Батраев Владимир Петрович – начальник сектора
Москва
Vladimir P. Batraev, Head of Sector
Moscow
Батраев Владимир Владимирович – заместитель начальника отделения – начальник отдела
Москва
Vladimir V. Batraev, Deputy Head of Division, Head of Unit
Moscow
Надежность железнодорожной системы автоблокировки АБТЦ-МШ всецело зависит от функциональной безопасности и устойчивости работы составляющих ее устройств, большинство из которых работает в импульсном режиме. Одними из основных компонентов устройств импульсного преобразования сигналов являются разнообразные трансформаторы и дроссели, расчет и разработка которых на практике часто затруднены в силу недостаточного учета паразитных параметров и особенностей работы этих электромагнитных систем при подмагничивании сердечника. В статье даны оценки результатов согласования электрических характеристик трансформатора с импедансами нагрузки и источника импульсного сигнала, пригодные для анализа и построения формирующих цепей и линий задержки на базе элементов с сосредоточенными параметрами.
Цель. Целью работы является обоснование инженерной методики расчета длительности переднего фронта сигнала в процессе установления его уровня на выходе формирующей цепи импульсного трансформатора при согласовании с нагрузками и оценка времени задержки включения исполнительного устройства при заданном пороге срабатывания в зависимости от параметров цепи второго порядка, которая часто используется в качестве элемента обратной связи импульсных преобразователей и систем авторегулирования.
Методы. Временные характеристики и форма импульса определяются для трансформатора, схема замещения которого соответствует работе изделия в диапазоне высших частот и учитывает приведенные к первичной обмотке паразитные параметры. Функция сигнала на выходе описывается согласно правилам теории линейных электрических цепей в операторной форме и после последовательно выполненных преобразований Лапласа обобщенное выражение коэффициента передачи сводится к стандартному изображению для цепи второго порядка. Аналитическое решение найдено через определение значений нулей и полюсов функции на комплексной плоскости, как корней квадратного уравнения, выраженных через коэффициент затухания цепи. Приводятся графики поля зависимостей процессов установления амплитуды импульса на выходе формирующей цепи и долей выброса амплитуды от коэффициента затухания при различных соотношениях коэффициентов согласования волнового сопротивления трансформатора с импедансами нагрузки и источника импульсного сигнала. Точечные оценки длительности фронта импульса выполнены с помощью функции программирования Mathcad и с учетом размерности матриц типа TRUE/FALSE, отражающих переход от нуля к единице. Это позволяет предложить линейные аппроксимации зависимостей длительности на заданном интервале с одной точкой перегиба, соответствующей условию полного согласования всех сопротивлений. Приводятся сведения по отклонению аппроксимации от расчетных данных, задержки срабатывания исполнительного устройства по порогу и обсуждение допустимости представления распределенных параметров в виде сосредоточенных элементов при реализации искусственных линий задержки и цепей более высокого порядка.
Результаты. Выводы. Поставленная цель достигается формированием однозначной расчетной зависимости, связывающей длительность фронта сигнала с коэффициентом передачи исследуемой цепи второго порядка. Обоснованность метода получения зависимости основывается на представлении описания выходного сигнала импульсного трансформатора в общем виде, последующем анализе выражения и получением точного аналитического решения с учетом принятых к рассмотрению основных паразитных параметров трансформатора и величин нагрузки.
The dependability of the ABTC-MSh automatic block system entirely depends on the functional safety and operational stability of its component devices, most of which operate in pulse mode. One of the key components of pulse signal converters is various transformers and chokes, whose calculation and development is, in practice, often difficult due to insufficient consideration of stray parameters and operational specificity of such electromagnetic systems when the core is magnetized. The paper estimates the results of coordination of the transformer’s electrical characteristics with the load impedance and that of the pulse signal source suitable for analysing and constructing signal-shaping networks and delay lines based on lumped elements.
Aim. The aim of the work is to substantiate an engineering technique for calculating the duration of the leading edge of a signal in the process of setting its level at the output of the forming circuit of a pulse transformer when matching with loads and estimating the delay time for switching on the actuator at a given response threshold, depending on the parameters of the second-order circuit, which is often used as a feedback element of pulse converters and auto-regulation systems.
Methods. The time characteristics and pulse form are determined for a transformer whose equivalent circuit corresponds to the item’s operation in high frequencies and takes into account the stray parameters normalized to to the primary side. The output signal function is described in accordance with the linear electric circuit theory in operator form and, after a series of Laplace transformations, the generalized expression of the transmission factor is reduced to a standard form for a second-order circuit. The analytical solution was found by determining the values of the zeros and poles of the function on the plane of complex numbers as roots of quadratic equations expressed in terms of the coefficient of circuit damping. Graphs of the field dependences of the processes of establishing the pulse amplitude at the output of the forming circuit and the proportions of the amplitude outlier on the attenuation coefficient are given for various ratios of the coefficients of matching the transformer wave resistance with the load impedances and the pulse signal source. Point estimates of the pulse edge duration are made using the Mathcad programming function and taking into account the dimension of TRUE/FALSE matrices that reflect the transition from zero to one. This allows proposing linear approximations of the duration dependences within the given interval with a single inflection point that corresponds to the condition of complete matching of all resistances. Information is provided on the deviation of the approximation from the calculated data, the delay time of the actuator by the threshold. It is also discussed whether it is admissible to represent distributed parameters in the form of lumped elements while implementing artificial delay lines and higher-order circuits.
Results. Conclusions. The specified problem is resolved by defining a unique calculated dependence that associates the signal edge duration to the transmission coefficient of the examined second-order circuit. The validity of the method for dependence deduction is based on describing the output signal of a pulse transformer in a general form, subsequent analysis of the expression and deduction of an accurate analytical solution, taking into account the primary stray parameters of the transformer and load values.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.