуры (на прилегающих к перегону станциях).

 

Выходное сопротивление блока на выходе I (выводы 63 и 12) составляет примерно 140 Ом. На участках с электротягой, при наличии в схеме рельсо-вых цепей защитного резистора, такое выходное сопротивление обеспечива-ет оптимальное сопротивление питающего конца (0,4 Ом – по условиям ра-боты при низком сопротивлении балласта). На участках с автономной тягой, при отсутствии в схеме рельсовой цепи защитного резистора, сопротивле-ние 0,4 Ом обеспечивается использованием выхода II ФПМ (выводы 62 и 12)

 

с выходным сопротивлением примерно 400 Ом. При этом мощность сигнала

с выхода генератора уменьшается более чем в 2 раза (по сравнению с выхо-дом I ФПМ на выводах 63 и 12), что упрощает технические решения по ис-

 

 

пользованию на участках с автономной тягой в качестве резервного источни-ка питания аккумуляторных батарей.

 

Выход III (выводы 61 и 12) имеет выходное сопротивление 800 Ом. Он является наиболее энергетически выгодным и может использоваться в рель-совых цепях на участках с нормальным сопротивлением балла-

ста: r _и ≥ 1 Ом⋅км. Например, в системе ЦАБ-АЛСО при длине ТРЦЗ без изо-

лирующих стыков,	равной 1000 м,	ее работа обеспечивается	при
r и = 0,7Ом⋅км.При	выводах 63–12	работа ТРЦЗ возможна	при
r и = 0,55Ом⋅км.

Входное сопротивление ненагруженного фильтра составляет 5,5…6,5 Ом.