RU2823641C1

RU2823641C1 - Traction current harmonic noise compensator

Info

Publication number: RU2823641C1
Application number: RU2023133721A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иннокентьевич Шаманов; Дмитрий Валерьевич Денежкин
Filing date: 2023-12-18
Publication date: 2024-07-26

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to means of compensating for harmonic interference from traction current. Traction current noise compensator in a harmonic low-frequency signal of rail circuits or automatic locomotive signalling contains a rejection filter, made in the form of parallel connected inductance coils and a capacitor, three-winding transformer, two variable resistors, switch, inductance coil and capacitor. Input windings of the transformer are connected oppositely, and its output winding is connected to the signal receiver. At that, to the secondary winding of the isolating transformer of the rail circuit or the output of the receiving locomotive coils of the automatic locomotive signalling through one variable resistor one input winding of the transformer is connected, and the second input winding of the transformer is connected to them through a rejection filter and another variable resistor, which by the second end is connected to the input end of the switch, one output end of which is connected to the inductance coil, the second output end is connected to the capacitor connected by the other ends together.

EFFECT: higher noise immunity of track circuit operation and automatic locomotive signalling.

1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и обеспечивает повышение помехоустойчивости приемников сигналов в рельсовых цепях и в системах автоматической локомотивной сигнализации за счет компенсации гармонических помех от тягового тока.The invention relates to the field of railway automation and telemechanics and improves the noise immunity of signal receivers in track circuits and in automatic locomotive signaling systems by compensating for harmonic interference from traction current.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для подавления помех в рельсовых цепях и в системах автоматической локомотивной сигнализации [1]. Однако оно не обеспечивает требуемой степени ослабления помех, обладающих широким частотным диапазоном и большим изменением амплитуд во времени.A device is known for suppressing interference in track circuits and in automatic locomotive signaling systems [1]. However, it does not provide the required degree of attenuation of interference that has a wide frequency range and a large change in amplitudes over time.

Известно устройство для компенсации помех в приемнике автоматической локомотивной сигнализации, подключаемое к входу приемника, снабженное режекторным фильтром, усилителем с регулируемым коэффициентом усиления и трехобмоточным трансформатором, две первичные обмотки которого имеют одинаковое количество витков и соединены встречно [2]. Однако качество подавления помех этим устройством ограничивается вследствие изменения режекторным фильтром фазы сигналов помех. К тому же элементы электроники, используемые в усилителе, имеют меньшую безотказность по сравнению конденсаторами и катушками индуктивности, что уменьшает надежность компенсатора.A device is known for compensating interference in an automatic locomotive signaling receiver, connected to the receiver input, equipped with a notch filter, an amplifier with adjustable gain and a three-winding transformer, the two primary windings of which have the same number of turns and are connected back-to-back [2]. However, the quality of interference suppression by this device is limited due to the change in the phase of the interference signals by the notch filter. In addition, the electronic elements used in the amplifier have lower reliability compared to capacitors and inductors, which reduces the reliability of the compensator.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в аппаратуре рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации.The invention relates to the field of railway automation and telemechanics and can be used in equipment for track circuits and automatic locomotive signaling.

В этой аппаратуре используются электрические фильтры на резонансных контурах, построенных на катушках индуктивности и конденсаторах. Вызвано это тем, что сигнальные токи в рельсовых цепях и автоматической локомотивной сигнализации имеют несущие частоты в нижней части звукового диапазона, на которых наиболее эффективны такие фильтры.This equipment uses electrical filters on resonant circuits built on inductors and capacitors. This is due to the fact that signal currents in track circuits and automatic locomotive signaling have carrier frequencies in the lower part of the audio range, at which such filters are most effective.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости приемников рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации за счет уменьшения влияния сдвига фаз режекторным фильтром у гармоник помех на степень подавления помех от тягового тока, а также повышение надежности компенсатора при исключении необходимости внесения для этого сложных схемных или конструктивных изменений.The technical result of the invention is to increase the noise immunity of track circuit receivers and automatic locomotive signaling by reducing the influence of the phase shift of the notch filter at interference harmonics on the degree of suppression of interference from traction current, as well as increasing the reliability of the compensator without the need to make complex circuit or design changes for this purpose.

Технический результат достигается тем, что компенсатор помех снабжен дополнительно двумя переменными резисторами и цепью из переключателя, катушки индуктивности и конденсатора, причем к вторичной обмотке изолирующего трансформатора рельсовой цепи или выходу приемных локомотивных катушек автоматической локомотивной сигнализации одна входная обмотка трехобмоточного трансформатора подключена через один переменный резистор, а вторая входная обмотка трехобмоточного трансформатора подключена через режекторный фильтр и другой переменный резистор, который вторым концом соединен с входным концом переключателя, один выходной конец которого подключен дросселю, второй выходной конец подключен к конденсатору, соединенных другими концами вместе.The technical result is achieved by the fact that the noise compensator is additionally equipped with two variable resistors and a circuit consisting of a switch, an inductor and a capacitor, and one input winding of the three-winding transformer is connected to the secondary winding of the isolating transformer of the track circuit or the output of the receiving locomotive coils of the automatic locomotive signaling system through one variable resistor, and the second input winding of the three-winding transformer is connected through a notch filter and another variable resistor, the second end of which is connected to the input end of the switch, one output end of which is connected to the inductor, the second output end is connected to the capacitor, the other ends are connected together.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фигуре представлена блок-схема компенсатора помех.The figure shows a block diagram of an interference canceller.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Устройство содержит режекторный фильтр, выполненный в виде параллельно соединенных катушки индуктивности 1 и конденсатора 2, подключенный своим входом к вторичной обмотке изолирующего трансформатора рельсовой цепи или к приемным локомотивным катушкам автоматической локомотивной сигнализации, с которыми также соединена через переменный резистор 3 одна входная обмотка трехобмоточного трансформатора 4, вторая его входная обмотка, соединенная встречно с первой обмоткой, подключена к выводам конденсатора 5 и дросселя 6, другие выводы которых соединены через переключатель 7 и другой переменный резистор 8 с выходом режекторного фильтра, а выходная обмотка трансформатора 4 подключена к входу приемника сигналов 9.The device contains a notch filter, made in the form of a parallel-connected inductor 1 and a capacitor 2, connected by its input to the secondary winding of the isolating transformer of the track circuit or to the receiving locomotive coils of the automatic locomotive signaling, to which one input winding of the three-winding transformer 4 is also connected through a variable resistor 3 , its second input winding, counter-connected to the first winding, is connected to the terminals of the capacitor 5 and the inductor 6, the other terminals of which are connected through a switch 7 and another variable resistor 8 to the output of the notch filter, and the output winding of the transformer 4 is connected to the input of the signal receiver 9.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

Напряжение на вторичной обмотке изолирующего трансформатора рельсовой цепи или на выходе приемных локомотивных катушек автоматической локомотивной сигнализации, содержащее сумму напряжений полезного сигнала и помех , поступает на режекторный фильтр, который не только ослабляет существенно полезный сигнал и в некоторой степени ослабляет амплитуды сигналов помех, но изменяет и фазу сигналов помех. Поэтому вычитание из сигнала, поступающего на вход компенсатора, сигнала с выхода режекторного фильтра, не обеспечивает уменьшение уровня сигналов помех на входе приемника до величины, близкой к нулю.The voltage on the secondary winding of the isolating transformer of the track circuit or at the output of the receiving locomotive coils of the automatic locomotive signaling, containing the sum of the voltages of the useful signal and interference , is fed to a notch filter, which not only attenuates the essentially useful signal and to some extent weakens the amplitudes of the interference signals, but also changes the phase of the interference signals. Therefore, subtracting the signal from the output of the notch filter from the signal arriving at the input of the compensator does not reduce the level of interference signals at the receiver input to a value close to zero.

Входное сопротивление режекторного фильтра, построенного на параллельном колебательном контуре, на частоте резонанса полезного сигнала имеет чисто резистивный характер. Однако такой фильтр изменяет фазы сигналов помех. На частотах ниже резонансной сопротивление контура имеет резистивно-индуктивный характер, и в результате фаза сигнала помехи в зависимости от ее частоты сдвигается режекторным фильтром на величину от нуля до π/2. На частотах помех выше резонансной сопротивление контура имеет резистивно-емкостный характер, поэтому фаза таких сигналов помехи в зависимости от их частоты сдвигается режекторным фильтром на величину от - π/2 до нуля [3]. В результате полной компенсации сигналов помех не происходит.The input impedance of a notch filter, built on a parallel oscillating circuit, at the resonance frequency of the useful signal is purely resistive. However, such a filter changes the phases of the interference signals. At frequencies below the resonant one, the resistance of the circuit has a resistive-inductive character, and as a result, the phase of the interference signal, depending on its frequency, is shifted by a notch filter by an amount from zero to π/2. At interference frequencies above the resonant one, the resistance of the circuit has a resistive-capacitive nature, therefore the phase of such interference signals, depending on their frequency, is shifted by a notch filter by an amount from - π/2 to zero [3]. As a result of complete compensation of signals, interference does not occur.

При электротяге постоянного тока помехи возникают на четных гармониках тока промышленной частоты, а при электротяге переменного тока - на нечетных его гармониках. Частота помех может быть больше или меньше частоты сигнального тока. Если частота сигнального тока равна 25 Гц, то все частоты помех больше этой величины.With direct current electric traction, interference occurs on the even harmonics of the power frequency current, and with alternating current electric traction - on its odd harmonics. The frequency of the interference may be greater or less than the frequency of the signal current. If the frequency of the signal current is 25 Hz, then all interference frequencies are greater than this value.

При частоте сигнального тока, равной 75 Гц, наиболее существенными будут помехи на частоте 50 Гц при электротяге переменного тока и помехи на частоте 100 Гц при электротяге постоянного тока. Если частота сигнального тока равна 175 Гц, то наиболее существенными будут помехи на частоте 150 Гц при электротяге переменного тока и помехи на частоте 200 Гц при электротяге постоянного тока.At a signal current frequency of 75 Hz, the most significant interference will be at a frequency of 50 Hz with AC electric traction and interference at a frequency of 100 Hz with DC electric traction. If the frequency of the signal current is 175 Hz, then the most significant interference will be at a frequency of 150 Hz with AC electric traction and interference at a frequency of 200 Hz with DC electric traction.

В зависимости от номинального значения величины несущей частоты в тональных рельсовых цепях наиболее существенными будут помехи на частотах выше или ниже несущей частоты. Поэтому переключателем в компенсаторе помех выбирается корректирующая фазу RC или LC цепь, настроенная на необходимую частоту помех.Depending on the nominal value of the carrier frequency in tone rail circuits, the most significant interference will be at frequencies above or below the carrier frequency. Therefore, a switch in the interference compensator selects a phase-correcting RC or LC circuit tuned to the required interference frequency.

И режекторный фильтр, и корректирующие фазу цепи ослабляют амплитуды сигналов помех. С помощью переменного резистора в цепи подключения к источнику сигналов второй обмотки трехобмоточного трансформатора амплитуды сигналов на его обоих входных обмотках уравниваются. В результате амплитуды и фазы сигналов помех на входных обмотках трансформатора уравниваются или почти уравниваются в зависимости от их частоты, что увеличивает степень компенсации помех. Амплитуды сигналов помех и полезного сигнала ослабляются режекторным фильтром примерено на 10%. Приемник сигналов всегда снабжается усилителем, которым легко обеспечивается получение требуемого для работы приемника уровня сигнала.Both the notch filter and the phase-correcting circuits attenuate the amplitudes of the interfering signals. Using a variable resistor in the circuit connecting the second winding of a three-winding transformer to the signal source, the amplitudes of the signals on both input windings are equalized. As a result, the amplitudes and phases of the interference signals on the input windings of the transformer are equalized or nearly equalized depending on their frequency, which increases the degree of interference compensation. The amplitudes of the interference signals and the useful signal are attenuated by a notch filter by approximately 10%. The signal receiver is always equipped with an amplifier, which easily ensures the signal level required for the receiver to operate.

Таким образом, снабжение компенсатора помех указанными элементами обеспечивает качество ослабления мощных помех от тягового тока в рельсовых линиях на приемники рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации, уровень которых существенно растет при сгущении потока поездов или движении тяжеловесных поездов. Компенсация помех обеспечивает снижение количества сбоев в работе этих приемников сигналов, в результате чего достигается повышение безопасности движения поездов и уменьшение потерь в поездной работе вследствие снижения количества появлений на напольных или локомотивных светофорах ложных сигналов, требующих снижения скорости поезда.Thus, supplying the interference compensator with the indicated elements ensures the quality of attenuation of powerful interference from traction current in rail lines to receivers of track circuits and automatic locomotive signaling, the level of which increases significantly when train traffic thickens or the movement of heavy trains. Compensation for interference ensures a reduction in the number of failures in the operation of these signal receivers, resulting in increased safety of train traffic and a reduction in losses in train operation due to a reduction in the number of false signals appearing on floor or locomotive traffic lights that require a reduction in train speed.

Испытания опытного образца компенсатора в лабораторных условиях подтвердили его работоспособность и высокую эффективность. Подавление помех на наиболее существенных частотах помех было близким к полному.Tests of a prototype compensator in laboratory conditions confirmed its performance and high efficiency. Interference suppression at the most significant interference frequencies was close to complete.

Список литературы:Bibliography:

1. Шаманов В.И., Денежкин Д.В. Компенсатор гармонических помех в низкочастотном сигнале. Патент РФ №2754372 от 01.09.2021 г.1. Shamanov V.I., Denezhkin D.V. Compensator for harmonic interference in low-frequency signals. RF Patent No. 2754372 dated 09/01/2021

2. Шаманов В.И., Денежкин Д.В. Компенсатор гармонических помех в низкочастотном сигнале. Патент РФ №2804284 С1 от 27.01.2023 г.2. Shamanov V.I., Denezhkin D.V. Compensator for harmonic interference in low-frequency signals. RF Patent No. 2804284 C1 dated January 27, 2023

3. Бакалов В.А., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. - М.: Горячая линия - Телеком. 2007. - 596 с.3. Bakalov V.A., Dmitrikov V.F., Kruk B.I. Basics of circuit theory. - M.: Hotline - Telecom. 2007. - 596 p.

Claims

Compensator for interference from traction current in a harmonic low-frequency signal of track circuits or automatic locomotive signaling, containing a notch filter that suppresses the signal voltage and made in the form of a parallel-connected inductor and capacitor, a three-winding transformer, the input windings of which are connected counter-currently, and its output winding is connected to the receiver signals, characterized in that it is additionally equipped with two variable resistors and a circuit of a switch, an inductor and a capacitor, and to the secondary winding of the isolating transformer of the track circuit or the output of the receiving locomotive coils of the automatic locomotive alarm, one input winding of the three-winding transformer is connected through one variable resistor, and the second input winding of the three-winding transformer is connected to them through a notch filter and another variable resistor, the second end of which is connected to the input end of the switch, one output end of which is connected to an inductor, the second output end is connected to a capacitor, the other ends connected together.