CC BY
34Об оценке влияния асинхронных тяговых двигателей на устройства автоматики
Рассматривается влияние асинхронного тягового привода на работу рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации, определяются параметры помех. Приводятся основные критерии оценки воздействия электромагнитных полей на человека и на устройства автоматики. Предлагается модель имитации влияния внешних электромагнитных полей на работу устройства обеспечения безопасности движения поездов
Ю.А. Барышев1
АСМС, канд. техн. наук, доцент, elizm@asms.ru
A.К.Табунщиков2
Российский университет транспорта (РУТ МИИТ), канд. техн. наук
Н.Н. Титова3
РУТ МИИТ
B.С. Кузьмин4
РУТ МИИТ
1 заведующий кафедрой «Электрические измерения», Москва, Россия
2 доцент кафедры, Москва, Россия
3 старший преподаватель кафедры, Москва, Россия
4 аспирант, Москва, Россия
Для цитирования: Барышев Ю.А., Табунщиков А.К., Титова Н.Н., Кузьмин В.С. Об оценке влияния асинхронных тяговых двигателей на устройства автоматики // Компетентность / Competency (Russia). — 2019. — № 8
ключевые слова
асинхронным тяговый двигатель, рельсовая цепь, автоматическая локомотивная сигнализация, помеха
ирокое внедрение асинхронных тяговых двигателей на скоростных сетях железных дорог Российской Федерации показало, что при их работе создается высокий уровень помех, нарушающих работу устройств железнодорожной автоматики, которая обеспечивает безопасность движения поездов. Для разработки устройств защиты и обеспечения условий безопасности движения поездов необходимо проанализировать механизмы возникновения указанного явления и оценить влияние асинхронных двигателей на работу устройств железнодорожной автоматики.
Проведение измерений внешних электромагнитных полей (ВЭМП) в реальных условиях эксплуатации транспорта в настоящее время не представляется возможным.
Отличительной особенностью асинхронных двигателей (АД) по сравнению с двигателями постоянного тока является наличие очень мощных ВЭМП, которые оказывают существенное влияние на выполнение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) [1]. ВЭМП нарушают санитарные условия работы персонала, приводят к ошибкам в работе устройств железнодорожной автоматики, при этом повышается вероятность сбоев в электронных и микропроцессорных системах. Технические средства обладают разной чувствительностью к электромагнитным помехам. Так, нарушение режимов работы интегральных микросхем и чувствительных элементов ЭВМ возникает уже при воздействии электромагнитных помех с энергией W = 10-7 Дж [2].
ВЭМП оказывают влияние на самочувствие человека. Это проявляется в заторможенных реакциях (что
опасно для машиниста), головных болях, вялости, быстрой утомляемости, повышении артериального давления, учащении пульса, а после длительного воздействия возможны изменения в составе крови. Воздействие сильных электромагнитных полей опасно для людей [3]. По существующим методикам оценка этого влияния осуществляется путем определения величины индукции магнитного поля, создаваемой АД в зоне нахождения человека или технических средств, на которые оказывает воздействие ВЭМП.
В соответствии с действующими санитарными нормами при длительном общем воздействии на человека предельно допустимый уровень магнитного поля для частоты 50 Гц составляет 100 мкТл.
Данные нормативы и методики измерения не подходят при оценке влияния тяговых асинхронных двигателей на устройства автоматики. Внешние электромагнитные поля обычно распространяются за зоной прямого воздействия на машиниста и устройств железнодорожной автоматики. Тяговые двигатели не оказывают прямого воздействия на человека и приведенные в нормативах известные технические средства. Однако воздействие происходит, а его механизм до сих пор не изучен.
В настоящее время объяснения и оценки причин влияния ВЭМП асинхронных двигателей на работу железнодорожной автоматики не существует. Поэтому авторами предлагается рассмотреть модель возможного воздействия для оценки этого влияния с учетом:
► индуктивной связи между тяговым двигателем и рельсовой линией, в которых наводится ЭДС и возникает ток
Компетентность / Competency (Russia) 8/2019
ИССЛЕДОВАНИЯ 49
помехи, воздействующий на приемник рельсовой цепи и нарушающий режимы ее работы;
► тока помехи, протекающего по рельсовым нитям и создающего магнитное поле, в котором находятся приемные катушки автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), что также приводит к возникновению в них сигнала помехи от работы АД.
Приемные катушки АЛС находятся в зоне внешних электромагнитных полей тягового двигателя первой колесной пары, так как располагаются непосредственно перед ней. В них и наводится помеха от ВЭМП тягового двигателя первой колесной пары.
Данная причина очевидна и оценивается по величине индукции, создаваемой при работе АД в локомотивных приемных катушках. Наиболее просто она определяется моделированием. Экспериментально при движении поезда и смене режимов работы измерения проблематичны.
Поэтому авторы предлагают провести моделирование, исходя из следующих соображений:
► для передачи помехи от тягового двигателя в рельсовую цепь следует считать, что ВЭМП наводит ЭДС помехи ЕП в рамке, состоящей из первой колесной пары и элементов рельсовой линии в виде проводника с сопротивлением, величина которого равна сопротивлению между точками контакта колесной пары с рельсами;
► величина ЕП определяется по величине В — индукции ВЭМП в рамке (на первом этапе анализа значение В
ЧП4
можно взять из данных [0], представленных для АД типа ТАДВМ280-4У2);
► схема рельсовой линии представлена в виде Т-образных звеньев в различных точках, в которых подключается ЕП;
► по величине напряжения на приемном конце рельсовой цепи определяется влияние ВЭМП на работу РЦ, а по величине тока в рельсовых нитях — на работу АЛС.
На основании сказанного в программе N1 Multisim была составлена модель имитации влияния ВЭМП на устройства рельсовой цепи (см. рисунок).
В модели источник помех в виде ЕП подключается в различные точки рельсовой линии, которая имеет первичные параметры Rб¡и Zр — сопротивления балласта и рельсовых нитей на 1 км и представлена в виде схемы замещения из п числа Т-образных звеньев. В них сопротивления определяются как Z1 = Zр/2n и Z2 = R6 п. Схема рельсовой цепи была построена и анализировалась при п = 4 для линии длиной 1 км. В начале и конце рельсовой линии подключались параметры ZН и ZК — сопротивления питающего и приемного концов рельсовой цепи соответственно.
В схему в различные точки рельсовой линии подключался также источник помех с величиной ЕП для определения его влияния на работу рельсовой цепи и локомотивной аппаратуры АЛС при перемещении локомотива вдоль рельсовой цепи.
Величина ЕП определялась в первом приближении теоретически, на основе сравнения мощностей тягового и из-
ЧП3
ЧП2
Схема модели имитации влияния ВЭМП на устройства рельсовой цепи [Model for simulating the VEMP effect on rail circuit devices scheme]
ЧП1
вестного двигателей [1]. Считая, что индукция на расстоянии 0,9 метра от оси двигателя типа АД ТАДВМ280-4У2 составляет 116 мкТл при мощности 170 кВт, то при тяговых двигателях современных электровозов мощностью 1200 кВт можно предположить, что индукция в зоне оси первой колесной пары будет примерно в 8 раз больше. Тогда в рамке, образованной колесной парой, по приближенным расчетам возникает ЕП, равная 0,5 В.
Для имитации расположения локомотива вдоль рельсовой линии измерения ^ПР — напряжения на приемном конце рельсовой линии и тока IАЛС — в рельсовой линии (перед приемными катушками) производились в точках 0, 1, 2, 3, 4 при различных параметрах R6,
^ и
Были получены первые результаты по оценке параметров помех от ВЭМП
в рельсовой линии и в приемных катушках:
► при приближении локомотива к приемному концу рельсовой цепи уровень помех в рельсовой линии на входе приемника увеличивается в 2...2,5 раза, а на приемных катушках — в 10.15 раз. Эти уровни соизмеримы с уровнем полезного сигнала в АЛС и рельсовых цепях;
► при задании параметров источников помех в схеме замещения не удалось учесть влияние всех колесных пар подвижного состава и тяговых двигателей других осей локомотива.
Решение этой сложной задачи предполагается в дальнейших исследованиях для уточнения модели и решения поднятой проблемы в полном объеме. Данное моделирование поможет подготовить эксперимент для измерения реальных помех. ■
Статья поступила в редакцию 4.07.2019
Список литературы
1. Казаков Ю.Б., Шумилов Е.А., Тамьяров А.В., Морозов А.Н. Оценка энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.4.037-043.
2. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. Васильева Л.К., Горский А.Н. Электротехнические аспекты влияния низкочастотных электромагнитных полей на человека // Вестник МАНЭБ. — 2000. — № 4(28).
НОВАЯ КНИГА
Барышев Ю.А., Вострокнутов Н.Н., Романова Л.А.
Метрологические основы поверки и калибровки
Учебное пособие. — М.: АСМС, 2018
Пособие разработано в соответствии с учебной программой по специализации «Поверка и калибровка средств электрических измерений» на основании ФЗ «Об обеспечении единства измерений», «О техническом регулировании», «О внесении изменений в Федеральный закон о техническом регулировании» и разработанных в соответствии с этими законами правил по метрологии. Предназначено для инженерно-технических работников НИИ и метрологических служб, повышающих квалификацию в области поверки и калибровки средств электрических измерений, для поверителей средств измерений, сотрудников, работающих в области метрологии, слушателей, повышающих квалификацию в области поверки и калибровки различных средств измерений, преподавателей вузов.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
Kompetentnost / Competency (Russia) 8/2019 ISSN 1993-8780
RESEARCH 51
On the Evaluation of the Asynchronous Traction Motors Influence on Automation Devices
Yu.A. Baryshev1, FSAEI FVT ASMS, Assoc. Prof. Dr., elizm@asms.ru A.K. Tabunshchikov2, Russian University of Transport (RUT (MIIT), Dr. N.N. Titova3, RUT (MIIT) V.S. Kuz'min4, RUT (MIIT)
1 Head of the Electrical Measurement Department, Moscow, Russia
2 Associate Professor of Department, Moscow, Russia
3 Senior Teacher of Department, Moscow, Russia
4 Postgraduate, Moscow, Russia
Citation: Baryshev Yu.A., Tabunshchikov A.K., Titova N.N., Kuz'min V.S. On the Evaluation of the Asynchronous Traction Motors Influence on Automation Devices, Kompetentnost' / Competency (Russia), 2019, no. 8, pp. 48-51
key words
asynchronous traction motor, rail circuit, automatic locomotive signaling, interference
We have examined the effect of an asynchronous traction drive on the operation of rail circuits and automatic locomotive signaling and gave the main criteria for assessing the effects of electromagnetic fields on humans and on automation devices. Since there are currently no explanations and estimates of the reasons for the influence of asynchronous motors VEMPs on the operation of railway automation, we have proposed a model for simulating this phenomenon. It allowed determining the interference parameters at the input of automatic locomotive signaling rail circuits and locomotive equipment track receivers. The first results were obtained, but to solve such a complex task further studies are needed. Refinement of the model will allow to consider the raised problem in full. We think that this simulation will help prepare an experiment to measure real interference.
References
1. Kazakov Yu.B., Shumilov E.A., Tam'yarov A.V., Morozov A.N. Otsenka energii vneshnikh elektromagnitnykh pomekh chastotno-reguliruemykh asinkhronnykh dvigateley; DOI: 10.17588/2072-2672.2017.4.037-043.
2. GOST 32144-2013 Electrical energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Standards of electrical energy quality in general-purpose power supply systems.
3. Vasil'eva L.K., Gorskiy A.N. Elektrotekhnicheskie aspekty vliyaniya nizkochastotnykh elektromagnitnykh poley na cheloveka [Electrotechnical aspects of the low-frequency electromagnetic fields influence on a person], Vestnik MANEB, 2000, no. 4(28), pp. 31-35.
НОВАЯ КНИГА
Вострокнутов Н.Н.
Цифровые измерительные устройства. Теория погрешностей, испытания, поверка
Учебное пособие / Издание 3-е, пер. и доп. — М.: АСМС, 2018
Представлена полностью переработанная книга автора «Испытания и поверка цифровых измерительных устройств» (1990 г.), в связи с важными изменениями в элементной базе и схемотехнике, применяемой при разработке ЦИУ, а также иными принципами построения ЦИУ. Излагаются основы теории погрешностей ЦИУ, методы расчета составляющих погрешностей измерений, а также методы испытаний и способы определения и контроля погрешностей ЦИУ. Книга полезна для инженеров и научных работников, занимающихся испытаниями и разработкой ЦИУ, a также работников метрологических служб.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
