CC BY
12
обеспечить соответствие индуктивной нагрузки и подключаемой
компенсирующей емкостной
составляющей.
Список литературы:
1. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях.- К.: Техшка, 1981. -160 с.
2. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сб. рабочей группы Исследовательского Комитета №38 СИГРЭ / Под ред. ИИ. Карташева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 174 с.
3. Минин Г.П. Реактивная мощность. - М.: Энергия, 1978. - 88 с.
4. Геворкян М.В. Современные компоненты компенсации реактивной мощности (для низковольтных сетей). - М.: Додэка-ХХ1, 2003. 64 с.
Аннотации:
Рассмотрены особенности компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях. Проведен анализ
использования конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности. Предложены схемы регулирования генерации реактивной мощности для снижения потерь электрической энергии.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, конденсаторные батареи, электрические сети, промышленные установки.
Features of reactive power compensation at industrial enterprises are considered. The analysis of the use of capacitor banks for reactive power compensation was carried out. The schemes for regulating the generation of reactive power are proposed to reduce the losses of electrical energy.
Keywords: reactive power compensation, capacitor banks, electrical networks, industrial plants.
УДК 534.16
РАДКОВСКИЙ С.А., к.т.н. доцент (Донецкий институт железнодорожного
транспорта),
ТРУНАЕВ А.М., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Исследование отклика рельсовой линии на единичное импульсное воздействие
Radkovskiy S.A., PhD in Technical Sciences, Associate Professor (DRTI), Trunayev A.M., Senior lecturer (DRTI)
Investigation of the response of the rail line on a single pulse impact
Постановка проблемы железнодорожной автоматики
применяются специальные датчики
Для обнаружения на участках пути (устр°йства) [1]. Б°льшинств° го них
подвижной единицы в системах имеют ограниченные возможности и
предельные эксплуатационные
характеристики. В связи с этим, возникает необходимость в применении датчика, объединяющего достоинства существующих и по возможности исключающего их недостатки [2]. В качестве такого датчика авторами предлагается использовать
акселерометр - снимающий с рельсовой линии колебания при движении по ней поезда.
Анализ последних исследований
Теоретические наработки в области колебаний рельсов при воздействии на них движущихся динамических нагрузок были рассмотрены Коганом А.Я. [3].
В работе были определены математические зависимости при перемещении динамической нагрузки по рельсовой линии, построены амплитудно-частотные характеристики отклика системы. Однако автор преследует цель определения граничных механических характеристик рельсового полотна при различных воздействиях и условиях внешней среды. Что требует дополнительных исследований для анализа возможности определения подвижной единицы на рельсовой линии.
Цель работы
Экспериментальное исследование отклика рельсовой линии на единичное импульсное воздействие.
Основная часть
Анализ исследований показал, что при движении подвижной единицы возникают механические колебания поддающиеся анализу и интерпретации. Используя математический аппарат [3], авторы работы [4] проанализировали
зависимости как амплитудного, так и частотного характера, проявляющиеся при движении динамических объектов по рельсовой линии.
Численное моделирование
позволило построить графики, наглядно иллюстрирующие соотношение между амплитудой и круговой частотой при различных расстояниях между точками касания и съема информации. Анализ полученных зависимостей показал, что максимум амплитуды сигнала смещается в сторону увеличения частоты при увеличении расстояния между динамическим объектом и точкой измерения. В результате был сделан вывод, что полученным зависимостям, имеется возможность определения расстояния между датчиком и подвижной единицей. Однако предшествующие исследования сигнала от датчика (с рельсовой линии) о проходе поезда показывают наличие большого количества шумов и как следствие возможности интерпретации только амплитудного признака [2]. Следовательно, необходим эксперимент по определению частотных
характеристик реальной рельсовой линии.
Для эксперимента был взят металлический шар весом 100 гр., который падал на головку рельса с высоты 1 м под действием силы тяжести. В качестве датчика отклика системы на удар шара использовался акселерометр, построенный на базе БгееБсак ММЛ7341Ь/ММЛ7361Ь XXX - это устройство, имеющее аналоговый выход по напряжению и регулируемую чувствительность (± 3g или ± 1^) Напряжение питания от 2,2 до 3,6 В, ток 0,5 А, с полосой пропускания 400 Гц.
Удары по рельсу металлического шара, фиксировались с помощью датчика на различных расстояниях от места падения. Таким образом, в результате экспериментальных
исследований была получена
импульсная характеристика рельсовой линии. Результаты измерения виброускорения были записаны в виде файлов с расширением «*.wav» программным обеспечением Adobe Audition. Графики измерений некоторых сигналов при различных расстояниях изображены на рисунке 1 (а,б,в,г).
Для каждого расстояния проводилось по 10 одинаковых
экспериментов, которые показали определенные закономерности
полученных результатов. Как показано на рисунке 1, выходные сигналы датчика имеют большое количество различных шумов и помех. В тоже время, полоса пропускания датчика составляет 0-400Гц, поэтому было принято решение отфильтровать сигнал по частоте среза 400 Гц фильтром нижних частот.
а) сигнал над датчиком
б) сигнал на расстоянии 3 метра
в) сигнал на расстоянии 16 метров г) сигнал на расстоянии 20 метров
Рис. 1. Графики зависимости выходного сигнала при различных расстояниях
Фильтрация, как и дальнейшие исследования, были проведены с помощью математической среды MatLab. Для этого использовался пакет расширения SPTool (Signal Processing
Toolbox - средства обработки сигнала) [5-7].
Ввиду того, что в полученных результатах измерений имеется большое количество помех и известны
граничные условия измерительного устройства, был применен цифровой фильтр с максимально-плоской амплитудно-частотной характеристикой или фильтр Баттерворта.
В общем виде любой фильтр описывается своей передаточной характеристикой (отношением отклика фильтра на входной сигнал) [7]:
где Н^) - передаточная характеристика фильтра,
B(z) - выходной сигнал фильтра, A(z) - входной сигнал фильтра.Подставив в данное выражение значения коэффициентов фильтра, получим следующую форму записи передаточной характеристики:
"00 =
Ьа + Ь^'1 + Ь2г~2 + ...+ Ътг~ 1 + ¡^г'1 + агг~2 + ... + Ьпг~
т
где т и п - количество коэффициентов фильтра (максимальное из этих значений определяет порядок фильтра);
- элемент задержки сигнала на п отсчетов;
Ьщ -связанные
коэффициенты с отсчетами
фильтра, входного
сигнала;
ап -связанные сигнала.
При
коэффициенты фильтра, с отсчетами выходного
этом
необходимо
определить порядок фильтра:
где - коэффициент неравномерности характеристики в полосе заграждения;
. - коэффициент неравномерности
характеристики в полосе пропускания; - частота заграждения;
.
Коэффициенты неравномерности определяются по формулам:
=4
Хр < 10 'ю
(4)
где
-
неравномерность в полосе пропускания;
Р:. - уровень подавления в полосе
заграждения.
Приняв исходные данные для определения порядка фильтра: /р = 400
Гц, /р = 600 Гц, Д3 = ОД дБ, Др = 40
дБ, подставим значения в формулы 3-4.
После вычислений получим:
N = 13,952
Округляем порядок фильтра до большего целого и получаем требуемый порядок фильтра.
Для фильтрации данных использовался фильтр Баттерворта 14-го порядка, обладающий линейной фазо-частотной характеристикой.
Отдельные результаты
фильтрации сигналов представлены на рисунке 2.
Из графиков (рис. 2.) видно, что анализировать отфильтрованный сигнал по амплитудно-временным признакам сложно, ввиду отсутствия явно выраженной зависимости изменения сигналов от расстояний.
Одним из самых мощных инструментов обработки
экспериментов, является спектральный анализ. В частности, он используется для анализа данных, выявления характерных частот в целях подавления шумов и т.д.
0QS ЕЗНИН ФЩ) ш
0.6 0.5 0.4 0.3 а 0.2 0.1 0 -0.1 ■0.2 -1-1-
1- (011
I
I
ш ¡м
1 >0 и» (ms> 1 ю
* Signal Bi
„ I н —-—i
File Took View Help *
ei 5.Ф1ЕЭЕЕЭ аншнН'Щш
0.6 0.5 04 0.3 „ 0.2 fc 01 0 -0.1 ■0.2 -0.3
I —1
I II
m
|| г
0 1 20 30 40 50 60 70 Time (ms)
а) сигнал над датчиком
jgsi^i™»,*--M » » ■ ^il-^MaU^^I
File Tools View Help
□ ФЩ ш
0.06 004 0.02
/ \l\ л, л л „
г-' " V,
1
1 "
-0.08 -0.1
1
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
б) сигнал на расстоянии 3 метра
Signal Browser 1 а I ^ ll
в) сигнал на расстоянии 16 метров
г) сигнал на расстоянии 20 метров
Рис. 2. Графики отфильтрованного сигнала при различных расстояниях
При обработке сигналов обычно рассматривается декомпозиция сигнала на частоты и амплитуды, то есть обратимый переход от временного пространства (time domain) в частотное пространство (frequency domain), преобразование Фурье:
(4)
точечная
Х(к) = y^x(n)W£k , к = 0.1.....
последовательность - периодическая последовательность с периодом N в области дискретного нормированного времени;
(3)
W,
пк N
поворачивающий
множитель:
где п - дискретное нормированное время п = тгГ/Г;
к - дискретная нормированная частота к — к&.а>/Асо, а - период дискретизации по частоте, который при частоте дискретизации = 2п/Т
равен:
j-zpift
(5)
к-я
дискретная гармоника.
Используя алгоритмы дискретного преобразования Фурье [5-7], были
получены амплитудо-частотные сигналов (рис. 3).
характеристики всех отфильтрованных
Рис. 3 - Графики частотных характеристик при различных расстояниях
Анализ полученных данных показал некую зависимость амплитуды и частоты при различных расстояниях. При этом основная масса сигналов имеет смещение максимумов амплитуды в сторону увеличения частоты при увеличении расстояния до датчика. Что подтверждает проведенное ранее теоретические моделирование процессов [3], повторенное и расширенное в работе [4] для различных расстояний. Одновременно с этим, в полученных характеристиках есть исключения: 2м, 8м, 18м. Частоты на этих расстояниях выпадают из общей картины зависимостей, пики
максимальных амплитуд не находятся в последовательности возрастания. Такие исключения можно трактовать как ошибочные, из-за различных
особенностей: свойств самого датчика,
способа его крепления к рельсам, неучтенных шумов, помех и т.д.
Выводы
С целью исследования отклика рельсовой линии на единичное импульсное воздействие для
определения частотных зависимостей был проведен эксперимент импульсной характеристики. Результатом которого явилось подтверждение проведенного ранее теоретического моделирования процессов [3], повторенного и расширенного в [4] для различных расстояний от источника до датчика сигналов. Однако, некоторые данные эксперимента показали наличие измерений, которые выпадают из общей динамики изменения частоты вибрации при удалении датчика от источника
сигнала. Для получения более достоверных результатов в дальнейшем планируется использовать более чувствительный датчик с большей граничной частотой. Кроме этого, необходимо измерить отклик рельсовой линии на длинах близких к расстояниям тормозного пути поезда.
Список литературы:
1. Шелухин В.И. Датчики измерения и контроля устройств железнодорожного транспорта [Текст] / В.И. Шелухин. - М.: Транспорт, 1990. -119 с.
2. Путевой вибрационный датчик контроля наличия и определения параметров подвижных единиц друк Зб. наук. праць Донецького шституту залiзничного транспорту. - Донецьк: Дон1ЗТ. - Випуск 32. - 2012.- С. 73-78. Трунаев А.М., Радковский С.А., Чепцов М.Н., Бойник А.Б.
3. Коган А.Я. Динамика пути и его взаимодействие с подвижным составом. - М.: Транспорт, 1997. - 326 с.
4. Моделирование колебаний железнодорожного рельса при воздействии на него подвижной вертикальной динамической нагрузки. Радковский С.А., Трунаев А.М., Пойманов В.Д. Печать СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Донецкого института железнодорожного
транспорта. - Донецк: ДонИЖТ. -Выпуск 43. - 2016. - С. 4-9.
5. Ричард Лайнос. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2006 г. - 656 с. ил.
6. Радзишевский А.Ю. Основы аналогового и цифрового звука. - М.: Издательство дом «Вильямс». 2006. -288 с.: ил.
7. Дьяконов В. П. MATLAB. Полный самоучитель. - М.: ДМК Пресс, 2012. - 768 с.: ил.
8. Matlab.exponenta [Электронный ресурс]: Обработка сигналов и изображений\Б1§па1 Processing Too1box.\ Синтез фильтра Баттерворта. URL: http://mat1ab. exponenta.ru/signalprocess/b ookl/7/butter.php (дата обращения: 20.12.2017).
Аннотации:
В статье приведены результаты исследований отклика рельсовой линии на расстояниях от 1 - 20 метров, методом импульсной характеристики, с применением цифрового акселерометра.
Ключевые слова: рельсовая линия, импульсная характеристика, моделирование, акселерометр, частотная характеристика.
The article presents the results of studies of the response of a rail line at distances from 1 to 20 meters, by the impulse response method, using a digital accelerometer.
Keywords: rail line, impulse response, modeling, accelerometer, frequency response.
