Аппаратура, применяемая в устройствах СЦБ

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский  государственный индустриальный университет»

 

Кафедра организации перевозок и управления на транспорте

 

 

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

на тему:

" Аппаратура, применяемая в устройствах СЦБ "

 

 

 

Выполнил:

                                                                                          ст.гр. МТЖ-11

Колодинский А.С.

Проверил:

ст.преподаватель

Коликов М. И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк

2013

Содержание

1 Реле 4

1.1 Понятие,  виды и основные характеристики  реле 4

1.2 Номенклатура  реле и принцип её записи 5

1.3 Нейтральное  реле 7

1.4 Поляризованное  реле 8

1.5 Комбинированное  реле 9

2 Трансмиттеры 11

2.1 Маятниковые  трансмиттеры 11

2.2 Кодовые  трансмиттеры 12

3 Выпрямители 13

4 Трансформаторы 15

5 Датчики 17

5.1 Индуктивные  датчики 17

5.2 Емкостные  датчики 18

5.3 Потенциометрические  датчики 19

5.4 Датчик  прохода колес 20

Список  использованной литературы 21

 

1 Реле

1.1 Понятие, виды и основные  характеристики реле

Реле - это элемент автоматического  устройства, который при воздействии  на его вход внешних физических явлений  скачкообразно принимает значение выходной величины. Этих значений, чаще всего у выходной величины бывает два: например, в электромагнитном реле два устойчивых состояния контактов  – замкнутое и разомкнутое.

Существует много конструктивных разновидностей и типов реле, работающих на различных принципах. В зависимости  от физической природы явлений, на которые  реле предназначено реагировать  реле разделяются на следующие: электрические, механические, тепловые, пневматические, оптические, акустические, газовые, жидкостные и др.

Электрические реле по принципу действия делятся на электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные и пр.

Основным самым простым  по конструкции и наиболее распространенным в автоматике и телемеханике является электромагнитное реле.

По роду питающего тока  реле могут быть постоянного, переменного, постоянно-переменного или унифицированные.

По числу позиций контактной системы: двух-  и  трёхпозиционные.

Электромагнитные реле по времени срабатывания (tср) бывают: безынерционные (tср < 0,001 сек); быстродействующее (tcр < 0,05 сек), нормальные (tср = 0,05   0,15 сек); замедленные (tср = 0,15   1 сек) и реле времени, у которых время  срабатывания tср > 1 сек, причем его  можно регулировать.

Реле железнодорожной  автоматики подразделяют также на реле I и II классов надежности. К реле I класса надежности относятся реле, для которых не требуется дополнительный схемный контроль отпускания якоря  или дублирование в электрических  схемах. Требования к реле I класса надежности следующие: надежное отпускание якоря  под действием массы якоря  и связанных с ним подвижных частей при отключении напряжения от его обмоток; исключение сваривания замыкающих (фронтовых) контактов и др. Реле I класса применяют в аппаратуре СЦБ, обеспечивающей безопасность движения поездов.

Реле, у которых отпускание якоря гарантируется в меньшей  степени и осуществляется в основном под действием реакции контактных пружин, имеют II класс надежности. Защиту от сваривания контактов в этих реле не предусматривают. Реле II класса надежности применяют в аппаратуре, к которой  не предъявляются повышенные требования по безопасности.

Основными параметрами реле являются: tср, tот – время срабатывания и отпускания; Iср, Iот – ток срабатывания и отпускания; Uср, Uот – напряжение срабатывания и отпускания; кв – коэффициент возврата [1].

1.2 Номенклатура реле и принцип её записи

Номенклатурное обозначение  реле содержит в себе сведения о  принципе действия реле, способе включения, размерах, времени срабатывания, числе  контактных групп и т. д.

Первая буква или сочетание  двух первых букв в обозначении реле указывает  на  физический  принцип  действия  реле:  Н - нейтральное;  П - поляризованное; К - комбинированное; СК - самоудерживающее комбинированное; И - импульсное; ДС - двухэлементное секторное (индукционное переменного тока); А - автоблокировочное.

Конструкция реле обозначается буквами: Ш - штепсельное;  Р - с разборным болтовым соединением.

Буква М, стоящая на втором месте в условном обозначении  штепсельных реле, указывает на его  малогабаритное исполнение. Если на втором месте стоит  буква П, то это  реле является пусковым;    В - реле имеет выпрямитель.

У медленнодействующих реле в обозначении имеется дополнительная буква М, у реле с замедлением  при помощи термоэлемента - буква Т.

После букв ставится цифра, характеризующая  контактную систему штепсельных  реле: 1 – реле имеет 8 контактных групп  на переключение (8 фт); 2 - реле имеет 4 контактные группы на переключение (4 фт); 3 - реле имеет 2 контактные группы на переключение и 2 замыкающих контакта (2 фт; 2 ф); 4 - реле имеет 4 контактные группы на переключение и 4 замыкающих контакта (4 фт; 4 ф); 5 – реле имеет 2 контактные группы на переключение и 2 замыкающих контакта (2 фт; 2 т).

Второе число, написанное в обозначении реле через тире, указывает на общее сопротивление обмоток при последовательном их включении. Если обмотки включаются раздельно или имеют различное сопротивление, то их сопротивление указывается дробным числом.

В электрических схемах условное обозначение реле выглядит следующим  образом (таблица 1):

Таблица 1 – Условные обозначения  реле на электрических схемах

 

 

1.3 Нейтральное реле

Нейтральными называются реле, действие которых зависит только от величины магнитного поля и не зависит  от направления тока в обмотке. Нейтральные  реле относятся к двухпозиционным, так как якорь может находиться в двух положениях: притянутом или  отпущенном.

Воспринимающая часть  нейтрального реле или его электромагнитная система (рисунок 1) состоит из катушки 1 и магнитной цепи. Магнитная цепь включает в себя сердечник 2, ярмо 3 и якорь 4, к которому прикреплены подвижные контактные пластины (общие контакты О).

При пропускании по обмотке 1 электрического тока любого направления  происходит намагничивание сердечника  2, которое вызывает притяжение якоря 4. Вследствие этого подвижные контакты О, соединённые с якорем поводком 5, замкнут верхние Ф и разомкнут нижние Т неподвижные контакты.

Нейтральные реле относятся  к реле первого класса надёжности и могут быть использованы во всех схемах, обеспечивающих безопасность движения поездов, без дополнительного  схемного контроля отпускания якоря.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – обмотка  (катушка); 2 - сердечник; 3 - ярмо; 4 - якорь; 5 - поводок.

Рисунок 1 –  Устройство нейтрального реле

1.4 Поляризованное реле

Поляризованное реле представляет собой электромагнитное реле, у которого направление перемещения якоря зависит от направления намагничивающего тока. В отличие, от обычного электромагнитного реле поляризованное имеет два направления перемещения якоря; оно дополнительно снабжено постоянными магнитами.

Принципиальная  схема конструкции поляризованного реле представлена на рисунке 2. Основными деталями являются намагничивающая катушка 4, создающая в стальном сердечнике 5 магнитный поток Фэ, и постоянный магнит 3, образующий магнитный поток Фп. Магнитный поток Фэ проходит через стальной подвижный якорь 2 и разветвляется на два потока Фэ : 2, один из которых совпадает, а другой противоположен по направлению магнитному потоку постоянного магнита. На конце якоря имеется средний контакт, замыкающийся, в зависимости от полярности управляющего сигнала в намагничивающих катушках, с левым или правым неподвижными контактами 1.

При отсутствии управляющего сигнала и, следовательно, потока Фэ, на якорь, установленный в нейтральное положение, действуют слева и справа одинаковые силы притяжения.

Если подать в обмотку реле управляющий сигнал в направлении, показанном на рисунке, то в правом стержне магнита потоки и Фп будут складываться, так как они будут совпадать, а результирующий поток возрастет:

                                                        (1)

в левом стержне магнитные  потоки будут вычитаться:

                                                        (2)

и общий поток в правом стержне окажется больше магнитного потока в левом стержне (Ф’>Ф”). В результате якорь реле притянется вправо и замкнет правый контакт. Если изменить полярность сигнала, то якорь реле перебросится на левый контакт [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- неподвижные  контакты; 2 – подвижный якорь;  3- постоянный магнит; 4 – катушка; 5 - сердечник

Рисунок 2 – Устройство поляризованного реле

1.5 Комбинированное реле

Комбинированное реле (рисунок 3) представляет собой сочетание  нейтрального и поляризованного реле с общей магнитной системой и имеет два якоря: нейтральный 5 и поляризованный 4. Комбинированное реле является трёхпозиционным, так как может находиться в трёх состояниях: без тока, возбуждено током прямой или обратной полярности.

 

 

 

1 – катушки; 2 – сердечник с полюсными наконечниками; 3 – постоянный магнит; 4 – поляризованный  якорь; 5 – нейтральный якорь.

Рисунок 3 –  Схема магнитной цепи и устройство

 

Нейтральный якорь у комбинированных  реле устроен и работает так же, как и у нейтральных реле, т. е. якорь притягивается при прохождении  по обмотке 1 тока любой полярности. Переключение поляризованного якоря  и замыкание управляемых им контактов  происходит в зависимости от полярности тока, протекающего через обмотки [3].

2 Трансмиттеры

2.1 Маятниковые трансмиттеры

Маятниковые трансмиттеры (рисунок 4) применяются для импульсного питания рельсовых цепей в устройствах автоблокировки, а также для управления работой мигающих огней светофоров в системах электрической централизации, автоблокировки и переездной  сигнализации.

Основными частями маятникового трансмиттера являются электромагнитная система, ось 3 с якорем 2, кулачковыми шайбами 4, 5 и 6 и маятником 7 и контактная система.

Электромагнитная система состоит из двух сердечников 1 с катушками К₁ и К₂ и полюсными наконечниками, между которыми помещён якорь 2. На ось якоря жёстко посажены маятник 7 и кулачковые шайбы 4, 5 и 6 , которые переключают контакты 8 и 9.

1 – сердечник  с полюсными наконечниками; 2 –  якорь; 3 – ось; 4, 5,   6 – кулачковые  шайбы; 7 – маятник; 8 и 9 – контакты; УК – управляющие контакты; К₁ и К₂ – катушки.

Рисунок 4 –  Схема маятникового трансмиттера типа МТ

 

При выключенном трансмиттере маятник 7 занимает нижнее положение и устанавливает якорь 2 по оси  О₁ – О₂, смещённой относительно магнитной оси М₁ – М₂ на некоторый угол. При таком положении якоря кулачковая шайба 4 замыкает управляющие контакты УК, контактная группа 8 и 9 разомкнута.

При пропускании тока по катушкам К₁ и К₂ якорь 2 под действием  магнитного поля стремится повернуться так, чтобы ось О₁ – О₂ совпала с осью М₁ – М₂. Вместе с якорем поворачиваются маятник 7 и кулачковые шайбы, причём шайба 4 разомкнёт контакты УК и обесточит трансмиттер. Магнитное поле исчезнет, и якорь под действием веса маятника начнёт поворачиваться в обратную сторону. При проходе через среднее положение шайба 4 замкнёт контакт УК, включая катушки трансмиттера. Цикл работы трансмиттера повторится, маятник будет качаться, периодически замыкая и размыкая контакты 8 и 9 и посылая тем самым импульсы тока в управляемые цепи [3].

2.2 Кодовые трансмиттеры

Кодовые трансмиттеры переменного  тока служат для получения кодированных импульсов тока в системах числовой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Основными частями кодового трансмиттера являются: электродвигатель 1, редуктор, состоящий из червячного колеса 2 и червяка 3 и кодовые шайбы 4 и 5.

1 – электродвигатель; 2 – червячное колесо; 3 – червяк; 4 и 5 – кодовые шайбы; 6 – контакты.

Рисунок 5 –  Схема кодового трансмиттера типа КПТ

При вращении вала электродвигателя 1 кодовые кулачковые шайбы 4 и 5 замыкают и размыкают контакты 6. Характер импульсов, вырабатываемых кодовым трансмиттером за один оборот шайб, определяется их профилем.

В зависимости от назначения кодовые трансмиттеры могут иметь 2 или 3 шайбы. Кроме того, чтобы исключить возможность работы устройств от кодов соседней рельсовой цепи при повреждении изолирующих стыков, трансмиттеры различных типов имеют разную продолжительность кодовых циклов [4].

3 Выпрямители

Выпрямитель - прибор для преобразования тока переменного в ток постоянного направления (выпрямленный ток). Это преобразование достигается двояким способом: 1) задерживают импульсы одного направления; в этом случае от выпрямителя получается ток прерывистый, состоящий из отдельных импульсов, разделенных интервалами; 2) прямой и обратный импульсы переменного тока направляют таким образом, что оба они проходят через выпрямитель в одном направлении; в этом случае получается ток непрерывный, имеющий лишь некоторую пульсацию. Выпрямление либо вызывается технической необходимостью применения постоянного тока, например для зарядки аккумуляторов и питания анодов в радиотехнике и т. д., либо является более выгодным с экономической или эксплуатационной стороны, напр. при электротяге, электросварке и т. п.

В зависимости от назначения и мощности различают выпрямители кенотронные, механические, электролитические, оксидные, или сухие, газовые и ртутные, стеклянные и металл. Наибольшее распространение в технике получили ртутные выпрямители, основанные на применении вольтовой дуги в разреженном пространстве. Они представляют собой стеклянные колбы, а при большой мощности—стальные цилиндры, из которых выкачан воздух.

Стеклянные ртутные выпрямители применяются на ж. д. для зарядки аккумуляторных батарей от сетей переменного тока, а стальные — на тяговых подстанциях для питания моторов постоянного тока подвижного состава электрифицированных железных дорогах. Они имеют наивысший КПД и наименьшую стоимость (на установленный киловатт). Кроме ртутных для питания устройств СЦБ на жд применяются купроксные (сухие) выпрямители (Рисунок 7) , состоящие из ряда медных пластинок, покрытых с одной стороны закисью меди; они пропускают ток только в одном направлении: от закиси меди к меди. Путем соответствующего соединения этих выпрямителей получается непрерывное преобразования переменного тока в постоянный. За последнее время купроксные выпрямители находят применение и в устройствах связи для питания телефонной и телеграфной аппаратуры [4].

1 – трансформатор; 2 – первичная обмотка; 3 – вторичная обмотка;

4 – выпрямитель  из купроксных элементов; 5 – магнитный шунт.

Рисунок 6 – Схема купроксного выпрямителя ВАК

4 Трансформаторы

Простейший трансформатор представляет собой устройство, состоящее из стального сердечника и двух обмоток (рисунок 7). При подаче в первичную обмотку переменного напряжения, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС той же частоты. Если ко вторичной обмотке подключить некоторый электроприемник, то в ней возникает электрический ток и на вторичных зажимах трансформатора устанавливается напряжение, которое несколько меньше, чем ЭДС и в некоторой относительно малой степени зависит от нагрузки. Отношение первичного напряжения ко вторичному (коэффициент трансформации) приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка, 3- сердечник. U₁ - первичное напряжение, U₂ - вторичное напряжение, I₁ - первичный ток, I₂ -вторичный ток, Ф - магнитный поток

Рисунок 7 - Принцип устройства однофазного двухобмоточного трансформатора.

В устройствах  железнодорожной автоматики и телемеханики применяют трансформаторы следующих типов:

1) ПОБС (путевой  однофазный броневой сухой) для  питания рельсовых цепей переменного  тока частотой 50 Гц, а также ламп светофоров и табло;

2) ПТМ (путевой  трансформатор малогабаритный) для питания рельсовых цепей переменного тока частотой 50 Гц при автономной тяге;

3) ПТ (путевой  трансформатор) для питания рельсовых цепей переменного тока частотой 25 Гц;

4) СОБС (сигнальный  однофазный броневой сухой) для питания светофорных ламп и местных цепей при кодовой автоблокировке;

5) СТ (сигнальный  трансформатор) для питания светофорных  ламп при электрической централизации;

6) РТ (релейный  трансформатор) для работы в  станционных рельсовых цепях  переменного тока частотой 50 Гц;

7) ПРТ (путевой  релейный трансформатор) для работы в станционных рельсовых цепях переменного тока частотой 25 Гц;

8) ТС (трёхфазный  сухой) для питания устройств электрической централизации;

9) ОМ (однофазный масляный) для питания устройств автоблокировки и электрической централизации в качестве линейного понижающего трансформатора [4].

5 Датчики

Датчики предназначены для  преобразования контролируемой входной  величины в другую физическую величину, более удобную для передачи воздействия  на последующий элемент системы  автоматики и телемеханики. К датчикам предъявляют следующие требования: непрерывность и линейность статической характеристики, высокая чувствительность, низкая инерционность, высокая надежность, минимальная стоимость, габаритные размеры и масса.

 Датчик - понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал [5].

В последнее время в  связи с удешевлением электронных  систем всё чаще применяются датчики  со сложной обработкой сигналов, возможностями  настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы  управления.

5.1 Индуктивные датчики

Индуктивный датчик (рисунок 8) представляет собой измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, индуктивность которой изменяется пропорционально измеряемой величине (перемещению или углу поворота) при изменении воздушного зазора между сердечником и катушкой. Принцип действия индуктивного датчика заключается в изменении параметров высокочастотного магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности датчика, подключенной к внутреннему генератору. При попадании какого-либо металлического или любого другого предмета в активную зону датчика, происходит срабатывание датчика за счет изменения индуктивности.

1-катушка  индуктивности; 2-сердечник.

Рисунок 8 - Индуктивные датчики линейного перемещения: а - с изменением размера воздушного зазора; б - с изменением площади воздушного зазора;                 в - с изменением глубины погружения сердечника

5.2 Емкостные  датчики

Емкостные датчики представляют собой электрический  конденсатор, ёмкость которого изменяется пропорционально значению измеряемой величины (деформации, перемещения, усилия, влажности). Конструкция датчика включает в себя плоскопараллельный или цилиндрический электрический конденсатор, у которого при измерении некоторой величины меняется зазор между пластинами или площадь их взаимного перекрытия. Измерительный щуп имеет вид пластинки определённой толщины. При изменении емкости электростатического поля, существующего между окружающей средой и датчиком, то есть при попадании в поле объекта, происходит срабатывание датчика. Емкостный датчик представлен на рисунке 9.

 

1, 2 - обкладки конденсаторов; 3 - щуп; 4 - исследуемая поверхность.

Рисунок 9 - Ёмкостные датчики перемещения: а - плоскопараллельный; б – цилиндрический

5.3 Потенциометрические  датчики

Потенциометрические датчики  предназначены для преобразования линейных или угловых перемещений  в электрический сигнал, а также  для воспроизведения простейших функциональных зависимостей в автоматических и автоматических устройствах непрерывного типа. Потенциометрические датчики (рисунок 10) состоят из каркаса, обмотки потенциометра и подвижного контакта в виде щетки или движка, скользящего по виткам провода. Таким образом, потенциометрический датчик представляет собой катушку индуктивности (как правило, выполненную в виде неподвижного элемента конструкции), на которую подается питающее напряжение и щетки, с которых и снимается выходной сигнал.

Рисунок 10 - Конструкция потенциометрического датчика

5.4 Датчик прохода колес

Датчик прохода колес  типа (рисунок 11) состоит из кронштейна 1, катушки 2, постоянного магнита 3, скобы 6 и соединительного кабеля 8. С помощью кронштейна, скобы и гайки 7 датчик крепится к подошве рельса 5. Постоянный магнит установлен на кронштейне таким образом, что его поток замкнут через кронштейн, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и одним из полюсов магнита.

В момент приближения гребня колеса к зоне действия  датчика магнитный поток в цепи увеличивается и достигает своего максимального значения, когда колесная пара находится над датчиком. При этом в катушке индуктивности создается импульс напряжения. Когда гребень колеса удаляется из зоны действия датчика, магнитный поток в цепи уменьшается, и датчик вырабатывает импульс напряжения обратной полярности. Амплитуда и длительность выходных сигналов датчика определяются скоростью изменения магнитного потока, то есть скоростью движения поезда.

 

 

1-кронштейн; 2-катушка; 3-постоянный магнит; 4-гребень колеса; 5-подошва рельса; 6-скоба; 7-гайка; 8-соединительный кабель

Рисунок 11 –  Конструкция  датчика прохода колес

Список  использованной литературы

1. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж.-д. трансп. А. А. Устинский, Б. М. Степенский, Н. А. Цыбуля и др. М.: Транспорт, 1985. - 439 с.

2. Кондратьева Л. А. Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте: учеб. для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта / Л. А. Кондратьева, О. Н. Ромашкова. – М. : Маршрут, 2003. – 432 с.   

3. Дмитриев В. С. Основы железнодорожной автоматики и телемеханики : учеб. для техникумов ж.-д. трансп. / В. С. Дмитриев, И. Г. Серганов. - 3-е изд. перераб. и доп. – М. : Транспорт, 1988. –   288 с.

4. Переборов А.С. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов / А. С. Переборов, А. М. Брылеев, В. В. Сапожников и др.- М.: Транспорт, 1984.- 384с.

5. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение/ Г.Веблер. - М.: Мир, 1989.- 178 с.