приховати рекламу

Електромагнітні реле залізничної автоматики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

1. Основні типи електромагнітних реле залізничної автоматики
На сьогоднішній час електромагнітні реле є основними елементами у пристроях автоматики і телемеханіки на залізничному транспорті. Незважаючи на інтенсивний розвиток і широке впровадження сучасних інтегральних мікросхем, мікропроцесорної та обчислювальної техніки в пристрої залізничної автоматики, електромагнітні реле продовжують залишатися головними і найбільш масовими елементами систем регулювання рухом поїздів на перегонах і станціях. В економічно розвинених країнах не тільки продовжують експлуатуватися пристрої залізничної автоматики, які містять десятки мільйонів електромагнітних реле, але і ведуться розробки нових типів реле [1,2]. Таке широке застосування електромагнітних реле в пристроях автоматики на залізничному транспорті обумовлено їх наступними перевагами в порівнянні з напівпровідниковими приладами:
- Висока надійність роботи в складних кліматичних умовах;
- Повний електричний розрив комутованих ланцюгів при розімкнутих контактах, і мале, стабільне перехідний опір при замкнутих контактах;
- Відсутність гальванічної зв'язку між керівниками і вихідними колами, а також можливість одночасно комутувати кілька незалежних електричних ланцюгів з різними напругами і струмами;
- Простота експлуатації, що не вимагає для обслуговування висококваліфікованого персоналу і застосування складних і дорогих вимірювальних приладів;
- Висока перешкодозахищеність від атмосферних розрядів, тягових струмів, впливу радіації, різких коливань живлячих напруг.
Аналіз розвитку схемотехніки сучасних пристроїв залізничної автоматики в Україні та за кордоном показує, що електромагнітні реле будуть застосовуватися ще досить тривалий період часу [1,2]. Це, перш за все, пов'язано з тим що, схемотехніка пристроїв залізничної автоматики дуже консервативна, тому що від її роботи залежить безпека перевізного процесу. Тому впровадження будь-якого нового пристрою або модернізація старого обладнання вимагають ретельних випробувань на безпеку, як в лабораторних, так і експлуатаційних умовах. До того ж досі не розроблено напівпровідникових елементів, що є по надійності рівноцінною заміною електромагнітних реле першого класу надійності, що забезпечують безпеку руху поїздів.
Існує велика кількість різновидів і типів реле, але всі вони мають дві основні частини [3]: 1) сприймаючу частина, яка реагує на зміну певного виду фізичної енергії, 2) виконавчу частину, яка безпосередньо проводить стрибкоподібне зміна струму у вихідному ланцюзі.
У техніці використовується велика кількість різновидів і типів реле, що відрізняються конструкцією, принципом роботи і т.п. Тому в основу класифікації реле можна брати різні ознаки. По виду фізичної природи енергії, на яку реагує сприймає частина, всі реле можна розбити на наступні класи (рис. 1): електричні, механічні, теплові, оптичні, пневматичні, акустичні, рідинні і газові [3].

Рис. Класифікація реле по увазі керуючого впливу

Повна класифікація всіх видів реле дана в [3]. У пристроях автоматики і телемеханіки на залізничному транспорті найбільше поширення отримали електричні реле. Однак поряд з ними в автоматиці виникає необхідність використовувати й інші класи реле. Наприклад, в Автостопом на локомотивах використовуються пневматичні реле, що працюють за рахунок енергії стисненого повітря і приводять в дію поїзні гальма при наближенні до сигналів із заборонним показанням [4]. У схемі автоматичної переїзної сигналізації, застосовуються реле НМШТ-1440 і АНШМТ-310, які представляють собою поєднання електричного та теплового реле і використовуються в якості реле часу або для захисту від перевантажень [4].
Електричні реле - це реле, сприймає частина яких реагує на один з видів електричної енергії. Електричні реле, за принципом пристрою сприймає частини, діляться на: нейтральні електромагнітні реле; поляризовані електромагнітні реле; магнітоелектричні реле; електродинамічні реле; індукційні реле; напівпровідникові реле [3].
Нейтральним електромагнітним реле називають реле, дія якого заснована на взаємодії магнітного поля, створюваного електромагнітом, і якорі, виконаного з феромагнітного матеріалу. Дія нейтрального електромагнітного реле залежить тільки від значення струму, що протікає в обмотці електромагнітного реле, і не залежить від напрямку цього струму.
У пристроях залізничної автоматики найбільш широке поширення отримав клас нейтральних електромагнітних реле завдяки їх простій конструкції, а також надійної та безвідмовної роботі [4]. Конструкція будь-якого нейтрального електромагнітного реле складається з чотирьох основних вузлів: обмотка реле (розташовується або на сердечнику, або на якорі); нерухома частина магнітопроводу, складається з осердя і ярма; якір, являє собою рухливу частина магнітопроводу; контактна система. Залежно від конструкції магнітного ланцюга електромагнітні реле діляться на три типи [3]: реле клапанного типу; реле соленоїдного типу; реле з зовнішнім поперечно рухомим якорем. Основна маса нейтральних електромагнітних реле застосовуються в техніці є реле клапанного типу. Найбільш масові реле залізничної автоматики типів НМШ і РЕЛ також мають магнітну систему клапанного типу [4].
2. Експлуатаційно-технічні вимоги до параметрів реле залізничної автоматики
Електромагнітні реле, що експлуатуються в пристроях автоматики, повинні задовольняти великій кількості різних експлуатаційно-технічних вимог (ЕТТ), які часто є суперечливими і повністю не можуть бути задоволені в одній універсальній конструкції.
Всі параметри електромагнітних реле можна розділити на три типи [4]: ​​електричні, тимчасові і механічні.
До електричних параметрах електромагнітного реле відносяться: напруга (струм) спрацьовування реле; напруга (струм) відпускання реле; робоча напруга (струм) реле; напруга (струм) перевантаження реле; опір обмотки реле; перехідний опір замкнутих контактів; коефіцієнт запасу; коефіцієнт повернення ( коефіцієнт безпеки).
До часових параметрів електромагнітного реле відносяться: час спрацювання реле; час відпускання реле; час перельоту якоря з одного положення в інше.
До механічних параметрах будь-яких електромагнітних реле належать: висота антимагнітних штифта; хід якоря; межконтактний зазор; контактний тиск; неодночасність замикання або розмикання контактів; спільний хід контактів.
Крім перерахованих параметрів, роботу електромагнітного реле характеризують механічна і тягова характеристики. Механічна характеристика реле - це залежність механічних зусиль, подоланих якорем при його русі, від ходу якоря. Тягова характеристика - це залежність електромагнітної сили тяжіння створюваної електромагнітом реле, від величини повітряного зазору між якорем і сердечником при постійній магніторушійної силі (м.д.с.) [5].
Всі електромагнітні реле по надійності роботи поділяються на реле першого класу і реле нижчого класу надійності. У всіх пристроях залізничної автоматики, що забезпечують безпеку руху поїздів, застосовуються реле першого класу надійності типів НМ, НМШ і РЕЛ. На їх основі будуються робочі та контрольні ланцюга управління світлофорами і стрілками, рейкові кола, а також логічні схеми, які безпосередньо забезпечують безпеку руху поїздів. Реле залізничної автоматики розробляються, виготовляються та експлуатуються з урахуванням спеціальних експлуатаційно-технічних вимог (ЕТТ) щодо забезпечення надійності, які розроблені та затверджені Управлінням сигналізації, зв'язку та обчислювальної техніки МПС [6,7].
Згідно ЕТТ електромагнітні реле СЦБ першого класу надійності повинні виключати небезпечні відмови. Для цього вони повинні відповідати таким основним вимогам.
Фронтові і загальні контакти не повинні зварюватися за будь-яких умовах експлуатації. Для фронтових контактів застосовується вугілля з металевим наповненням, а для загальних контактів срібло або його сплави.
2. Якір повинен повертатися в початковий стан і замикати тилові контакти при знятті напруги з обмоток або зменшенні його до величини напруги відпускання під дією сили тяжіння.
3. Можливість залипання якоря після виключення живлення повинна бути виключена. Для цього між якорем і сердечником завжди повинен бути залишковий повітряний зазор, який реалізується за допомогою антимагнітних бронзового штифта, укріпленого на якорі. У нормальнодействующіх реле висота штифта повинна бути не менш 0,2 мм , А у медленодействующіх реле - 0,15 мм .
4. Всі тилові контакти реле повинні розмикатися при замиканні хоча б одного фронтового контакту і навпаки. Дана вимога виконується тільки в реле першого класу надійності типу РЕЛ.
ЕТТ до реле першого класу надійності включають в себе також вимоги до електричних параметрах, до контактів і конструкції реле.
Основні вимоги до електричних параметрів електромагнітного реле першого класу надійності: напруга спрацьовування не більше 0,8 від номінального; напруга відпускання не менше 0,08 від номінального; напруга (струм) спрацьовування реле, виміряний при одній полярності, не повинно перевищувати напругу (струм) спрацьовування при іншій полярності більш ніж на 20%, коефіцієнт повернення для колійних реле повинен бути не менше 0,5, вогневих реле не менше 0,3, у інших не менш 0,2; обмотка реле повинна тривалий час витримувати напруги перевантаження, рівне дворазовому номінальному робочій напрузі.
Основні вимоги до контактів реле першого класу надійності: перехідний опір фронтових контактів не більше 0,3 Ом, тилових контактів не більше 0,03 Ом; розчин контактів не менш 1,3 мм , А в момент перемикання контактів не менш 0,8 мм ; Спільний хід контактів повинен бути не менш 0,35 мм , А ковзання контактів для їх самоочищення у фронтових контактів повинно бути не менш 0,25 мм , А у тилових контактів не менш 0,2 мм ; Контактний тиск фронтових контактів не менш 0,294 Н (30 гр), а тилових контактів не менш 0,147 Н (15 гр); неодночасність замикання або розмикання контактів - не більше 0,2 мм.
ЕТТ до конструкції реле першого класу надійності включає наступне. Реле має мати конструкцію, що не вимагає додаткового схемного контролю відпускання якоря. Положення контактів повинно забезпечуватися механічним з'єднанням їх між собою і якорем. Штепсельні роз'єми реле повинні виключати можливість його помилкового включення. Корпус реле повинен виключати потрапляння всередину вологи, пилу і газів для усунення впливу зовнішнього середовища на роботу реле. Реле має стійко працювати при температурі навколишнього повітря від -40 до +60 0 С і відносній вологості до 95%, виміряної при температурі +20 0 С.
3. Аналіз методів контролю параметрів електромагнітних реле залізничної автоматики
Для забезпечення відповідності ЕТТ реле залізничної автоматики проходять трудомісткий процес регулювання та перевірки на заводах-виробниках, а також при вхідному контролі в РОТІ відразу після отримання і після тривалого зберігання. У процесі експлуатації реле як і періодично перевіряються і регулюються по всьому комплексу параметрів, тому що в процесі тривалої експлуатації параметри реле змінюються. В даний час всі основні роботи з ремонту, регулюванню та перевірку параметрів реле зосереджені на ремонтно-технологічних дільницях СЦБ [8,9].
Технологія перевірки електромагнітних реле першого класу надійності в РОТІ викладена в технологічній карті «Апаратура СЦБ. Технологічний процес ремонту РМ32-ЦШ 09.36-85 »[10]. Згідно [10] ремонт та перевірка приладів СЦБ виконується з дотриманням принципу подвійної перевірки. Регулювання і вимірювання електричних, тимчасових і механічних параметрів реле здійснює електромеханік-регулювальник, а контрольну перевірку та пломбування - інший електромеханік або старший електромеханік, що має право прийому апаратури і друк для пломбування. Відповідно до технічних умов (ТУ) заводу-виробника для електромагнітних реле першого класу надійності типів НМШ (ТУ32ЦШ72-76) і РЕЛ (ТУ32ЦШ451-86) виміру у процесі перевірки та ремонту реле в РОТІ підлягають наступні параметри:
1) електричні параметри: напруга (струм) спрацьовування реле при прямій полярності; напруга (струм) спрацьовування реле при зворотній полярності; напруга (струм) відпускання реле; опір обмотки реле; перехідний опір контактів;
2) тимчасові параметри: час спрацювання реле; час відпускання реле;
3) механічні параметри: висота антимагнітних штифта; межконтактний зазор в крайніх положеннях якоря і при перельоті контактів; спільний хід фронтових і тилових контактів; контактний тиск фронтових і тилових контактів; неодночасність замикання фронтових і тилових контактів.
Гарантувати безвідмовну роботу реле протягом заданого терміну експлуатації можливе лише за умови точного вимірювання їх електричних, тимчасових і механічних параметрів, а також відповідності цих параметрів ТУ заводу-виготовлювача і технологічними картами на ремонт реле в РТУ. Електромеханік при перевірці нейтральних реле в РТУ, у відповідності з технологічним процесом, повинен виконати вимір не менше п'яти механічних, п'яти електричних і двох часових параметрів. При цьому загальне число вимірювань, що припадають на одне реле, може досягати до 50 для механічних параметрів і до 21 для електричних параметрів, в залежності від кількості контактів і кількості обмоток реле.
Для вимірювання електричних параметрів реле в РОТІ використовують типовий універсальний стенд для випробування реле СЦБ, дешіфраторних осередків і трансмітерів типу СИ-СЦБ заводського виготовлення [11] або спрощений спеціалізований стенд, що виготовляється самостійно в РОТІ [9]. Стенд представляє собою набір регульованих вторинних джерел живлення, стрілочних електровимірювальних приладів, електросекундомера і допоміжних комутаційних пристроїв. Стенд дозволяє вимірювати напругу (струм) спрацьовування і відпускання реле постійного та змінного струму з напругою перевантаження до 250 В, а також перехідний опір контактів методом вольтметра-амперметра. Регулювання напруги (струму) на обмотці реле здійснюють за допомогою ЛАТР. В якості вимірювальних приладів до 1974 року застосовувались електромагнітні прилади М24 з установкою шунтів і додаткових резисторів, а з 1974 року зовнішній комбінований прилад Ц4312. Комбінований вимірювальний прилад Ц4312 має клас точності 1,0 по постійному і 1,5 за змінним струмом, а прилади М24 - 1,5 по постійному і 2,5 по змінному струмі.
Вимірювання опору обмотки реле виробляють будь-яким способом, що забезпечує погрішність не більше ± 1%. Для вимірювання опору обмоток реле використовують ампервольтметр Ц4312 або омметр Щ-30. Для струмових реле, що мають малий опір обмотки, використовують міст постійного струму. Наявність короткозамкнених витків в обмотках реле визначають за допомогою окремого приладу [9], що представляє собою міст змінного струму. При насадці на сердечник котушки з короткозамкненим витками, індуктивний опір плеча зміниться, що призведе до розбаланс мосту, і відхилення стрілки міліамперметра.
Вимірювання перехідного опору контактів проводять чотирипровідних методом, що дозволяє виключити вплив з'єднувальних проводів на результати вимірювання. Через вимірювані контакти пропускають струм 0,5 А і за допомогою мілівольтметра вимірюють падіння напруги на контактах, значення якого буде пропорційно перехідному опору контактів. Якщо перехідний опір контактів більше норми, то роблять ще три виміри для виключення помилки [10]. Точне вимірювання перехідного опору контактів можливо тільки за наявності стабільного джерела струму, який в універсальному стенді СІ-СЦБ відсутня.
До недоліків технології вимірювання електричних параметрів реле належать:
- Невисокий клас точності вимірювальних приладів;
- Низька чутливість вимірювальних приладів електромагнітного типу;
- Нерівномірність шкали стрілочних вимірювальних приладів;
- Часті відмови вимірювальних приладів через зникнення електричних ланцюгів або збільшення перехідного опору в контактах перемикачів меж вимірювань;
- Відсутність у стенді стабілізованих джерел живлення, що збільшує похибку вимірювання;
- Ручне регулювання вихідної напруги (струму) за допомогою ЛАТР, що не забезпечує достатньої точності вимірювання;
- Велика кількість ручних операцій при вимірюванні параметрів реле (до 30 комутацій на одне реле).
Вимірювання часових параметрів реле здійснюється за допомогою універсального стенда для перевірки приладів СЦБ і електросекундомера типу ПВ-53Щ, вбудованого в стенд, або за допомогою зовнішнього цифрового вимірювача часових параметрів реле Ф291 [12]. Стрілочний електросекундомер ПВ-53Щ має крок виміру тимчасових інтервалів 10 мс, а цифровий вимірювач часових параметрів реле Ф291 - 1 мс.
Недоліками технології вимірювання часових параметрів реле є:
- Низька точність вимірювання часу спрацьовування і часу отпаданія нормальнодействующіх реле, особливо електросекундомером ПВ-53Щ;
- Неможливість виміру часу брязкоту контактів, так як воно зіставно, або менше кроку вимірювання електросекундомера ПВ-53Щ і Ф291;
- Можливість попадання електромеханіка під небезпечна напруга (220В) при вимірюванні часових параметрів електросекундомером ПВ-53Щ;
- Витрати часу на складання схеми вимірювання часових параметрів реле.
В даний час вимірювання механічних параметрів реле здійснюється різного роду пристосуваннями, шаблонами, граммометрамі, щупами тощо
Висота антимагнітних наклепу згідно ЕТТ до реле першого класу надійності нормується, так як вона робить істотний вплив на коефіцієнт повернення, електричні та інші параметри реле. Зараз ця операція проводиться вручну, за допомогою набору щупів № 2 і № 3 [10], причому електромеханік-регулювальник візуально визначає момент рівності вимірюваної величини і підбираються щупів. Також вимірювання висоти антимагнітних наклепу може проводитися за допомогою пристрою на базі стрілочного індикатора годинникового типу (люфтомір) [9], що дозволяє визначати висоту антимагнітних наклепу з точністю до 0,01 мм . Дана технологія вимірювання висоти антимагнітних наклепу відрізняється суб'єктивністю при оцінці вимірюваної величини, малою продуктивністю і вимагає від електромеханіка напруженого і виснажливого візуального контролю.
Спільний хід фронтових (тилових) контактів визначається ходом якоря від моменту прямого торкання замикаються контактів до моменту повного тяжіння (відпускання) реле. Вимірювання цього параметра проводиться щупами при візуальному контролі знаходження спільних контактів у зіткненні з фронтовими (тиловими). Необхідний спільний хід фронтових і загальних контактів забезпечують наступним чином. Між сердечником і якорем вводять щуп товщиною 0,4 мм і домагаються прямого торкання замикаються контактів при мінімально помітному просвіті 0,01 - 0,03 мм . Для визначення спільного ходу тилових контактів між якорем і сердечником вводять щуп товщиною 0,9 мм . При такому регулюванні спільний хід контактів буде не менш 0,35 мм згідно ЕТТ до реле першого класу надійності. Дана операція виконується для кожного контакту окремо, тобто для реле НМШ необхідно близько 16 послідовних вимірювань. Для зниження зорової напруги регулювальника до контактів підключають світлову або звукову індикацію для фіксації моментів замикання і розмикання контактів [9]. Даний метод вимірювання спільного ходу контактів володіє наступними недоліками:
- Не вимірюється реальна величина спільного ходу контактів, а тільки фіксується, відповідає чи не відповідає нормі вимірюване значення. У той же час значення цього параметра робить істотний вплив на напругу спрацювання і відпускання реле, перехідний опір контактів, контактний тиск і час спрацювання реле, що найбільш важливо, визначає ресурс роботи контактної системи;
- Висока зорова напруга електромеханіка-регулювальника;
- Значні витрати часу на регулювання, так як кожен контакт регулюється окремо.
В умовах РОТІ немає засобів, що дозволяють вимірювати значення неодночасність замикання фронтових і тилових контактів. Зараз у РОТІ проводиться візуальна оцінка параметра за допомогою застарілого пристосування [9], принцип роботи якого грунтується на підключенні контрольних лампочок в ланцюг перевіряються контактів. За неодночасність їх загоряння робиться висновок про неодночасність замикання контактів. Даний спосіб візуальної оцінки неодночасність замикання фронтових і тилових контактів дуже суб'єктивний і не дозволяє однозначно визначити відповідає параметр вимогам ЕТТ чи ні.
Вимірювання контактного тиску здійснюється вручну за допомогою граммометра годинного типу Г-10-60 [10]. Контактна тиск вимірюють шляхом відтягування фронтового (тилового) контакту від загального і відліку показань в момент їх розмикання. Для підвищення точності відліку додають світловий або звуковий контроль розмикання контактів [9]. При цьому більш точно фіксується момент розмикання контактів і виключається досить втомлива для регулювальника операція візуального контролю за положенням контактів. Статистичні спостереження показують, що недоліком даного способу вимірювання контактного тиску є досить висока похибка. Вона зумовлена ​​як суб'єктивністю при визначенні моменту відліку показань, так як напрям зусилля і точка докладання зусиль при зволіканні контакту встановлюються електромеханіком вручну, так і похибкою самого граммометра. Граммометр Г-10-60 необхідно утримувати в руці на рівні поздовжньої осі вимірюваного контакту, оскільки будь-які відносні відхилення від цієї осі призводять до збільшення похибки вимірювання. Висока похибка вимірювання контактного тиску (до 30%) відображається на якості регулювання реле в РТУ і в сильному ступені впливає на їх комутаційний ресурс [13].
З проведеного аналізу технології перевірки реле в РОТІ можна зробити наступні висновки:
- Для перевірки електричних і тимчасових параметрів реле в даний час застосовуються морально застарілі стенди, не забезпечують необхідну точність;
- Результати вимірювань характеризуються високою суб'єктивністю, яка обумовлена ​​ручним управлінням виконавчими пристроями, недоліками стрілочних вимірювальних приладів безпосередньої оцінки (інерційністю, нелінійністю шкали, низькою чутливістю), а також відсутністю відповідності між допусками по відхиленню вимірюваної величини і класом точності вимірювального приладу;
- Процес вимірювання параметрів реле трудомісткий, стомлюючий і вимагає від електромеханіка високої кваліфікації, постійного зорового напруження і значних витрат часу, так як практично всі операції технологічного процесу перевірки параметрів реле виконуються вручну;
- Продуктивність праці є низькою через не високій швидкості вимірювань, а також втрат часу на складання схем вимірів і опрацювання результатів.
Статистичні дослідження, проведені на кафедрі АТС ДІІТу, показали, що до 10% реле випускаються з РОТІ з браком, тобто їх параметри лежать поза допустимими межами, а величина межконтактного зазору при перельоті якоря може відхилятися від норми до 35% [14]. Резерви підвищення якості перевірки реле та продуктивності праці при використанні існуючої технології і вимірювальних приладів практично вичерпані, тому для усунення даних недоліків необхідне оснащення РОТІ стендами, що дозволяють автоматизувати вимірювання параметрів і характеристик електромагнітних реле залізничної автоматики.
4. Автоматизовані стенди для вимірювання та контролю параметрів реле
Розробка методів вимірювань і автоматизованих вимірювальних стендів (АІС) для перевірки параметрів реле залізничної автоматики почалася ще в 70-ті роки [15,16,17]. В Уральському відділенні ЦШ МПС в 1976-1979 роках проводились роботи зі створення напівавтоматичного вимірювального стенду з перевірки параметрів реле [13]. У результаті даної роботи були запропоновані методи автоматизації вимірювання параметрів реле, а також розроблений і виготовлений макетний зразок стенду. Стенд призначався для автоматизації технологічного процесу вимірювання параметрів реле в РТУ і при вихідному контролі на заводах-виробниках. Даний стенд повинен був вимірювати наступні параметри електромагнітних реле: напруги спрацьовування і відпускання реле; перехідний опір контактів; час спрацьовування і відпускання реле з точністю ± 1мс; неодночасність замикання контактів; межконтакний зазор при перельоті контактів і в крайніх положеннях; фізичний зазор реле; контактний тиск для реле типу НР; висоту антимагнітних наклепу (за допомогою контрольного щупа при знятому кожусі реле).
Для вимірювання механічних параметрів без зняття кожуха в даному стенді пропонувалося використовувати струмовихровий вимірювач переміщення якоря [13], який дозволяв отримати на виході напругу пропорційне координаті якоря x (t). Промисловий зразок стенду не був виготовлений, так як він мав цілу низку недоліків, основними з яких є:
- Струмовихровий датчик для вимірювання механічних параметрів реле був ненадійним в роботі, вимагав ретельної настройки і калібрування для кожного перевіряється реле і не відрізнявся високою точністю і стабільністю показань;
- Обробка інформації проводилася в аналоговій формі, так як у стенді повністю відсутні цифрові мікросхеми. Наприклад, для зберігання аналогових величин пропонувалося використовувати інтегратори на базі операційних підсилювачів (ОП) і польових транзисторів, які мали малий час зберігання (30-40 хвилин), невисоку точність з-за розряду конденсаторів і помилки вноситься самим ОУ, а також відрізнялися складністю в виготовленні та налаштування. У результаті цього стенд мав невисокою точністю і низькою швидкодією;
- В якості елементної бази стенду використовувалася транзисторна техніка. Це призвело до того, що стенд вийшов громіздким, складним в обслуговуванні, мав високе енергоспоживання і вартість, а також вирізнявся невисокою надійністю роботи.
У 1983 році на кафедрі АТС ДІІТу були розпочаті роботи зі створення напівавтоматичного стенду для перевірки реле СЦБ на базі комплексу технічних засобів для локальних інформаційно-керуючих систем (КТС ЛІУС-2) [14,18,19,20,21]. Елементною базою КТС ЛІУС-2 є ІМС середнього ступеня інтеграції (серія К155) і мікропроцесорний комплект К580. Відповідно до технічного завдання на розробку напівавтоматичного стенду, він повинен був вимірювати наступні параметри реле: напруга спрацьовування і напруга відпускання реле; напруга повного підйому при прямій і зворотній полярності; час відпускання реле; опір обмотки реле та перехідний опір контактів; спільний хід контактів; межконтактное відстань; неодночасність замикання фронтових контактів; величину ходу якоря.
Для вимірювання механічних параметрів реле без зняття кожуха пропонувалося використовувати струмовихровий датчик положення якоря, а також додатковий оптоелектронний вимірювальний перетворювач на базі лазерного випромінювача (ІЛПН-205) і піроелектронного приймача випромінювання (МГ-30).
Розроблюваний стенд володів цілим поряд недоліків не дозволив довести його до промислового виготовлення:
- Низька надійність роботи стенду, обумовлена ​​вибором елементної бази (сам стенд і обчислювальний комплекс КТС ЛІУС виконані на базі мікропроцесорного комплекту К580 і цифрові мікросхеми середнього ступеня інтеграції типу К155);
- Застосування зовнішніх додаткових датчиків положення якоря, дозволяло створити тільки напівавтоматичний стенд, так як при перевірці кожного реле датчики вимагали індивідуального калібрування та налаштування;
- Невисока точність вимірювання часових параметрів реле (Dt = 1мс), не дозволяла вимірювати такі часові параметри реле як, час спрацювання реле, час перельоту контактів і час брязкоту контактів;
- Стенд не передбачав можливість вимірювання таких важливих параметрів реле як контактний тиск, висота антимагнітних наклепу, неодночасність замикання тилових контактів, час спрацювання реле;
- Висока вартість стенду, обумовлена ​​застосуванням дорогої обчислювальної системи на базі СМ 1803 та оптоелектронного лазерного вимірювального перетворювача.
У 1991 -1992 рр.. за завданням Управління сигналізації, зв'язку та обчислювальної техніки МПС інститут «Гіпротранссігналсвязь» розробив автоматизований комплекс РОТІ для перевірки характеристик реле (АРМ-РОТІ-Р) і для перевірки релейних блоків залізничної автоматики (АРМ-РОТІ-Б) [22,23,24] .
Автоматизований комплекс АРМ-РОТІ-Р виконаний у вигляді модуля, що працює під управлінням комп'ютера типу IBM, і дозволяє вимірювати характеристики залізничних реле типу НМШ і РЕЛ. Модуль АРМ-РОТІ-Р вимірює такі електричні і тимчасові параметри реле: напруга (струм) спрацьовування реле; напруга (струм) повернення реле; перехідний опір контактів і опір обмоток реле постійного струму; напруга (струм) спрацьовування при зміні полярності; час уповільнення реле на відпадіння.
Автоматизований комплекс дозволяє обчислювати механічні параметри реле: спільний хід контактів; неодночасність замикання і розмикання контактів; межконтактние зазори в різних положеннях якоря. Крім цього АРМ-РОТІ-Р дозволяє визначати наявність брязкоту контактів, а також наявність або відсутність прямого і повного спрацювання. Обчислення механічних параметрів відбувається по кривій перехідного процесу i (t), яка за допомогою АЦП заноситься в комп'ютер і піддається обробці за певним алгоритмом. У базі даних комп'ютера зберігається набір перехідних характеристик в усьому спектрі зміни механічних параметрів реле. При обчисленні механічних параметрів комп'ютер вибирає з бази даних найближчі криві переміщення якоря і на їх базі відомими методами апроксимації визначає необхідні параметри реле [24]. Результати вимірювань відображаються на екрані монітора, записуються в базу даних на магнітному диску і роздруковуються на папір у вигляді протоколу випробувань.
До недоліків стенду АРМ-РОТІ-Р можна віднести:
- Застосовуваний метод оцінки механічних параметрів реле по кривій струму i (t) має велику погрішність [24];
- Відсутність можливості вимірювання контактного тиску і висоти антимагнітних штифта;
- Модуль автоматизованого комплексу АРМ-РОТІ-Р виконаний на ІМС середнього ступеня інтеграції, в результаті чого воно має великими габаритами і вагою, високою вартістю і енергоспоживанням.
Крім стендів, що вирішували комплексне завдання автоматизації вимірювання параметрів реле, розроблялися і стенди, що вирішували завдання приватного характеру. Наприклад, стенди для автоматизації вимірювання окремих параметрів реле [25], системи контролю параметрів реле на базі стандартних джерел живлення типу Б5-47 (49) і універсальних цифрових вимірювальних приладів [26,27], стенди для автоматизації перевірки монтажу релейних блоків ЕЦ [28 , 29,30,31] і т.п. Але дані стенди були виготовлені або в одиничних екземплярах на дистанціях у РОТІ, або у вигляді лабораторних макетів і не набули широкого поширення із-за їх специфічності і занадто високу вартість.
5. Аналіз методів автоматизації вимірювання механічних параметрів реле
При автоматизації вимірювання параметрів електромагнітних реле найбільшу складність викликає розробка пристроїв для вимірювання механічних параметрів реле. Системи для вимірювання механічних параметрів реле електричними методами будуються за триланкової структурі: 1) первинний датчик, який здійснює перетворення механічного параметра в електричний сигнал, 2) блок перетворення, який реалізує обробку сигналу (масштабування, лінеаризація, і т.п.); 3) блок реєстрації.
Для розрахунку механічних характеристик реле необхідно знати координати положення якоря d при переміщенні в будь-який момент часу t. Всі методи контролю положення якоря d (t) можна розділити на два види: контактні і безконтактні [32].
Контактні методи контролю мають на увазі механічне з'єднання вимірювальної системи і перевіряється реле [33 - 38]. Загальний принцип роботи контактних датчиків заснований на кінематичному впливі досліджуваного реле на рухому частину вимірювальної системи. Переміщення рухомий частини призводить до зміни електричних параметрів вимірювальної системи і як наслідок до зміни електричного сигналу на виході датчика. За типом контрольованого електричного параметра вимірювального датчика, розрізняють індуктивні, ємнісні, резистивні (потенціометричні перетворювачі або тензодатчики) і оптоелектронні контактні системи.
Контактні способи не отримали широкого розповсюдження, тому що мали низку недоліків, що не дозволяють створювати на їх базі автоматизованих систем вимірювання механічних параметрів реле: необхідність зняття кожуха реле; велика кількість ручних операцій (підключення вимірювальної системи, калібрування датчика для кожного реле і т.п. ); значне зворотний вплив самої вимірювальної системи на механічні параметри реле; складність конструкції вимірювальної системи і великий час вимірювання параметрів одного реле.
Більш перспективними є безконтактні методи вимірювання механічних параметрів реле. У порівнянні з контактними, безконтактні методи дозволяють вимірювати механічні параметри реле без зняття кожуха реле, не роблять впливу на параметри самого реле, а також набагато простіше у виготовленні і експлуатації. Це дозволяє будувати на базі безконтактних датчиків переміщення якоря напівавтоматичні і автоматичні стенди для вимірювання механічних параметрів реле. Класифікація безконтактних датчиків наведена на рис. 2.
Ємнісні
Індукційні
Магнітні
(Датчики Холла)
Оптоелектронні
(Лазерні)
Безконтактні датчики вимірювання
механічних переміщень
Безпосередній метод контролю індуктивності обмотки реле
Блок-схема: процес: ЄмнісніБлок-схема: процес: ІндукційніБлок-схема: процес: Магнітні (датчики Холла)Блок-схема: процес: Оптоелектронні (лазерні)Підпис: УльтразвуковіПідпис: Безпосередній-ний метод кон-лю індуктивно-сті обмотки реле

Рис. 2. Класифікація безконтактних датчиків вимірювання механічних переміщень

Велику групу становлять індукційні датчики переміщення, принцип дії яких заснований на явищі електромагнітної індукції [13,39-44]. Датчик являє собою розімкнутий П - або Ш - образний магнітопровід, полюсні наконечники, якого замикаються якорем реле. На магнітопровід намотується вимірювальна обмотка, що включається в коливальний контур автогенератора LC-типу. При русі якоря, змінюється індуктивність контуру LC-генератора, а також втрати в контурі з-за впливу вихрових струмів, що виникають в якорі реле. При виготовленні індукційних датчиків використовуються обидва явища. До загальних недоліків індукційних датчиків переміщення можна віднести:
- Нелінійна залежність вихідної напруги датчика від ходу якоря;
- Контроль переміщення якоря можливий тільки для реле мають корпус з діелектрика;
- Нестабільність роботи через вплив температури і напруги живлення на параметри обмоток датчиків, що викликає зміну сигналу на виході датчиків при нерухомому якорі.
Основним недоліком розглянутих датчиків є неможливість створення повністю автоматизованої вимірювальної системи, так як для кожного реле індукційні датчики потребують індивідуальної настройки і калібрування.
Вимірювальні системи, що використовують магнітний метод, будуються на датчиках положення якоря виконаних на елементах Холла [45 - 48]. Датчик Холла розміщується на нерухомому сердечнику і при переміщенні якоря з нього знімається напруга, пропорційне магнітної індукції. Зміна магнітної індукції, пропорційно швидкості руху якоря dd / dt. Проінтегрувавши напруга, пропорційне dd / dt отримаємо напруга, пропорційне координаті якоря електромагнітного реле. До недоліків даного методу можна віднести необхідність зняття кожуха реле для кріплення датчика Холла, а також те, що не у всіх типів реле є місце на сердечнику для розміщення датчика Холла.
Ультразвукові методи вимірювання переміщень, засновані на вимірюванні часу проходження сигналу від випромінювача до перешкоди і назад [49]. Метод має невеликою похибкою (0,5-1%), але на похибку істотно впливає температура повітря, від якої залежить швидкість розповсюдження ультразвуку. До недоліків також можна віднести складність апаратури і неможливість виміряти параметри реле з металевим корпусом.
Оптоелектронний перетворювач [20,50] складається з джерела світлового потоку і блоку фотодіодів. Сфокусований світловий потік проходить через зазор між якорем і сердечником реле і потрапляє на фотодіоди. Опір фотодіодів залежить від величини світлового потоку, тому при русі якоря, напруга на виході блоку фотодіодів буде змінюватися. Для поліпшення метрологічних характеристик оптоелектронної вимірювальної системи в якості джерела світлового потоку застосовують лазерні випромінювачі [21]. Недоліками таких вимірювальних систем є складність обладнання і висока вартість.
Окремо можна виділити способи оцінки якості контактної системи реле, використовувані при масовому виробництві, за часом брязкоту контактів [51,52], а також для визначення межконтактного зазору по часу перельоту контактів [53 - 55]: L МКЗ = K × t перельоту, де К - коефіцієнт для даного типу реле.
Найбільш перспективним методом вимірювання механічних параметрів реле є безпосередній метод контролю за зміною індуктивності обмотки реле. Під час руху якоря зменшується фізичний зазор між якорем і сердечником, що призводить до зміни параметрів магнітного ланцюга реле і як наслідок до зміни індуктивності обмотки реле. Таким чином, зміна індуктивності обмотки несе інформацію про координаті положення якоря. Використовуються два способи вимірювання індуктивності обмотки реле: включення обмотки реле в вимірювальну систему [56,57] і за формою струму в обмотці реле при включенні або виключенні реле [58-67].
Для залізничних реле першого класу надійності найбільш перспективним є спосіб обчислення механічних параметрів за формою струму в обмотці реле [13,24], однак методика обчислення до цих пір не розроблена.

Висновки. Постановка мети і завдань науково-дослідної роботи
Наведений вище аналіз технології перевірки параметрів реле, застосовуваний в даний час в РОТІ, а також розробляються методів автоматизації вимірювання параметрів електромагнітних реле залізничної автоматики, дозволяє зробити наступні висновки.
Існуюча технологія перевірки параметрів реле і релейних блоків у РТУ не забезпечує необхідної якості обслуговування пристроїв залізничної автоматики, морально і технічно застаріла, а також вимагає великої кількості ручних операцій, що призводить до значних витрат часу на перевірку реле і релейних блоків. Крім цього, використовувана технологія не дозволяє з необхідною точністю виміряти такі механічні параметри реле як неодночасність замикання і розмикання контактів, спільний хід контактів, які впливають на комутаційний ресурс і надійність роботи реле.
2. Розроблені пристрої та стенди для автоматизації вимірювання параметрів електромагнітних реле залізничної автоматики не отримали широкого поширення через їх низької надійності і складності в експлуатації, високу вартість і значних масогабаритних показників.
3. Існуючі методи автоматизації вимірювання механічних параметрів електромагнітних реле не дозволяють вимірювати значення механічних параметрів, а тільки проводити комплексну оцінку якості роботи реле. Більшість даних методів не враховують специфіку конструкції залізничних реле першого класу надійності і тому не придатні для застосування в РОТІ при вимірюванні параметрів реле та релейних блоків. Найбільш перспективним є метод обчислення механічних параметрів реле за формою струму перехідного процесу, для впровадження якого необхідно розробити математичне забезпечення.
Метою дисертаційної роботи є підвищення безпеки релейних систем залізничної автоматики, вдосконалення технологічного процесу їх обслуговування та зниження експлуатаційних витрат за рахунок розробки методів і засобів автоматизованого вимірювання параметрів і характеристик нейтральних реле залізничної автоматики.
У відповідності з поставленою метою підлягають вирішенню наступні завдання:
- Розробка математичної моделі, яка описує електромеханічні процеси, що протікають в електромагнітних реле залізничної автоматики з урахуванням особливостей їх конструкції;
- Проведення експериментальних досліджень електромеханічних процесів в реле першого класу надійності для наукового обгрунтування методів автоматизованого вимірювання параметрів і характеристик нейтральних реле залізничної автоматики;
- Розробка методів визначення положення якоря і обчислення механічних параметрів нейтральних реле першого класу надійності без зняття кожуха;
- Розробка методу автоматизованого визначення контактного тиску в електромагнітних реле типів НМШ і РЕЛ;
- Розробка методів та алгоритмів автоматизованого вимірювання електричних і тимчасових параметрів реле;
- Апаратна і програмна реалізація методів автоматизованого вимірювання характеристик і параметрів електромагнітних реле залізничної автоматики.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Транспорт | Реферат
82кб. | скачати


Схожі роботи:
Апаратура залізничної автоматики
Реле часу
Реле часу
Розробка електронного реле
Реле акустичне на польовому транзисторі 2
Випробування електромагнітного реле напруги
Проектування установок пожежної автоматики
Реле акустичне на польовому транзисторі
Випробування електромагнітного реле струму
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru