Rc-цепи, 5 самых ходовых схем фильтров и их простой рассчет

Дифференцирующие и интегрирующие RC — цепи

Рассмотренные выше случаи заряда и разряда конденсатора аналогичны ситуации в цепи, когда на вход RC
— цепи подается одиночный прямоугольный импульс длительностиtu
>>
t
.
Процессы, происходящие в такой электрической цепи (рис.13 а, б
) при подаче на вход ее в момент t
= 0
идеального прямоугольного импульса напряжения с амплитудой U
от генератора с внутренним сопротивлением R
2
= 0
, иллюстрируется временными диаграммами на рис.14.

http://pandia.ru/text/79/193/images/image018_17.gif» width=»265″ height=»182 src=»>

а

б

Р и с. 13

С моментаt
=
t
1
(положим t
1
= 0
), начинается процесс заряда конденсатора, описываемый уравнениями рис.14 а
, 14 б
).

При t
=
t
2
=
tu
напряжения на конденсаторе и резисторе описываются уравнениями(12), (14) и начинается разряд конденсаторов на сопротивление R
(рис.14 а
, 14 б
). При этом полярность напряжения на резисторе меняется на противоположную в соответствии с направлением тока разряда конденсатора (ф-ла 13). Следует заметить, что форма напряжения Uc
,
UR
существенно зависит от соотношения между постоянной времени цепи t
с
и длительностью импульса tu
=
t
2
—
t
1
. На рис. 14 представлены следующие соотношения между t
с
иtu
:

t
с
/ tu
= 1 ;
t
с
/ tu
>>
1;
t
с
/ tu
1.

В случае t
с
/ tu
>>
1
конденсатор за время действия импульса почти не заряжается и напряжение на резисторе R
практически повторяет по форме и амплитуде импульс на входе. В течение действия импульса в электрическом поле конденсатора накапливается незначительное количество энергии и поэтому после окончания действия импульса (t
=
t
2
)
в цепи практически не возникает переходный процесс. Такая RC
— цепь называется переходной (разделительной).

При t
=
tu
конденсатор успевает зарядиться до Uc
(t
с
/ tu
) = 0,63
U
,

UR
(t) = UR(t
с
) = 0,37U0.
После окончания действия импульса в цепи возникает переходный процесс, обусловленный рассеянием энергии, запасенной в конденсаторе. В цепи появляется разрядный ток, направление которого противоположно направлению зарядного тока. При

t
с
/ tu
1
конденсатор успевает зарядиться уже в начале импульса

(U0 = Uc).
На сопротивлении появится короткий импульс положительной полярности, обусловленный протеканием зарядного тока. В момент окончания входного импульса (t
=
t
2
)
в цепи возникает ток разряда конденсатора и на резисторе появится отрицательный импульс (рис.15 б
).

http://pandia.ru/text/79/193/images/image020_16.gif» width=»302″ height=»503 src=»>

а

б

Р и с. 14

Выходным элементом RC
—

цепи может быть как конденсатор С
(рис.15), так и резистор R
(рис.1 6).
Как следует из приведенных выше временных диаграмм Uc
(t
),
UR
(t
)
форма выходного сигнала будет зависеть от соотношения между длительностью импульсаtu
и постоянной времени t
с
.

http://pandia.ru/text/79/193/images/image022_11.gif» width=»294″ height=»617 src=»>

Р и с. 15 Р и с. 16

Рассмотрим цепь, изображенную на рис.15, т. е. с емкостным выходом:

UR
(t) = I(t)R = U
вх
(t) — Uc(t),
(26)

Uc
(t
) =
q
(t
) / С = 1/С
ò
I
(t
)
dt
= 1/С
ò
U
вх
(t
) —
Uc
(t
)
R
dt
,

еслиUc
(t
)
U
вх
(t
),
то Uc
(t
) = 1/С
ò
U
вх
(t
) ,
(27)

т. е. выходное напряжение пропорционально интегралу от входного. Поэтому RC
— цепь с емкостным выходом (t
с
/ tu
>>
1)
называется интегрирующей.

Рассмотрим RC
—

цепь, изображенную на рис. 16, т. е. с резистивным выходом:

I(t) = dq(t) / dt = C dUc(t) / dt

где q
(
t

)

— заряд на конденсаторе.

Напряжение на резисторе

UR
(t) = I(t)R = RC
×
dUc / dt = RC d/dt
×
U
вх
(t) — UR(t)
,

так как Uc
(t
) —
UR
(t
) =
U
вх
(t
).

Если UR(t) UR(t) = RC
×
dUвх(t) / dt,

т. е. выходное напряжение пропорционально производной входного. Такую RC
— цепь называют дифференцирующей (укорачивающей).
Обычно длительность выходных (укороченных) импульсов такой RC — цепи определяют на уровне 0,5
U
, т. е.

0,5 U0 = U0 e-tu/
t
c
,
(28)

Имеем: ln
0,5 = —
tu
t
,
илиtu
= 0,7
t
c
.

Выражение (28)
может быть использовано для экспериментального определения t
с
=
RC
.

Защита контактов реле от бросков напряжения и токов в цепях переменного и постоянного тока

В этой статье речь пойдет о защите контактов реле и входных цепей устройств чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока с использованием:

• RC цепочки;
• диодной цепи;
• диодно-стабилитронной цепи;
• варисторной цепи.

При включении и отключении различного электрооборудования ток в электрической цепи, как правило, отличается от установившегося значения. При этом величина разброса составляет разы. Ниже приведены диаграммы изменения тока при включении различных характерных типов нагрузок.

При отключении индуктивной нагрузки возникает ЭДС самоиндукции (от несколько сотен до нескольких тысяч вольт). Такой бросок напряжения способен повредить коммутационный элемент, или существенно снизить его ресурс. Если ток в этих нагрузках относительно невелик (единицы ампер), то воздействие ЭДС самоиндукции на контакты, коммутирующие индуктивную нагрузку, может привести к коронного разряда или дуги.

Это, в свою очередь, может привести к появлению на контактах оксидов и карбидов. Воздействие ЭДС самоиндукции может также повредить устройство, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания.

Например, электронное реле времени, подключенное параллельно мощному промежуточному реле, может быть повреждено, либо нестабильно работать, если не предпринимать мер по защите от ЭДС самоиндукции.

При возникновении электрической дуги между контактами происходит разрушение мест контакта вследствие переноса материала контактирующих поверхностей. Это ведет к свариванию контактов и изменению формы контактов и, как следствие, к увеличению переходного сопротивления.

Увеличение переходного сопротивления приводит к росту выделения тепла в месте контакта, его окислению и, как результат, к полной потере контакта.

Для сохранения ресурса контактов и защиты нагрузок применяются различные способы защиты.

Защита контактов и входных цепей устройств, чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока.

Квазистационарные процессы. Заряд и разряд конденсатора

Определение 1

Общность колебательных процессов и волновых закономерностей проявляется в общности математических уравнений, описывающих процессы различной физической природы.

Цепи постоянного тока распределяют электрический заряд на проводниках и токи на участках цепи стационарно, то есть независимо от времени. Электромагнитное поле таких цепей состоит из электростатического поля неподвижных зарядов и магнитного поля постоянных токов. Существование этих полей производится независимо друг от друга.

Если происходят изменения силы тока или напряжения на определенном участке цепи, то другие могут ощутить их на себе не сразу. Необходимо количество времени, равное времени τ распространения магнитного возмущения от одной точки к другой. Все электромагнитные возмущения обладают конечной скоростью, с которой и происходит их распространение. Она приравнивается к значению скорости света с , тогда τ≈lc, где l является расстоянием между наиболее удаленными точками цепи.

Определение 2

При наличии меньшего значения времени τ длительности процессов, происходящих в цепи, считается, что сила тока неизменна в любой момент времени на всех последовательно соединенных участках цепи. Такие процессы получили название квазистационарных.

Их исследуют при помощи законов постоянного тока, применяя к мгновенным значениям сил токов и напряжений на участках цепи.

Так как скорость света имеет достаточно большое значение, то установление электрического равновесия цепи достаточно мало. Отсюда следует, что квазистационарными считаются большинство процессов, протекающих очень быстро. Это сравнимо с колебаниями в радиотехнических цепях с многомиллионными частотами в секунду.

Простейшими примерами квазистационарных процессов являются процессы, проходящие в RC- и RL-цепях при подключении и отключении постоянного тока. Рисунок 2.1.1 показывает электрическую цепь, которая состоит из конденсатора с емкостью С, резистора с сопротивлением R, источником тока с ЭДС, равняющейся δ.

Рисунок 2.1.1. Цепи зарядки и разрядки конденсатора через резистор.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Реакция на скачок с произвольными начальными условиями [ править ]

Переходная характеристика системы для двух различных начальных значений V 0 , одно выше конечного значения, а другое — при нуле. Длительный отклик постоянен,V ∞ . Ось времени в единицах постоянной времени . τ {\displaystyle \tau }

Предположим, что функция принуждения выбрана в качестве пошагового входа, поэтому:

d V d t + 1 τ V = f ( t ) = A u ( t ) , {\displaystyle {\frac {dV}{dt}}+{\frac {1}{\tau }}V=f(t)=Au(t),}

с u

(t ) ступенчатой ​​функцией Хевисайда. Общее решение этого уравнения для временt ≥ 0 с при условии, чтоV (t = 0) =V 0 : V ( t ) = V 0 e − t / τ + A τ ( 1 − e − t / τ ) . {\displaystyle V(t)=V_{0}e^{-t/\tau }+A\tau \left(1-e^{-t/\tau }\right).} (Можно заметить, что этот отклик является пределом ω → 0 вышеупомянутого отклика на синусоидальный вход.)

Долгосрочное решение не зависит от времени и начальных условий:

V ∞ = A τ . {\displaystyle V_{\infty }=A\tau .}

Постоянная времени остается неизменной для той же системы независимо от условий запуска. Проще говоря, система приближается к своей конечной устойчивой ситуации с постоянной скоростью, независимо от того, насколько она близка к этому значению в любой произвольной начальной точке.

Например, рассмотрим электродвигатель, запуск которого хорошо моделируется системой LTI первого порядка. Предположим, что при запуске из состояния покоя двигатель принимает1/8секунды, чтобы достичь 63% номинальной скорости 100 об / мин, или 63 об / мин, то есть меньше 37 об / мин. Тогда окажется, что после следующего1/8секунды двигатель увеличил скорость на 23 об / мин, что составляет 63% от этой разницы в 37 об / мин. Это доводит его до 86 об / мин, что все еще составляет 14 об / мин. Через треть ⅛ секунды двигатель наберет дополнительные 9 об / мин (63% от этой разницы в 14 об / мин), что означает 95 об / мин.

Фактически, при любой

начальной скоростиs ≤ 100 об / мин, 1/8через секунду этот конкретный двигатель получит дополнительные 0,63 × (100с ) об / мин.

Схемы рельсовых цепей

Рельсовая цепь постоянного тока с импульсным питанием

В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка — импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда. 

Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц без дроссель-трансформаторов 

Применяют на перегонах участков без электротяги с учетом последующей электрификации или там, где не предусмотрен переход на электротягу, но имеется надежный источник электроснабжения переменного тока 50 Гц от основной и резервной линий.

Рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием

Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях.​

Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием используются только на станциях участков, не подверженных влиянию блуждающих токов. ​

Рельсовые цепи переменного тока

Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с малогабаритной аппаратурой широко используют на некодированных путях станций без электротяги. ​Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц. с путевыми реле ДСР-12 или ДСШ-12 применяют на станциях участков с автономной тягой, подлежащих электрификации

Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц​

АВМ -автоматические выключатели многократного действия для защиты аппаратуры от случайного повышения тягового тока

Разветвленные рельсовые цепи​

В случае кодирования бокового пути размещение стрелочных соединителей по типовой схеме изоляции не обеспечивает нормальной работы устройств АЛС в маршрутах приема поездов на боковой путь и отправления с бокового пути. ​

Аппараты защиты и управления

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Очистка и защита механических контактов

Реле автомобильные Автомобильные электро-механические реле используются в устройствах автомобильной автоматики. Реле сверхминиатюрные Сверхминиатюрные электромеханические реле монтируются на печатную плату, служат для коммутации слабых токов до 2А , используются в сигнальных телекоммуникационных цепях. Реле малогабаритные Малогабаритные промышленные реле индустриального стандарта предназначены для коммутации токов до 50А. Монтаж осуществляется в колодки в основном либо на рейку DIN, либо на поверхность с помощью винтов, возможен монтаж на печатную плату. Используются в качестве промежуточных реле в устройствах промышленной автоматики. Панельки, колодки, цоколи и крепежные клипсы для реле Панельки, колодки и цоколи используются для монтажа электро-магнитных реле на шины линейки DIN, печатные платы и различные поверхности.

Задержка

Задержка сигнала провода или другой цепи, измеренная , как групповая задержка или задержка фазы или эффективная задержка распространения в цифровом переходе, может быть доминируют резистивно-емкостные эффекты, в зависимости от расстояния и других параметров, или , альтернативно , может быть во власти индуктивные , волновые и световые эффекты в других сферах.

Резистивно-емкостная задержка, или RC-задержка, препятствует дальнейшему увеличению скорости в микроэлектронных интегральных схемах . Когда размер функции становится все меньше и меньше для увеличения тактовой частоты , задержка RC играет все более важную роль. Эту задержку можно уменьшить, заменив алюминиевый проводник медным , тем самым уменьшив сопротивление; ее также можно уменьшить, заменив межслойный диэлектрик (обычно диоксид кремния) на материалы с низкой диэлектрической постоянной, тем самым уменьшив емкость.

Типичная задержка цифрового распространения резистивного провода составляет примерно половину R, умноженного на C; так как R и C пропорциональны длине провода, задержка масштабируется как квадрат длины провода. Заряд распространяется путем диффузии в таком проводе, как объяснил лорд Кельвин в середине девятнадцатого века. До тех пор, пока Хевисайд не обнаружил, что уравнения Максвелла подразумевают распространение волн при наличии достаточной индуктивности в цепи, считалось, что это квадратное соотношение диффузии является фундаментальным ограничением для улучшения телеграфных кабелей дальней связи. Этот старый анализ был заменен в области телеграфа, но остается актуальным для длительных межсоединений на кристалле.

Основные элементы рельсовой цепи

Рельсовые соединители

Стальной штепсельный рельсовый стыковой соединитель состоит из двух стальных проволок диаметром 5 мм, заварен­ных по концам в штепселя конической формы. Длина соедини­теля в развернутом виде 1276 мм.  ​

Стальной приварной рельсовый соединитель состоит из куска стального троса диаметром 6 мм, заваренного по концам в стальные наконечники (манжеты). Длина соединителя в выпрямленном состоянии 200 мм, масса 36 г. Стальные приварные соединители устанавливают на участках без электротяги.​

На электрифицированных участках применяют приварные медные рельсовые соединители   Такие соединители предназначены для уменьшения сопротивления не только сигнальному, но и тяговому току. Соединитель представляет собой гибкий медный трос длиной 200 мм, заваренный по концам в стальные наконечники (манжеты).

Изолирующие стыки

Изолирующие стыки устанавливают для электрического разделения смежных рельсовых цепей. Изолирующий стык состоит из двух металлических накладок фасонной формы, стянутых болтами. Болты изолированы от рельса изолирующими втулками. Между накладками и рельсами установлены изолирующие прокладки, а между торцами смежных рельсов — стыковая изолирующая прокладка. Изолирующий стык крепят навесу без сдвоенных шпал.​

На участках бесстыкового пути устраивают высокопрочный стык с пазухами между накладками и рельсом, заполненными изолирующей композицией. При помощи болтов обеспечивается необходимое сжатие склеиваемых поверхностей на период отвердения клеевого шва.

Дифференцирующая RC цепь

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики – дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама дифференциальная цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход дифференциальной цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт.  Желтый сигнал – это сигнал с генератора частоты, красный –  с выхода дифференциальной цепочки:

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

Ну и добавим частоту до 1 Килогерца

Какой на входе, такой и на выходе 😉 С такой частотой конденсатор вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над “уровнем моря”, то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, посмотрите – в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой  отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

Все то же самое касается и любых других сигналов:

В результате опытов мы видим, что основная функция дифференциальной цепи – это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами – выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу дифференциальную цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор – частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой  в 0 Герц (постоянный ток), то у нас конденсатор тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота – тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Видео “Как работает RC-цепь РЕАЛЬНО. Понятное объяснение”

Разделительная дифференцирующая RC-цепь

Электрическая принципиальная схема разделительной дифференцирующей RC-цепи и её временные диаграммы представлены на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Разделительная дифференцирующая RC-цепь и временные диаграммы напряжений.

Как было показано ранее, меняется по закону:

для 0 ?t ?t_и,

  для t >t_и.

При  рассматриваемая RC-цепь выполняет функции разделительной цепи, назначение которой передать входное напряжение с наименьшими искажениями и отделить при этом постоянную составляющую. Абсолютная величина завала вершины равна напряжению на конденсаторе в момент t_и снятия входного импульса, т.е.

.

Для случая , с учетом рассмотренного ранее разложения функции  при  получаем:

.

Оценкой качества разделительной цепи является величина относительного завала вершины g, которая определяется как:

.

Таким образом, завал вершины, а значит искажение входного импульса, тем меньше, чем больше постоянная времени цепи t при данном t_и. Если величина завала вершины несравненно мала, то импульс передается без искажения.

Рис. 2.7. Диаграммы входного и выходного напряжений разделительной цепи.

Из временной диаграммы рис. 2.7 видно, что амплитуда последовательности импульсов выходного напряжения постоянна, но при этом импульсы смещаются относительно нулевого уровня. В установившемся режиме площади под графиком S₊ положительной и S_— отрицательной областей последовательности импульсов окажутся равными друг другу: S₊ = S_—.

Доказать этот факт можно, рассмотрев диаграмму тока, протекающего через резистор (рис.2.8). Очевидно, что i₁t₁ — это заряд Q_и, переносимый через емкость за время действия импульса на входе, а i₂(t₂—t₁) – заряд Q_п, переносимый через емкость за время паузы между импульсами, т.е. в обратном направлении. Тогда общий заряд, переносимый через емкость за время, равное периоду импульса будет равен:

.

Поскольку постоянная составляющая через емкость не проходит , следовательно,  или . Поскольку , а сопротивление – величина постоянная, то значит и равны S₊ и S_— на диаграмме U_вых. Таким образом, для разделительной цепи необходимо выполнение условия: .

Рис. 2.8. Диаграмма тока, протекающего через резистор разделительной RC-цепи.

Поскольку , а , то

Продифференцируем обе части полученного уравнения. Получим

Так как , то .

Рассмотрим случай . Поскольку , то можно записать . Тогда

.

Из полученной формулы следует название такой цепи – дифференцирующая. Для дифференцирующей цепи должно выполняться условие , т.е. конденсатор должен успевать быстро перезаряжаться при данном t_и. Диаграммы входного и выходного напряжений дифференцирующей цепи для последовательности импульсов представлены на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Диаграммы входного и выходного напряжений дифференцирующей RC-цепи.

Что такое Рельсовая цепь?

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, включающая источник питания и потребителей (в числе которых может быть путевое реле), в качестве токопроводящих элементов которой выступают рельсовые нити пути.

​На базе рельсовых цепей строятся многие системы железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировка, АЛСН (автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия), централизация стрелочных переводов и сигналов светофоров, системы диспетчерского контроля, переездная сигнализация и другие.

Таким образом можно выделить основное предназначение рельсовых цепей:

• Контроль занятости участка пути;
• Контроль целостности рельсовой линии;
• Обеспечение передачи сигналов по рельсовым цепям на локомотив для работы АЛСН.

Выше представлена инфографика, с классификацией рельсовых цепей. Далее разберем подробно, что представляет из себя каждая из них.

Для разделения различных рельсовых цепей применяется так называемый изолирующий стык, или изостык, в котором по-сути установлена диэлектрическую прокладку между двумя рельсами.

Рельсовые цепи по принципу действия

Базово рельсовые цепи делятся на две категории: нормально замкнутые (1) и нормально разомкнутые (2). Как известно любая электрическая цепь должна включать источник электродвижущей силы и потребителей электрической энергии. В любых рельсовых цепях всегда присутствует источник питания и приемник, однако в зависимости от принципа действия рельсовой цепи их взаиморасположение может быть различным. В нормально-разомкнутых цепях источник питания и приемник расположены на одном конце рельсовой цепи, в то время как в нормально-замкнутых цепях источник и приемник находятся на противоположных концах цепи.

Нормально-замкнутая рельсовая цепь

В нормально-замкнутых РЦ в тот момент, когда ни одна колесная пара подвижного состава не находится на контролируемом участке, катушка путевого реле находится под током и сигнализирует свободность участка и целостность цепи.

Такие цепи могут работать в четырех режимах:

Нормальный режим работы, когда состав отсутствует на участке:

Катушка реле, расположенная на противоположном конце цепи от источника питания, оказывается под напряжением, таким образом сердечник катушки втягивается, замыкая контакты реле и сигнализируя свободное состояние контролируемого участка. Путевое реле должно надежно удерживать якорь в притянутом состоянии (при непрерывном питании) или надежно срабатывать от каждого импульса (при импульсном питании).​

Неблагоприятными условиями в данном режиме работы являются: минимальное напряжение источника, минимальное сопротивление изоляции и максимальное сопротивление рельсов.​

Шунтовый режим:

В данном режиме одна колесная пара замыкает рельсовую цепь шунтируя ее за счет низкого сопротивления колесной пары. Весь ток начинает протекать через колесную пару, создавая своего рода короткое замыкание, а для исключения высоких токов которого используется дополнительное сопротивление (на схеме R0). Соответственно электрический ток в катушке сигнального реле прекращается, и реле переходит в состояние «Занятость участка».

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, максимальное сопротивление изоляции.​

 Шунтовая чувствительность рельсовой цепи должна ​быть не менее 0,06 Ом.

В третьем, контрольном режиме работы, нарушается целостность рельсовой цепи, соответственно реле размыкается, при отсутствии падения напряжения на R0.

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, критическое сопротивление изоляции.​

Четвертый режим работы АЛС

Данный режим соответствует наезду колесной пары поезда на входной конец рельсовой цепи.​

Ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного, необходимого для надежной работы устройств АЛС на локомотиве.​

Минимальный расчетный ток д.б. не менее:​

1. 1,2 А при автономной тяге;​
2. 2 А при электротяге постоянного тока (частота сигн.тока=50 Гц);​
3. 1,4 А при электротяге переменного тока (частота сигн.тока=25 Гц).​

​Неблагоприятные условия совпадают с ​нормальным режимом работы.​

Нормально-разомкнутая рельсовая цепь

В таких цепях при отсутствии колесной пары на контролируемом участке, путевое реле обесточено. Источник питания и реле находятся рядом друг с другом на одном конце цепи, при этом к одному полюсу питания подключается одна рельсовая плеть, а противоположная подключается к катушке реле, второй вывод которой подключается к другому полюсу питания.

В момент наезда на контрольный участок колесная пара замыкает электрическую цепь, и в катушке реле появляется ток. Есть данные о том, что такие цепи обладают большим быстродействием при определении занятости участка. Это происходит из-за того, что якорь реле быстрее притягивается к катушке, нежели под действием пружины, возвращается в исходное состояние. Но однозначным преимуществом нормально-разомкнутой рельсовой цепи является экономия кабелей, так как в качестве проводов используются непосредственно рельсы

Одновременно с этим такая цепь лишена важного качества — возможности контролировать свою целостность и исправность элементов, и это ограничивает ее использование только сортировочными горками

Переходный процесс

Рассмотрение импульсных устройств и схем не возможно без представлении о переходном процессе. Он возникает в цепях при различных коммутациях, то есть при включении или выключении элементов схемы, источников напряжения, при коротких замыканиях отдельных цепей и т.д. Переходный процесс объясняется тем, что энергия электромагнитных полей, связанных с цепью, в разные промежутки времени неодинакова, а резкое изменение энергии невозможно из-за ограниченной мощности .

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что напряжение на и ток в индуктивность не могут изменяться скачкообразно, так как данные параметры определяют энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.

Таким образом, можно сделать вывод, что при рассмотрении импульсных схем наибольшее внимание необходимо обратить на цепи, представляющие собой комбинации и конденсаторов или резисторов и катушек индуктивностей (RC- и RL-цепей). Такие цепи применяются непосредственно для формирования импульсов, а также являются важнейшими элементами релаксационных генераторов, и других устройств

Поэтому ниже рассмотрим основные свойства элементарных RC- и RL-цепей, а также изменение формы импульсов при прохождении через эти цепи.

Влияние RC- и RL-цепей на импульсы различной формы

Несмотря на то, что формы электрических импульсов довольно разнообразны, их можно представить в виде суммы элементарных (типовых) напряжений трёх форм: скачкообразного, линейно изменяющегося и экспоненциального. Поэтому рассмотрим воздействие различных форм напряжений на RC- и RL-цепи.

Изображение RC- и RL-цепей.

Элементарные формы напряжения (сверху вниз): ступенчатое, линейно-изменяющееся, экспоненциальное.

Ступенчатое изменение напряжения
. При подключении RC-цепи к источнику постоянного напряжения u вх = Е = const, напряжения на конденсаторе и резисторе будет изменяться по экспоненциальному закону:

где е – математическая постоянная, е = 2,72;
t – время, с;τ
– постоянная времени, с. τ = RC
.

С определением напряжения всё понятно, но в практике чаще возникает вопрос о времени установления напряжения. Например, необходимо вычислить время за которое на конденсаторе установится напряжение равное u С = 0,95 Е. Простым преобразованием формулы напряжения получим

Аналогично при подключении RL-цепи к источнику постоянного напряжения u вх = Е = const

где τ
– постоянная времени, с. τ = L/R
.

Линейно изменяющееся напряжение
. При подключении RC-цепи к источнику линейно изменяющегося напряжения u ВХ = kt, напряжения на резисторе и конденсаторе будут изменяться согласно следующей формуле

Для RL-цепи подключённой к источнику с линейно изменяющимся напряжением u ВХ = kt, напряжения на элементах соответственно будут такими

Временные диаграммы напряжений при линейно изменяющемся напряжении в RC- и RL-цепях.

Экспоненциально изменяющееся напряжение. При подключении RC-цепи к источнику экспоненциально изменяющегося напряжения , напряжения на резисторе и конденсаторе будут изменяться согласно следующей формуле

где q = τ/τ 1 .

Соответственно напряжение на конденсаторе будет равно разности напряжений источника и напряжения на резисторе

Временные диаграммы для u R представлены ниже при различных значениях q. При больших значениях q, то есть постоянной времени цепи τ, формы напряжений u R близки к формам, соответствующим ступенчатому изменению входного напряжения. При уменьшении τ, кроме сокращения длительности спада напряжения u R , уменьшается и максимальное значение u R .

Временные диаграммы напряжений на резисторе RC-цепи при различных значениях
q = τ/τ 1 .

Формулы и временные диаграммы для напряжений на выходе RL-цепи оказываются такими же, как и для RC-цепи.

Физический смысл постоянной времени t

Постоянная времени электрической цепи может быть определена графически как длина подкасательной, проведенной в любой точке к кривой, соответствующей рассматриваемой показательной функции времени (рис.12), например

Uc = U0 e-t/
t
c
,

Скорость измерения напряжений Uc

Vc = dUc / dt = (U0 /
t
c
) e-t/
t
c
,

При t = 0

Vc= Vmax = dUc / dt
,

t
c
= U0
|
(dUc / dt)
|
t=0
= dU0 / tg
a
. (25)

Можно показать, что подкасательная MN
экспотенциальной функции не зависит от выбора точки на кривой и от начального значения функции. Величина, соответствующая отрезку MN
на оси абсцисс и имеющая размерность времени, называется постоянной времени
t
.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине