Аппаратура тональных рельсовых цепей
Путевые генераторы ГП3 и ГП4.Путевой генератор предназначен для выработки АМ – сигнала соответствующей частоты, предназначенного для питания ТРЦ, а также для регулирования уровня этого сигнала на входе путевого приемника. Генераторы для рельсовых цепей третьего поколения выпускается двух типов: ГП3/8,9,11 и ГП3/11,14,15. Каждый генератор установкой внешних перемычек может настраиваться на одну из трех несущих частот и на одну из двух модулирующих частот. Таким образом, генератор первого типа может вырабатывать один из шести АМ – сигналов: 8/8, 8/12, 9/8, 9/12, 11/8, 11/12, а генератор второго типа – 11/8, 11/12, 14/8, 14/12, 15/8, 15/12. АМ - сигналы на базе частоты 580 Гц могут вырабатываться генераторами обоих типов. Принципиальная схема ГП3 изображена на рис. 1.4.
В состав генератора входят:
а) Выпрямитель, представляющий из себя диодный мост со сглаживающими конденсаторами С2, С3, а также параметрический стабилизатор на стабилитроне VD7 с балластными резисторами R13, R14 и конденсаторами С4, С5. Выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление переменного тока и получение двух двуполярных напряжений: нестабилизированного 
20В – для питания транзисторных схем и стабилизированного 
9В – для питания микросхем.
Рис.1.4 Электрическая схема генератора ГП3
б) Генератор несущих частот на микроузле DD1, содержащий генератор сигнала 1МГц с кварцевой стабилизацией и управляемые делители частоты. Настройка генератора на формирование одной из трех несущих частот на выходе fн осуществляется установкой внешних перемычек между входами D3-D10 и минусом источника питания 9В (табл.1.1).
в) Генератор частот модуляции и манипулятор, собранные на микроузле DD2. Управляемые делители частоты, в зависимости от перемычки между минусом источника питания 9В и входами fм8 или fм12, формируют один из сигналов частот модуляции fм, а манипулятор осуществляет амплитудную манипуляцию несущего сигнала на выходах Q и 
.
г) Предварительный усилитель мощности, выполненный на транзисторах VT2-VT5, двухтактный, двухкаскадный, служит для согласования выхода схемы DD2 с регулятором выходного напряжения.
д) Регулятор выходного напряжения, содержащий последовательно соединенные резисторы R9-R11 и обмотку 1-3 трансформатора TV (внешняя перемычка 83-72). Ток в этой цепи, а, следовательно, и напряжение на обмотке 1-3, регулируется резистором R11, что и вызывает изменение выходного напряжения генератора. Трансформатор TV в цепи регулятора обеспечивает гальваническую развязку регулятора от выходного усилителя. Для исключения искажений амплитудно-манипулированных сигналов при выведенном резисторе R11 трансформатор TV настраивают конденсатором С6 в резонанс на несущую частоту, а последовательно с его обмоткой 1-3 включены постоянные резисторы R9, R10. При перемычке 83-72 переменным резистором R11 регулируют выходное напряжение в пределах 2-12В при немодулированном сигнале или 1-6,4В – при модулированном.
Таблица 1.1
Выходные клеммы и устанавливаемые перемычки на генераторе ГП3
| Тип ГП3 | Частота (Гц) | Перемычки, определяющие частоту настройки | Выход ные клеммы ГП3 | Перемычки для подключе- ния выходн. каскада. | |
| Несущего сигнала | Модулиро ванного сигнала | ||||
| ГП3/ 8, 9, 11 | 12-23, 62-42, 81-73 12-23, 62-33, 81-73 | 2-52 | 83-72 3-4 51-61 | ||
| 12-21, 62-42, 81-63 12-21, 62,33, 81-63 | |||||
| 12-22,62-42,81-82 12-22, 62-33, 81-82 | |||||
| ГП3/ 11, 14, 15 | 12-22, 62-42, 81-73 12-22, 62-33, 81-73 | 2-52 | 83-72 3-4 51-61 | ||
| 12-13, 62-42, 81-63 12-13, 62-33, 81-63 | |||||
| 12-11, 62-42, 81-82 12-11, 62-33, 81-82 |
е) Выходной усилитель выполнен на двух каскадах (транзисторы VT6–VT9) и обеспечивает усиление сигнала по току. Питание на выходной усилитель подается внешними перемычками 3-4 и 51-61. Номинальная выходная мощность усилителя 20ВА. На номинальной нагрузке 7Ом он обеспечивает напряжение не менее 6,4В при модулированном сигнале. Выходное напряжение с генератора снимается с выводов 2-52.
Генератор ГП3 устанавливается на рамы релейных стативов или шкафов в розетки реле НШ и имеет металлический кожух, на передней панели которого выведены:
- ручка резистора R11, с помощью которой осуществляется регулировка уровня выходного сигнала, а, следовательно, и уровень напряжения на входе путевого приемника;
- светодиод VD11, свидетельствующий ровным свечением о наличии питания на выходном каскаде генератора;
- светодиод VD6, свечение которого мигающим светом с частотой модуляции свидетельствует о выработке предварительным усилителем АМ – сигнала, непрерывным свечением - о наличии на выходе предварительного усилителя непрерывного сигнала несущей частоты, отсутствие свечения говорит о неисправности генератора или отсутствии электропитания.
Питание генератора осуществляется от источника однофазного переменного тока частотой 50Гц, номинальным напряжением 35В (выводы 41-43). Величина АМ – сигнала на выходе генератора (2-52) при подключенной нагрузке 7 Ом может плавно регулироваться от 1 до 6В.
Для рельсовых цепей четвертого поколения, работающих в более высоком диапазоне частот, выпускается генератор ГП4 одного типа. Принципиальная схема генератора ГП-4 выполнена аналогично схеме генератора ГП-3, но установкой внешних перемычек он может настраиваться на одну из трех несущих частот (4,5; 5 или 5,5кГц) и на одну из двух частот модуляции (8 или 12Гц). Это позволяет генератору вырабатывать один из шести АМ – сигналов: 4/8; 4/12; 5/8; 5/12; 6/8; 6/12. ГП4 как и ГП3 выполнен в корпусе реле НШ. Электрическая схема генератора ГП4 представлена на рисунке 1.5, а схема его настройки – в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Выходные клеммы и устанавливаемые перемычки на генераторе ГП4
| Частота (Гц) | Перемычки, определяющие частоту настройки | Выходные клеммы ГП4 | Перемычки для подключения выходного каскада | |
| Несущего сигнала | Модулирую щего сигнала | |||
| 62-42, 81-63, 12-21 | 32-52 | 83-72 11-13 51-53 | ||
| 62-33, 81-63, 12-21 | ||||
| 62-42, 81-82, 12-22 | ||||
| 62-33, 81-82, 12-22 | ||||
| 62-42, 12-23 | ||||
| 62-33, 12-23 |
Рис. 1.5 Электрическая схема генератора ГП4
Путевые фильтры ФПМ и ФРЦ4Л.Фильтр ФПМ эксплуатируется в составе аппаратуры ТРЦ3 с диапазоном несущих частот от 420 до 780 Гц, обеспечивает согласование приборов питающего конца с кабельной линией и предназначен для защиты выходных цепей генератора от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока, атмосферных перенапряжений и гальванического разделения выходной цепи генератора и кабеля.
Фильтр ФПМ (рис.1.6) представляет собой последовательный LC – контур, составленный из трансформатора и набора конденсаторов. Выходной сигнал от генератора ГП3 подается на входные выводы фильтра 11-71. Настройка фильтра на требуемую несущую частоту достигается установкой внешних перемычек между выводами трансформатора TV и конденсаторами в соответствии с таблицей 1.3. Целью настройки является получение максимума напряжения на выходе фильтра. Правильность настройки последовательного LC контура в резонанс проверяется по равенству напряжений на индуктивности (выводы 23-11) и емкости (выводы 23-71).
Рис. 1.6 Электрическая схема путевого фильтра ФПМ
Фильтр ФПМ устанавливается в розетке реле НШ и выпускается двух типов в соответствии с типами генераторов ГП3 (ФПМ-8, 9, 11 и ФПМ-11, 14, 15).
Таблица 1.3
Выводы подключения фильтров ФПМ
| Тип фильтра | Часто- та (Гц) | перемычки | вход | выход | ||
| ЦАБ | АБ(авт тяга) | АБ (э/тяга) | ||||
| ФПМ - 8, 9, 11 | 42-23-22-21-83 | 11-71 | 12-61 | 12-62 | 12-63 | |
| 42-23-22-21 | ||||||
| 41-23-22-73-81 | ||||||
| ФПМ - 11, 14,15 | 43-23-22-73-81 | |||||
| 42-23-82-21-83 | ||||||
| 41-23-81-21-83 |
Фильтры имеют три выхода, отличающиеся различным сопротивлением:
- первый выход (выводы 12-63) имеет выходное сопротивление 140 Ом, используется на участках с электротягой и низким сопротивлением балласта при относительно коротких длинах рельсовых цепей;
- второй выход (выводы 12-62) с выходным сопротивлением 400 Ом используется на участках с автономной тягой, при этом потребная мощность сигнала с генератора по сравнению с первым выходом уменьшается более чем в два раза;
- третий выход (выводы 12-61) имеет выходное сопротивление 800 Ом, является наиболее энергетически выгодным и может использоваться в рельсовых цепях без изолированных стыков с нормальным сопротивлением балласта при централизованном размещении аппаратуры.
Для тональных рельсовых цепей четвертого поколения выпускается путевой фильтр ФРЦ4Л одной разновидности. Как и генератор ГП4 установкой внешних перемычек фильтр может настраиваться на одну из трех несущих частот: 4; 4,5 или 5,5кГц. Конструктивно фильтр ФРЦ4Л размещен в корпусе реле НМШ.
Рис. 1.7 Электрическая схема фильтра ФРЦ4Л
Электрическая схема фильтра ФРЦ4Л дана на рис. 1.7, а его электрические параметры - в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Электрические параметры ФРЦ4Л
| Напряжение на входе (клеммы 1-3) В | Частота входного сигнала Гц | Перемычка | Напряжение на выходе (клеммы 4-23) не менее В | ||
| При непрерывном сигнале | При АМ сигнале | При непрерывном сигнале | При АМ сигнале | ||
| 12,0 | 6,0 | 4545  5 | 23-63 | 70,0 | 35,0 |
5000  5 | 23-13 | ||||
| 5555 5 | - |
Путевые приемники ПП и ПРЦ4Л.Приемник путевой ПП предназначен для приема и дешифрирования амплитудно-модулированных сигналов с несущими частотами в диапазоне от 420 до 780 Гц частотой модуляции 8 или 12 Гц и входит в состав аппаратуры контроля рельсовой цепи при любом виде тяги поездов.ПП выполняет две функции:
- выделение из множества рабочих сигналов, гармоник тягового тока и помех в рельсовой линии сигнала, принадлежащего данной рельсовой цепи;
- по уровню выделенного сигнала определение режима работы рельсовой цепи (нормальный, шунтовой, контрольный). Если уровень сигнала выше определенного порогового значения, что соответствует свободному состоянию рельсовой цепи, путевой приемник срабатывает и возбуждает путевое реле.
Рис. 1.8 Электрическая схема путевого приемника ПП
Путевые приемники выпускаются заводом десяти модификаций в соответствии с десятью типами АМ - сигналов, применяемых в ТРЦ3, и перестройке в условиях эксплуатации не подлежат. Путевые приемники ПП устанавливаются для эксплуатации в розетки реле ДСШ на рамах релейных стативов и шкафов. Электропитание осуществляется от источника однофазного переменного тока, частотой 50 Гц напряжением от 15,7 до 18,4 В. Электрические характеристики ПП приведены в таблице 1.5.
Нагрузкой ПП является нейтральное малогабаритное реле постоянного тока типа АНШ2-310 с последовательным включением обмоток или АНШ2-1230 с параллельным включением обмоток. Коэффициент возврата ПП не менее 0,8. Напряжение постоянного тока на выходе ПП, при напряжении питания 18,4В и наличии на входе номинальной частоты модуляции соседнего канала, не более 0,1В.
Путевой приемник (рис 1.8) содержит следующие функциональные узлы:
а) Входной фильтр выделяет АМ-сигнал с заданной несущей частотой и подавляет сигналы с другими несущими частотами, а также сигналы числовой АЛСН и гармоники тягового тока. Входной фильтр представляет собой полосовой фильтр и выполнен на двух каскадно-соединенных системах спаренных контуров. Первая спаренная система выполнена на LC контурах TV1- C1 и TV2 - C2, а вторая – на контурах TV3- C3 и TV4- C4. Защита элементов фильтра от перенапряжений вследствие грозовых разрядов или влияния тягового тока обеспечивается стабилитронами VD1, VD2.
Каскад на транзисторе VT1 собран по схеме с общим эмиттером и имеет сильную отрицательную обратную связь за счет резисторов R2 и R34. Резистор R34 является подстроечным, им регулируют чувствительность приемника. Нормальное значение чувствительности приемника по напряжению модулированного сигнала на входе 11-43 составляет 0,35 
0,03В.
б) Демодулятор, выполненный на транзисторном каскаде VT2 с общим эмиттером. В коллекторной цепи этого каскада выделяется сигнал с частотой модуляции, который через разделительный конденсатор С6 поступает на амплитудный ограничитель.
в) Амплитудный ограничитель на транзисторе VT3 выполнен по схеме с общим эмиттером и имеет сильную отрицательную обратную связь (через R10). Для исключения влияния на чувствительность приемника нелинейности входной характеристики транзистора VT3 при относительно небольшом сигнале модулирующей частоты на его входе в схеме ограничителя предусмотрена подача смещения через элементы R8, VD3, R9, R7. Наличие амплитудного ограничителя позволяет обеспечить надежное разделение частот модуляции 8 и 12 Гц с помощью первого фильтра модулирующей частоты.
г) Первый буферный каскад, выполненный на транзисторе VT4 по схеме с общим коллектором и обеспечивающий согласование входного сопротивления фильтра модулирующей частоты с параметрами ограничителя.
д) Первый фильтр модулирующей частоты, выполнен на LC – контуре (С7, С8, TV5), предназначен для выделения модулирующей частоты, принадлежащей данной рельсовой цепи. Расположение первого фильтра модулирующей частоты перед пороговым элементом позволяет повысить защищенность приемника от гармоник тягового тока.
Таблица 1.5
Электрические характеристики путевых приемников ПП
| Исполнение ПП | Номинальная частота (Гц) | Полоса пропуск. вх. фильтра на уровне 0,7 (не менее Гц) | Затухание входного фильтра | Чувствительность (В) | Выходные клеммы ПП | |||
| Несущая | Модулирующая | |||||||
| Частота соседнего канала, Гц | ДБ, не менее | |||||||
| ПП8/8 ПП8/12 | 0,35  0,03 | 31-33 | ||||||
| ПП9/8 ПП9/12 | 31-13 | |||||||
| ПП11/8 ПП11/12 | 31-83 | |||||||
| ПП14/8 ПП14/12 | 31-52 | |||||||
| ПП15/8 ПП15/12 | 31-51 |
е) Второй буферный каскад, выполненный на транзисторах VT5 и VT6, обеспечивает согласование входного сопротивления порогового элемента с выходными параметрами первого фильтра модулирующей частоты.
ж) Пороговый элемент представляет собой симметричный триггер, выполненный на транзисторах VT7 и VT8. Триггер имеет высокий коэффициент возврата (не менее 0,9), который определяет коэффициент возврата всего приемника. Контур С7, С8, TV5, настроенный на соответствующую частоту модуляции 8 или 12 Гц, обеспечивает снижение сигнала на входе триггера ниже порога его срабатывания при поступлении на вход приемника сигнала с частотой модуляции, не соответствующей частоте настройки фильтра TV5, С7, С8.
з) Выходной усилитель представляет собой двухкаскадный двухтактный усилитель с двуполярным питанием и предназначен для питания путевого реле. Первый каскад усиления выполнен на транзисторах VT9 и VT10, включенных по схеме с общим коллектором. Второй каскад усиления выполнен на транзисторах VT11 и VT12 по схеме с общим эмиттером. Первый каскад работает в режиме усиления, а второй – в ключевом режиме.
и) Второй фильтр частоты модуляции, выполненный на элементах С9, С10, TV6. Фильтр обеспечивает гальваническую развязку цепей питания усилителя от цепи реле, кроме этого, исключает возможность возбуждения путевого реле при повреждениях, приводящих к попаданию в цепь питания усилителя переменного тока промышленной частоты или его второй гармоники.
к) Выпрямитель VD5 предназначен для преобразования сигнала модулирующей частоты, поступившего со второго фильтра, в напряжение постоянного тока, необходимого для питания путевого реле. Выходное напряжение путевого приемника не менее 4В.
л) Напряжение постоянного тока для питания приемника вырабатывается двумя однополупериодными выпрямителями, содержащими диоды, конденсаторы и выравнивающие резисторы R32, VD9, C11 и R33 VD10 C12. Входы выпрямителей по переменному току соединены параллельно, а выходы по постоянному напряжению – последовательно. В результате при подаче номинального напряжения питания 17,5В на вход блока 21-22 выпрямители формируют двуполярное выпрямленное напряжение 
18В. Общей точкой служит точка соединения конденсаторов С11, С12.
Напряжение 18В используют только для питания выходного усилителя. Для питания других цепей формируют стабилизированные напряжения 6 и +12В. Первое напряжение образуется стабилитронами VD6, VD7 и резисторами R29, R30. Оно служит для питания триггера и каскадов транзисторов VT1 и VT2. Дополнительное напряжение +12В (или 6В относительно точки +6В) формируется с помощью стабилитрона VD8 и резистора R31 и предназначено для питания второго буферного каскада.
Для исключения неправильной работы путевого реле при ошибочной установке приемника одного типа вместо другого эти приемники имеют разные выводы для подключения реле. При общем выводе 31 выводы 33, 13, 52, 51 и 83 служат для подключения реле у приемников с несущими частотами 420, 480, 720, 780 и 580 Гц соответственно.
В блоках приемников с помощью светодиодов VD11, VD12 обеспечивается световая индикация состояния приемника. Поочередное мигание светодиодов (с частотой модуляции) указывает на то, что на входе приемника присутствует напряжение сигнала выше чувствительности, и все его тракты до второго фильтра модуляции работают нормально. Ровное свечение одного из диодов и потухание другого свидетельствует о занятости рельсовой цепи или повреждении приемника.
В рельсовых цепях четвертого поколения применяется блок путевого приемника ПРЦ4Л (рис. 1.9). Состав и принцип работы приемника ПРЦ4Л аналогичен приемнику ПП. Приемник выпускается шести разновидностей, рассчитанных на прием сигналов с различными несущими частотами и частотами модуляции: ПРЦ4Л-4/8, ПРЦ4Л-4/12, ПРЦ4Л-5/8, ПРЦ4Л-5/12, ПРЦ4Л-6/8, ПРЦ4Л -6/12. Первая цифра в обозначении разновидностей указывает несущую частоту в кГц, а вторая – частоту модуляции в Гц. Электрические параметры входных фильтров приемников ПРЦ4Л приведены в таблице 1.6.
Чувствительность приемника ПРЦ4Л, т.е. минимальная величина действующего значения напряжения входного АМ-сигнала, при которой его нагрузка - реле АНШ2-1230 притягивает свой якорь, должна быть:
- в нормальных климатических условиях от 0,11 до 0,13В;
- при воздействии дестабилизирующих факторов от 0,10 до 0,17В.
Коэффициент возврата ПРЦ4Л должен быть не менее 0,8 при напряжении питания от 15,7 до 18,4В.
Рис. 1.9 Электрическая схема приемника ПРЦ4Л
При напряжении питания 17,5В и изменении величины напряжения входного сигнала номинальной частоты от величины чувствительности приемника до 0,6В напряжение постоянного тока на выходе ПРЦ4Л должно быть:
- при нормальных климатических условиях не менее 4,6В;
- при воздействии дестабилизирующих факторов не менее 4,2В.
Напряжение постоянного тока на выходе ПРЦ4Л, нагруженного на реле АНШ2-1230, при напряжении питания, равном 18,4В, и при наличии на входе АМ сигнала соседней рельсовой цепи должно быть не более 0,1В. Приемник ПРЦ4Л также собран на плате реле ДСШ, состав и принцип его работы аналогичен путевому приемнику ПП.
Таблица 1.6
Электрические параметры ПРЦ4Л
| Тип приемника | Частота сигналов, Гц | Частота полосы пропускания входного фильтра, Гц | Полоса пропускания входного фильтра не менее, Гц | Затухание входного фильтра на частотах соседних каналов | Выходные клеммы | ||
| несущая | модуляции | Частота Гц | Не менее дБ | ||||
| ПРЦ4Л-4/8 ПРЦ4Л-4/12 | 4525-4565 | 31-33 | |||||
| ПРЦ4Л-4/8 ПРЦ4Л-4/12 | 4980-5020 | 31-13 | |||||
| ПРЦ4Л-4/8 ПРЦ4Л-4/12 | 5535-5575 | 31-83 |
Трансформатор уравнивающий УТ3.Уравнивающий трансформатор УТ3 (рис.1.10) предназначен для уравнивания напряжений на приемных концах двух рельсовых цепей ТРЦ3, питающихся от одного генератора. УТ3 устанавливается в
Рис. 1.10 Электрическая схема уравнивающего трансформатора УТ3
релейном шкафу или трансформаторном ящике на приемном конце более короткой ТРЦ при разности длин смежных рельсовых цепей, питаемых от общего генератора, на 20% и более. Если одна из ТРЦ с одного конца ограничена изолирующими стыками, то ее длина при прочих равных условиях может быть на 20% больше по сравнению с ТРЦ, не ограниченной изолирующими стыками, и установка УТ3 не требуется. Настройка УТ3 на необходимый коэффициент трансформации осуществляется за счет секционированной первичной обмотки согласно таблице 1.7. Допустимый ток через обмотки трансформатора до 0,5А. Величина входного сопротивления УТ3 на выходах 1-2 при величинах сигналов 0,5В не менее 2000Ом.
Таблица 1.7
Коэффициент трансформации УТ3 относительно выводов 1-2
| Выводы | 3-9 | 4-9 | 5-9 | 6-9 | 7-9 | 8-9 |
| Коэффициент трансформации | 1,2 | 1,37 | 1,65 | 2,03 | 2,44 | 3,39 |
Настройка уравнивающего трансформатора в резонанс на нужную несущую частоту выполняется подключением конденсаторов С1, С2 к соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора установкой перемычек (таблица 1.8).
Таблица 1.8
Установка перемычек на УТ3 в зависимости от несущей частоты сигнала
| Перемычки | 3-10 | 4-10 | 5-10 | 6-10 | 7-10 |
| Частота сигнала, Гц |