[10-2023] Параметры эквивалентного четырехполюсника дроссель-трансформаторов ДТЕ-0,2/0,4-1500М

[Admin]

Параметры эквивалентного четырехполюсника дроссель-трансформаторов ДТЕ-0,2/0,4-1500М

ЩЕРБИНА Евгений Геннадьевич, ООО «1520 Сигнал», технический директор, доцент, канд. техн, наук, Москва, Россия
ЩЕРБИНА Алексей Евгеньевич, ООО «1520 Сигнал», руководитель отдела рельсовых цепей, канд. техн, наук, Москва, Россия
ГОМАН Евгений Александрович,n ОАО «ЭЛТЕЗА», главный инженер, Москва, Россия

Ключевые слова: математическое моделирование, эквивалентный четырехполюсник, А-параметры, дроссель-трансформатор, рельсовые цепи, адекватность модели, нелинейные свойства
Аннотация. В статье приводятся результаты исследований в лаборатории рельсовых цепей дроссель-трансформаторов ДТЕ-0,2-1500М и ДТЕ-0,4-1500М. Экспериментально определены параметры эквивалентного четырехполюсника на рабочих частотах сигналов рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации в диапазоне рабочих напряжений.

ОАО «ЭЛТЕЗА» активно переходит на применение в конструкции серийно изготавливаемых изделий полимерных (композиционных) материалов. С целью повышения электрической прочности изоляции токоведущих цепей и перехода на унифицированный полимерный корпус всех типов дроссель-трансформаторов (ДТ) постоянного тока ведется модернизация дроссель-трансформаторов ДТЕ-0,2-1500П, ДТЕ-0,4-1500П. Главное преимущество дроссель-трансформаторов в полимерных корпусах - отсутствие наведенного напряжения тягового тока контактной сети на корпусе, благодаря чему исключается возможность поражения обслуживающего персонала электрическим током.
Важным требованием к ДТ является их минимальное влияние на основные режимы работы рельсовых цепей. Именно поэтому опытные образцы модернизированных дроссель-трансформаторов ДТЕ-0,2-1500М и ДТЕ-0,4-1500М стали предметом исследований в лаборатории рельсовых цепей ООО «1520 Сигнал». Цель исследований -экспериментальное определение параметров эквивалентного четырехполюсника. Эти параметры, количественно характеризующие условия передачи сигналов, позволяют моделировать поведение ДТ
в реальной рельсовой цепи. Они необходимы для расчета регулировочных характеристик рельсовых цепей на этапе проектирования.

В эксплуатации на сети дорог находятся более ранние модели дроссель-трансформаторов данного типа. Параметры эквивалентных четырехполюсников, используемые специалистами АО «НИИАС» и ГТСС при расчете регулировочных характеристик рельсовых цепей, в данной работе представляют интерес в плане оценки точности моделирования и применимости к новым дрос-сель-трансформаторам. Сравнительная оценка тем более актуальна, что на каждой частоте «новая» модель характеризуется восемью матрицами А-па-раметров, а «старая» - одной. По аналогии с ранее опубликованными результатами исследования для ДТЕМГ-0,17-1500 с коэффициентом трансформации 40 [1] «старые» параметры здесь не приводятся, но результаты их применения отображаются на графиках наряду с «новыми». При исследовании использовалась методика определения параметров эквивалентного четырехполюсника схемы замещения дроссель-трансформатора, основанная на методе «трех известных нагрузок» с контролем достоверности получаемых данных на каждом этапе, корректно реализованная благодаря применению соответствующих способов измерения комплексного сопротивления. Измерение комплексов напряжений и токов на входе и выходе нагруженного дроссель-трансформатора выполнено на 15 частотах рельсовых цепей и АЛС: 25, 50, 75, 175, 420, 480, 525, 580, 625, 675, 720, 780, 825, 875, 925 Гц. При этом на входе ДТ устанавливали восемь значений напряжения рабочего диапазона:!; 2,5; 5; 10; 25; 50; 100; 200 В.
ПАРАМЕТРЫ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ
■ Параметры эквивалентных четырехполюсников опытных образцов дроссель-трансформаторов ДТЕ-0.2-1500М с коэффициентом трансформации 40 и ДТЕ-0.4-1500М с коэффициентом трансформации 38, выпущенных ОАО «ЭЛТЕЗА» в конце прошлого года, представлены в табл. 1 и 2 соответственно. Они получены в ходе экспериментальных исследований расчетным путем по результатам измерений. В таблицах приняты следующие обозначения:
1(Гц) и U^B) в первой и второй колонках идентифицируют набор параметров по частоте и по входному напряжению ДТ со стороны дополнительной обмотки;
IAI, фА, IBI, фв, ICI, фс, IDI, ф0 - А-параметры, представленные модулями и аргументами;
IZ1CI, ф21с, IZ2CI, ф2гс - модули и аргументы характеристических сопротивлений со стороны дополнительной обмотки и со стороны основной обмотки соответственно;
a, b, п - собственное затухание, собственная фазовая постоянная и характеристический коэффициент трансформации (n = \'Z1C/Z2C);
IZJ. Фг1Х’ IZik'- Vztk’ l^2x'’ <pz2x’ 'Z2k'> <pz2K - na‘ раметры холостого хода и короткого замыкания со стороны дополнительной обмотки и со стороны основной обмотки, представленные модулями и аргументами.

ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ ЭКВИВАЛЕНТНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОРУ
■ Для каждой из 15 частот при пяти нагрузках рассчитаны напряжение и ток на входе ДТ через измеренные напряжение и ток нагрузки и каждую из восьми матриц A-параметров. Погрешность значений входного напряжения и входного тока определена относительно соответствующих измеренных значений. Модули максимальных (из пяти, по числу нагрузок) значений погрешности приводятся на графиках. Построенные с использованием интерполяции графические зависимости максимальной относительной погрешности иллюстрируют адекватность каждой математической модели: чем ближе расчетное значение тока (напряжения) к измеренному значению, тем точнее модель. В идеальном случае расчетные значения совпадают с измеренными. Чем больше расчетное значение отличается от измеренного, тем грубее модель, и тем большими будут несовпадения результатов расчета и измерений. Таким образом, получено 30 графиков - 15 для погрешности по напряжению 5и (U.,) и 15 для погрешности по току 8ц (U^. В данной статье приводятся по два из них для ДТ каждого типа: ДТЕ-0,2-1500М - 8, (U^ для частоты 175 Гц - на рис. 1,8и (U0 для частоты 925 Гц - на рис. 2; ДТЕ-0,4-1500М - 8ц (1^) для частоты 25 Гц -на рис. 3, 8и (UJ для частоты 925 Гц - на рис. 4.
Графические зависимости показывают, что наиболее адекватно работу дроссель-трансформатора на определенном напряжении описывает математическая модель, параметры которой были измерены на том же напряжении. Об этом свидетельствует минимальная погрешность расчетных значений тока и напряжения относительно измеренных.
Для уровней относительной погрешности по току 1 и 10 % определены интервалы напряжения, на которых погрешность не превышает этих значений. Интервалы напряжения, соответствующие указанным уровням погрешности, приводятся для всех 15 частот для ДТЕ-0,2-1500М в табл. 3 и 4, для ДТЕ-0,4-1500М в табл. 5 и 6.
Графики отражают нелинейность электрических параметров дроссель-трансформатора, поскольку ни одна из восьми матриц A-параметров эквивалентного четырехполюсника не дает постоянной погрешности в диапазоне рабочих значений напряжения на зажимах дополнительной обмотки. Поэтому ни один из наборов параметров, строго говоря, не является достаточным для адекватного моделирования работы дроссель-трансформатора в диапазоне рабочих напряжений от 1 до 200 В.

Пользуясь графиками или полученным по ним данными (см. табл. 3-6), можно выбирать набор параметров эквивалентного четырехполюсника, адекватный напряжению на зажимах дополнительной обмотки. Здесь ПАН - матрица А-параметров эквивалентного четырехполюсника.
Альтернативная модель ДТ представлена на графиках кривой желтого цвета и обозначена в легенде как «И» (используемая широко). Очевидно, что данная модель дает погрешность расчета тока на частоте 175 Гц от 10 до 60 % (см. рис. 1), что заметно хуже «новой» модели. Погрешность «старой» модели по напряжению ниже, чем по току и составляет 8-9 % (см. рис. 2). Таким образом, если рассчитать конкретную рельсовую цепь по «старым» параметрам эквивалентного четырехполюсника, разница между током в реальной цепи и его ожидаемым значением может составлять 50 %, а при расчете по «новым» параметрам это расхождение не превысит «3 %.
В заключение отметим, что полученные параметры эквивалентного четырехполюсника дрос-сель-трансформаторов ДТЕ-0,2-1500М и ДТЕ-0,4-1500М могут быть использованы при расчете регулировочных характеристик рельсовых цепей и при проведении различных исследований.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Щербина Е.Г., Щербина А.Е. Определение параметров математической модели дроссель-трансформатора // Автоматика, связь, информатика. 2023. № 5. С. 17-23. DOI 10.34649/АТ.2023.5.5.003