About Track Circuit Calculation Method Dependent on Ferromagnet Properties in Conditions of Traction Current Noise Influence
Loading...
Files
Date
2016
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. The work is intended to investigate the electromagnetic processes in impedance bond in order to improve noise immunity of track circuits (TC) for safe railway operation. Methodology. To achieve this purpose the methods of scientific analysis, mathematical modelling, experimental study, a large-scale simulation were used.
Findings. The work examined the interference affecting the normal performance of track circuits. To a large extent, part of track circuit damages account for failures in track circuit equipment. Track circuit equipment is connected directly to the track line susceptible to traction current interference, which causes changes in its electrical characteristics and electromagnetic properties. Normal operability, performance of the main operating modes of the track circuit is determined by previous calculation of its performance and compilation of regulatory tables. The classical method for determination of track circuit parameters was analysed. The classical calculation method assumes representation of individual sections of the electrical track circuit using the quadripole network with known coefficients, usually in the A-form. Determining the coefficients of linear element circuit creates no metrological or mathematical difficulties. However, in circuits containing nonlinear ferromagnets (FM), obtaining the coefficients on the entire induction change range in the cores is quite a difficult task because the classical methods of idling (I) and short circuit (SC) are not acceptable. This leads to complicated methods for determining both the module and the arguments of quadripole network coefficients. Instead of the classical method, the work proposed the method for calculating
the track circuit dependent on nonlinear properties of ferromagnets. Originality. The article examines a new approach to the calculation of TC taking into account the losses in ferromagnets (FM), without determination of equivalent circuit quadripole network coefficients. When building the FM reversal model in parallel magnetic fields, the most accurate methods are the approximation ones that take into account not only the changes in values and over time, but also their derivatives. The development of computer hardware and software makes real the mathematical methods for calculating TC with significant change in ferromagnetic inductance, including the saturation areas. Herewith, it is important to search for approximating analytical expression that describes the dynamic limit hysteresis loop (HL). Practical value. The changes in the electrical parameters of the same TC were analysed using the classical and the new calculation methods, the difference made less than 10%. The work introduced some measures to increase operational noise immunity of TC.
UK: Мета. У роботі необхідно дослідити електромагнітні процеси в дросель-трансформаторі з метою підвищення завадостійкості рейкових кіл (РК) та, як наслідок, підвищення безпеки руху на залізниці. Методика. Для досягнення поставленої мети застосовано методи наукового аналізу, математичного моделювання, експериментального дослідження, масштабного моделювання. Результати. Розглянуто перешкоди, що впливають на нормальну працездатність рейкових кіл. Значною мірою частина пошкоджень у рейковому колі доводиться на відмову в його апаратурі. Апаратура рейкового кола підключена безпосередньо до рейкової лінії, схильної до впливу перешкод тягового струму, які викликають у них зміну електричних характеристик та електромагнітних властивостей. Нормальна працездатність при виконанні основних режимів роботи рейкового кола визначається попереднім розрахунком її характеристик та складанням регулювальних нормативних таблиць. Проаналізовано класичний метод визначення параметрів рейкового ланцюга. Класичний метод розрахунку передбачає подання окремих ділянок електричної схеми рейкових кіл чотириполюсниками з відомими коефіцієнтами, зазвичай в А-формі. Відшукування коефіцієнтів схем із лінійними елементами не представляє метрологічних та математичних труднощів. Разом із тим, у ланцюгах, що містять нелінійні феромагнетики (ФМ), отримання коефіцієнтів на всьому діапазоні зміни індукцій у сердечниках − досить важке завдання, оскільки класичні методи холостого ходу (ХХ) та короткого замикання (КЗ) стають неприйнятними. Це призводить до ускладнення методів визначення, як модуля, так і аргументів коефіцієнтів чотириполюсників. Замість класичного методу запропонований метод розрахунку рейкового кола з урахуванням нелінійної характеристики феромагнетиків. Наукова новизна. У статті розглянуто новий підхід до розрахунку рейкового кола з урахуванням втрат у феромагнетиках без пошуку коефіцієнтів чотириполюсників схеми заміщення. При побудові моделі перемагнічування ФМ у паралельних магнітних полях найбільш точними є апроксимаційні методи, що враховують не тільки зміни величин і у часі, а ще й їх похідні. З розвитком обчислювальної техніки та програмного забезпечення математичні методи розрахунку РК при значній зміні індуктивності феромагнетиків, включаючи ділянки насичення, стають реальними. При цьому важливим є пошук апроксимуючого аналітичного виразу, що описує динамічну граничну петлю гістерезису (ПГ). Практична значимість. Проведено аналіз зміни електричних параметрів одного й того ж РК при розрахунку класичним і новим методом: різниця склала не більше 10 %. Наведено деякі заходи з підвищення експлуатаційної завадостійкості РК.
RU: Цель. В работе необходимо исследовать электромагнитные процессы в дроссель-трансформаторе с целью повышения помехоустойчивости рельсовых цепей (РЦ) и, как следствие, повышения безопасности движения на железной дороге. Методика. Для достижения поставленной цели применены методы научного анализа, математического моделирования, экспериментального исследования, масштабного моделирования. Результаты. Рассмотрены помехи, влияющие на нормальную работоспособность рельсовых цепей. В значительной мере часть повреждений в рельсовой цепи приходится на отказ в его аппаратуре. Аппаратура рельсовой цепи подключена непосредственно к рельсовой линии, подверженной влиянию помех тягового тока, что вызывает в них изменение электрических характеристик и электромагнитных свойств. Нормальная работоспособность при выполнении основных режимов работы рельсовой цепи определяется предварительным расчетом ее характеристик и составлением регулировочных нормативных таблиц. Проанализирован классический метод определения параметров рельсовой цепи. Классический метод расчета предполагает представление отдельных участков электрической схемы рельсовых цепей четырехполюсниками с известными коэффициентами, обычно в А-форме. Поиск коэффициентов схем с линейными элементами не представляет метрологических и математических затруднений. Вместе с тем, в цепях, содержащих нелинейные ферромагнетики (ФМ), получение коэффициентов на всем диапазоне изменения индукций в сердечниках − довольно трудная задача, поскольку классические методы холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) становятся неприемлемыми. Это приводит к усложнению методов определения, как модуля, так и аргументов коэффициентов четырехполюсников. Вместо классического метода предложен метод расчета рельсовой цепи с учетом нелинейной характеристики ферромагнетиков. Научная новизна. В статье рассмотрен новый подход к расчету РЦ с учетом потерь в ферромагнетиках, без поиска коэффициентов четырехполюсников схемы замещения. При построении модели перемагничивания ФМ в параллельных магнитных полях наиболее точными являются аппроксимационные методы, учитывающие не только изменения величин и во времени, но и их производные. С развитием вычислительной техники и программного обеспечения математические методы расчета РЦ при значительном изменении индуктивности ферромагнетиков, включая участки насыщения, становятся реальными. При этом важным является поиск аппроксимирующего аналитического выражения, описывающего динамическую предельную петлю гистерезиса (ПГ). Практическая значимость. Проведен анализ изменения электрических параметров одной и той же РЦ при расчете классическим и новым методом: разница составила не более 10 %. Приведены некоторые мероприятия по повышению эксплуатационной помехоустойчивости РЦ.
UK: Мета. У роботі необхідно дослідити електромагнітні процеси в дросель-трансформаторі з метою підвищення завадостійкості рейкових кіл (РК) та, як наслідок, підвищення безпеки руху на залізниці. Методика. Для досягнення поставленої мети застосовано методи наукового аналізу, математичного моделювання, експериментального дослідження, масштабного моделювання. Результати. Розглянуто перешкоди, що впливають на нормальну працездатність рейкових кіл. Значною мірою частина пошкоджень у рейковому колі доводиться на відмову в його апаратурі. Апаратура рейкового кола підключена безпосередньо до рейкової лінії, схильної до впливу перешкод тягового струму, які викликають у них зміну електричних характеристик та електромагнітних властивостей. Нормальна працездатність при виконанні основних режимів роботи рейкового кола визначається попереднім розрахунком її характеристик та складанням регулювальних нормативних таблиць. Проаналізовано класичний метод визначення параметрів рейкового ланцюга. Класичний метод розрахунку передбачає подання окремих ділянок електричної схеми рейкових кіл чотириполюсниками з відомими коефіцієнтами, зазвичай в А-формі. Відшукування коефіцієнтів схем із лінійними елементами не представляє метрологічних та математичних труднощів. Разом із тим, у ланцюгах, що містять нелінійні феромагнетики (ФМ), отримання коефіцієнтів на всьому діапазоні зміни індукцій у сердечниках − досить важке завдання, оскільки класичні методи холостого ходу (ХХ) та короткого замикання (КЗ) стають неприйнятними. Це призводить до ускладнення методів визначення, як модуля, так і аргументів коефіцієнтів чотириполюсників. Замість класичного методу запропонований метод розрахунку рейкового кола з урахуванням нелінійної характеристики феромагнетиків. Наукова новизна. У статті розглянуто новий підхід до розрахунку рейкового кола з урахуванням втрат у феромагнетиках без пошуку коефіцієнтів чотириполюсників схеми заміщення. При побудові моделі перемагнічування ФМ у паралельних магнітних полях найбільш точними є апроксимаційні методи, що враховують не тільки зміни величин і у часі, а ще й їх похідні. З розвитком обчислювальної техніки та програмного забезпечення математичні методи розрахунку РК при значній зміні індуктивності феромагнетиків, включаючи ділянки насичення, стають реальними. При цьому важливим є пошук апроксимуючого аналітичного виразу, що описує динамічну граничну петлю гістерезису (ПГ). Практична значимість. Проведено аналіз зміни електричних параметрів одного й того ж РК при розрахунку класичним і новим методом: різниця склала не більше 10 %. Наведено деякі заходи з підвищення експлуатаційної завадостійкості РК.
RU: Цель. В работе необходимо исследовать электромагнитные процессы в дроссель-трансформаторе с целью повышения помехоустойчивости рельсовых цепей (РЦ) и, как следствие, повышения безопасности движения на железной дороге. Методика. Для достижения поставленной цели применены методы научного анализа, математического моделирования, экспериментального исследования, масштабного моделирования. Результаты. Рассмотрены помехи, влияющие на нормальную работоспособность рельсовых цепей. В значительной мере часть повреждений в рельсовой цепи приходится на отказ в его аппаратуре. Аппаратура рельсовой цепи подключена непосредственно к рельсовой линии, подверженной влиянию помех тягового тока, что вызывает в них изменение электрических характеристик и электромагнитных свойств. Нормальная работоспособность при выполнении основных режимов работы рельсовой цепи определяется предварительным расчетом ее характеристик и составлением регулировочных нормативных таблиц. Проанализирован классический метод определения параметров рельсовой цепи. Классический метод расчета предполагает представление отдельных участков электрической схемы рельсовых цепей четырехполюсниками с известными коэффициентами, обычно в А-форме. Поиск коэффициентов схем с линейными элементами не представляет метрологических и математических затруднений. Вместе с тем, в цепях, содержащих нелинейные ферромагнетики (ФМ), получение коэффициентов на всем диапазоне изменения индукций в сердечниках − довольно трудная задача, поскольку классические методы холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) становятся неприемлемыми. Это приводит к усложнению методов определения, как модуля, так и аргументов коэффициентов четырехполюсников. Вместо классического метода предложен метод расчета рельсовой цепи с учетом нелинейной характеристики ферромагнетиков. Научная новизна. В статье рассмотрен новый подход к расчету РЦ с учетом потерь в ферромагнетиках, без поиска коэффициентов четырехполюсников схемы замещения. При построении модели перемагничивания ФМ в параллельных магнитных полях наиболее точными являются аппроксимационные методы, учитывающие не только изменения величин и во времени, но и их производные. С развитием вычислительной техники и программного обеспечения математические методы расчета РЦ при значительном изменении индуктивности ферромагнетиков, включая участки насыщения, становятся реальными. При этом важным является поиск аппроксимирующего аналитического выражения, описывающего динамическую предельную петлю гистерезиса (ПГ). Практическая значимость. Проведен анализ изменения электрических параметров одной и той же РЦ при расчете классическим и новым методом: разница составила не более 10 %. Приведены некоторые мероприятия по повышению эксплуатационной помехоустойчивости РЦ.
Description
A. Zhuravlov: ORCID 0000-0001-6885-5177
Keywords
track circuit, impedance bond, quadripole network, ferromagnet, hysteresis, spectrum, vortical currents, magnetic viscosity, magnetizing curve, simulation, рейкове коло, дросель-трансформатор, чотириполюсник, феромагнетик, гістерезис, спектр, вихрові струми, магнітна в'язкість, крива намагнічення, моделювання, рельсовая цепь, дроссель-трансформатор, четырехполюсник, ферромагнетик, гистерезис, вихревые токи, магнитная вязкость, кривая намагничивания, моделирование, КАТЗ
Citation
Zhuravlov A. Yu. About Track Circuit Calculation Method Dependent on Ferromagnet Properties in Conditions of Traction Current Noise Influence. Наука та прогрес транспорту. 2016. № 1 (61). С. 19–29. doi: 10.15802/stp2016/60944.