The Method for Detecting Defects in Movable Armature of the Signalling Relay
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: Despite significant progress in the development of microelectronic rail automatic systems observed in recent decades, relay-contact devices are still widely used in railway signalling systems, that are fundamental to the safe operation of railways and must perform predictably and reliably. Thus, signalling relays used for safety-critical or safety-related applications in railway signalling systems should be properly maintained and tested to ensure their performing safely and reliably throughout their expected service life. With the purpose of developing a method for detecting defects in movable armature of the signalling relay, the time dependences of transient currents during relays switching have been investigated for relay in various technical conditions: in operable condition, as well as with arti-ficially created defects (bends) of contact springs. The measured data have been analyzed in the time and frequency domain using the wavelet transform modifications (CWT, DWT, DWPT). The analysis of the transient currents was carried out using segmentation of the current characteristics of the relay. The relay transient current at first and third segments which corresponded to unmovable anchor state, increase with time during relay switchon approximately as the exponential function. The time constants of the relay current were calculated by approximating the measured currenttime dependences at the first segment of the current curve by exponential function. The presence of defects in the movable armature of the relay had practically no effect on the values of calculated time constants. However, these values strongly depended on the technical condition of the relay magnetic circuit and the relay coil, as well as on the voltage applied to the coil terminals. This behavior of the relay time constant on the first segment of the relay current characteristic makes it possible to use this parameter to monitor the technical state of the electromagnetic relay system. Defects of the armature and contact springs led to the appearance of additional features at the second segment of the relay transient current, which corresponded to the movement of the armature. The magnitude of these features on the current curve depended on the value of bending of the relay's contact spring. The width and appearance time of the features at the second segment of the current-switching curve correspond to the non-simultaneous switching of the relay contacts. To determine the amplitude (energy) of these features (peaks) on transient current curve, their duration and the times of appearance, the wavelet transform was used. The results of investigations confirmed the possibility of determining the defects of the relay movable armature by using wavelet analysis of the second segment of the relay transient current characteristic.
UK:Незважаючи на значний прогрес в розробці мікроелектронних систем залізничної автоматики, який спостерігається в останні десятиліття, релейно-контактні пристрої, як і раніше широко, використовуються в залізничних системах сигналізації, які є основоположними для безпечної експлуатації залізниць і повинні функціонувати передбачуване і надійно. Таким чином, реле сигналізації, що використовується для критично важливих для пеки або пов'язаних з безпекою функцій в залізничних системах сигналізації, має належним чином експлуатуватися і перевірятися, щоб гарантувати їх безпечну і надійну роботу протягом всього очікуваного терміну служби. З метою розробки методу виявлення дефектів рухомої арматури реле сигналізації, були досліджені часові залежності перехідних струмів при перемиканні реле, що знаходилися у різних технічних станах, - в робочому стані, а також з штучно створеними дефектами (вигинами) контактних пружин. Виміряні дані були проаналізовано в часовій і частотній області з використанням модифікацій вейвлет перетворення (CWT, DWT, DWPT). Аналіз перехідних струмів проводили з використанням сегментації струмових характеристик реле. Перехідний струм реле при включенні на першому і третьому сегментах, котрі відповідають нерухомому якорю, збільшувався в часі по експоненціальному закону. Постійні часу наростання струму реле, розраховані шляхом апроксимації виміряних часових залежностей перехідного струму в першому сегменті кривої струму в обмотці реле при включенні експоненціальною функцією. Наявність дефектів рухомої арматури реле практично не впливало на значення постійних часу. Однак ці значення сильно залежали від стану магнітного кола реле і обмотки реле, а також від напруги на обмотці реле. Така поведінка постійної часу реле на першому сегменті струмової характеристики дозволяє використовувати її для контролю технічного стану електромагнітної системи реле. Несправності, викликані дефектами якоря і контактних пружин, приводили до появи додаткових особливостей на другому сегменті перехідного струму реле, який відповідав переміщенню якоря. Величина цих особливостей на струмовій кривій залежала від ступеня вигину контактної пружини реле, а різниця у моментах їх появи на струмовій кривій включення реле відповідає неодночасності розмикання і замикання контактів реле. Для виділення амплітуди (енергії) цих піків, їх тривалості і часу появи використано вейвлет-перетворення. Дослідження підтвердили можливість визначення дефектів рухомої арматури реле (якоря, контактів, контактних пружин) за формою струмової характеристики включення реле на другому сегменті с детальним визначенням особливостей струмової кривої за допомогою вейвлет аналізу.
RU: Несмотря на значительный прогресс в разработке микроэлектронных систем железнодорожных автоматики, наблюдаемый в последние десятилетия, релейно-контактные устройства по-прежнему широко используются в железнодорожных системах сигнализации, которые являются основополагающими для безопасной эксплуатации железных дорог и должны функционировать предсказуемо и надежно. Таким образом, реле сигнализации, используемое для критически важных для безопасности или связанных с безопасностью приложений в железнодорожных системах сигнализации, должно надлежащим образом эксплуатироваться и проверяться, чтобы гарантировать их безопасную и надежную работу в течение всего ожидаемого срока службы. С целью разработки метода выявления дефектов подвижной арматуры реле сигнализации, были исследованы временные зависимости переходных токов при переключении реле в различных технических состояниях, – в рабочем состоянии, а также с искусственно созданными дефектами (изгибами) контактных пружины. Измеренные данные были проанализированы во временной и частотной области с использованием модификаций вейвлет преобразования (CWT, DWT, DWPT). Анализ переходных токов проводили с использованием сегментации токовых характеристик реле. Переходный ток реле при включении на первом и третьем сегментах, которые соответствуют неподвижному якорю, увеличивался во времени по экспоненциальному закону. Постоянные времени нарастания тока реле, рассчитывали путем аппроксимации измеренных временных зависимостей переходного тока в первом сегменте кривой тока в обмотке реле при включении экспоненциальной функцией. Наличие дефектов подвижной арматуры реле практически не оказывало влияние на значения постоянных времени. Однако эти значения сильно зависели от состояния магнитной цепи реле и обмотки реле, а также от приложенного к обмотке напряжения. Такое поведение постоянной времени реле на первом сегменте токовой характеристики позволяет использовать ее для контроля технического состояния электромагнитной системы реле. Неисправности, вызванные дефектами якоря и контактных пружин, приводили к появлению дополнительных особенностей на втором сегменте переходного тока реле, который соответствовал перемещению якоря. Величина этих особенностей на токовой кривой зависела от степени изгиба контактной пружины реле, а различие в моментах их появления на токовой кривой соответствует не одновременности размыкания и замыкания контактов реле. Для выделения амплитуды (энергии) этих пиков, их длительности и времени появления использовано вейвлет-преобразование. Исследования подтвердили возможность определения дефектов подвижной арматуры реле (якоря, контактов, контактных пружин) по форме второго сегмента токовой характеристики включения реле с детальным выделением особенностей токовой кривой с помощью вейвлет анализа.
UK:Незважаючи на значний прогрес в розробці мікроелектронних систем залізничної автоматики, який спостерігається в останні десятиліття, релейно-контактні пристрої, як і раніше широко, використовуються в залізничних системах сигналізації, які є основоположними для безпечної експлуатації залізниць і повинні функціонувати передбачуване і надійно. Таким чином, реле сигналізації, що використовується для критично важливих для пеки або пов'язаних з безпекою функцій в залізничних системах сигналізації, має належним чином експлуатуватися і перевірятися, щоб гарантувати їх безпечну і надійну роботу протягом всього очікуваного терміну служби. З метою розробки методу виявлення дефектів рухомої арматури реле сигналізації, були досліджені часові залежності перехідних струмів при перемиканні реле, що знаходилися у різних технічних станах, - в робочому стані, а також з штучно створеними дефектами (вигинами) контактних пружин. Виміряні дані були проаналізовано в часовій і частотній області з використанням модифікацій вейвлет перетворення (CWT, DWT, DWPT). Аналіз перехідних струмів проводили з використанням сегментації струмових характеристик реле. Перехідний струм реле при включенні на першому і третьому сегментах, котрі відповідають нерухомому якорю, збільшувався в часі по експоненціальному закону. Постійні часу наростання струму реле, розраховані шляхом апроксимації виміряних часових залежностей перехідного струму в першому сегменті кривої струму в обмотці реле при включенні експоненціальною функцією. Наявність дефектів рухомої арматури реле практично не впливало на значення постійних часу. Однак ці значення сильно залежали від стану магнітного кола реле і обмотки реле, а також від напруги на обмотці реле. Така поведінка постійної часу реле на першому сегменті струмової характеристики дозволяє використовувати її для контролю технічного стану електромагнітної системи реле. Несправності, викликані дефектами якоря і контактних пружин, приводили до появи додаткових особливостей на другому сегменті перехідного струму реле, який відповідав переміщенню якоря. Величина цих особливостей на струмовій кривій залежала від ступеня вигину контактної пружини реле, а різниця у моментах їх появи на струмовій кривій включення реле відповідає неодночасності розмикання і замикання контактів реле. Для виділення амплітуди (енергії) цих піків, їх тривалості і часу появи використано вейвлет-перетворення. Дослідження підтвердили можливість визначення дефектів рухомої арматури реле (якоря, контактів, контактних пружин) за формою струмової характеристики включення реле на другому сегменті с детальним визначенням особливостей струмової кривої за допомогою вейвлет аналізу.
RU: Несмотря на значительный прогресс в разработке микроэлектронных систем железнодорожных автоматики, наблюдаемый в последние десятилетия, релейно-контактные устройства по-прежнему широко используются в железнодорожных системах сигнализации, которые являются основополагающими для безопасной эксплуатации железных дорог и должны функционировать предсказуемо и надежно. Таким образом, реле сигнализации, используемое для критически важных для безопасности или связанных с безопасностью приложений в железнодорожных системах сигнализации, должно надлежащим образом эксплуатироваться и проверяться, чтобы гарантировать их безопасную и надежную работу в течение всего ожидаемого срока службы. С целью разработки метода выявления дефектов подвижной арматуры реле сигнализации, были исследованы временные зависимости переходных токов при переключении реле в различных технических состояниях, – в рабочем состоянии, а также с искусственно созданными дефектами (изгибами) контактных пружины. Измеренные данные были проанализированы во временной и частотной области с использованием модификаций вейвлет преобразования (CWT, DWT, DWPT). Анализ переходных токов проводили с использованием сегментации токовых характеристик реле. Переходный ток реле при включении на первом и третьем сегментах, которые соответствуют неподвижному якорю, увеличивался во времени по экспоненциальному закону. Постоянные времени нарастания тока реле, рассчитывали путем аппроксимации измеренных временных зависимостей переходного тока в первом сегменте кривой тока в обмотке реле при включении экспоненциальной функцией. Наличие дефектов подвижной арматуры реле практически не оказывало влияние на значения постоянных времени. Однако эти значения сильно зависели от состояния магнитной цепи реле и обмотки реле, а также от приложенного к обмотке напряжения. Такое поведение постоянной времени реле на первом сегменте токовой характеристики позволяет использовать ее для контроля технического состояния электромагнитной системы реле. Неисправности, вызванные дефектами якоря и контактных пружин, приводили к появлению дополнительных особенностей на втором сегменте переходного тока реле, который соответствовал перемещению якоря. Величина этих особенностей на токовой кривой зависела от степени изгиба контактной пружины реле, а различие в моментах их появления на токовой кривой соответствует не одновременности размыкания и замыкания контактов реле. Для выделения амплитуды (энергии) этих пиков, их длительности и времени появления использовано вейвлет-преобразование. Исследования подтвердили возможность определения дефектов подвижной арматуры реле (якоря, контактов, контактных пружин) по форме второго сегмента токовой характеристики включения реле с детальным выделением особенностей токовой кривой с помощью вейвлет анализа.
Description
V. Havryliuk: ORCID 0000-0001-9954-4478
Keywords
relay, current characteristics, method for detecting defects, wavelet analysis, реле, струмові характеристики, метод визначення дефектів, вейвлет аналіз, токовые характеристики, метод определения дефектов, вейвлет анализ, КАТЗ
Citation
Havryliuk, V. I. The method for detecting defects in movable armature of the signalling relay / V. I. Havryliuk // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2017. – № 13. – С. 42–48. — DOI: 10.15802/ecsrt2017/136817.