Раціональний вибір параметрів апаратно-програмного комплексу для спектрального аналізу тягового струму
DOI:
https://doi.org/10.15802/ecsrt2019/245282Ключові слова:
спектральний аналіз, тяговий струм, аналогово-цифрове перетворення, електромагнітна сумісністьАнотація
В роботі проведено наукове обгрунтування раціонального вибору параметрів і характеристик структурних елементів апаратно-програмного комплексу для вимірювання параметрів гармонік тягового струму за критеріями забезпечення необхідної точності і роздільної здатності амплітуди, частоти і тривалості гармонік, значення яких визначені вимогами по забезпеченню електромагнітної сумісності тягового струму з лініями сигналізації і зв'язку (зокрема рейковими колами).
Апаратно-програмний комплекс (АПК) для вимірювання гармонійних завад в тяговому струмі складається, у загальному вигляді, з первинного безконтактного перетворювача тягового струму у напругу, пристрою узгодження, аналогового антіалайзінгового фільтру. аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) і програмного комплексу (в нашому випадку ноутбука), який виконує швидке перетворення Фур'є з представленням спектру тягового струму у табличному або графічному вигляді.
Для досягнення поставленої мети в роботі проаналізовано критерії вибору параметрів АПК і вплив параметрів та характеристики АЦП на точність визначення параметрів гармонік. Загальна відносна похибка АПК, за умовою, що похибки від підсистем комплексу є незалежними між собою і носять випадковий характер, може бути визначена як СКЗ від відносних похибок що виникають в окремих ланках пристрою.
В роботі розглянуто похибки, що виникають внаслідок аналогово-цифрового перетворення. Розглянуто критерії вибору параметрів і характеристик АЦП, зокрема для забезпечення необхідної частоти дискретизації і динамічного діапазону вимірювання. за умов забезпечення необхідної точності і роздільної здатності в часовій і частотній області відповідно до вимог галузевих нормативних документів по забезпеченню електромагнітної сумісності тягового струму з рейковими колами та іншими пристроями сигналізації та зв'язку на залізниці.
Дослідження впливу параметрів АЦП на його динамічні властивості було проведено на моделі з використанням синтезованого тестового змінного струму частотою 50 Гц з діючими значеннями струму гармонійних зава, антологічних реальному тяговому струму з максимально допустими рівнями завад. Отримані в модельному експерименті значення порогу шумів для АЦП з розрядністю 10 і 12 біт є занадто великими для забезпечення необхідної точності визначення значень гармонік тягового струму.
Відношення "сигнал-шум" для 10-ти розрядного АЦП є меншим ніж 21 дБ, а для 12-ти розрядного АЦП менше ніж 42 дБ, що недостатньо для спектрального аналізу тягового струму. Значення для 14 розрядного АЦП змінюється в межах 20..50 дБ, а 16 розрядного АЦП в межах 40..60 дБ в залежності від СКЗ тягового струму і числа точок перетворення Фур'є , що дає можливість провести раціональний вибір параметрів АПК для забезпечення необхідної точності вимірювання найменших гармонік.
Еквівалентне число біт АЦП досягає значень більших 7 для розрядності АЦП 14 і 9 для розрядності АЦП 16 біт.
Посилання
Zhi, Y. J. Electromagnetic environment around a high-speed railway using analytical technique / Y. J. Zhi, B. Zhang, K. Li, X. Y. Huang, Y. T. Fang, & W. P. Cao, //Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. – 2011. – V. 12. – No. 12. – P. 950-956.
Ogunsola, A. Electromagnetic compatibility in railways. Analysis and management // A. Ogunsola, A. Mariscotti. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. – 2013. – 528 p.
Havryliuk V. I. Comparative analysis of experimental and calculation methods for determination of the traction current harmonics distribution in rails / V. I. Havryliuk, V. V. Meleshko // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті, 2018. - № 16. С. 11-16.
Кравцов Ю. А. Электромагнитная совместимость рельсовых цепей и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом //Автоматика на транспорте. – 2015. – Т. 1. – №. 1.
Гаврилюк, В. И. Нормы и методы испытания подвижного состава на электромагнитную совместимость с системами сигнализации и связи // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2016. – № 12. С. 48-57.
Ефанов Д. В. Мониторинг параметров рельсовых цепей тональной частоты / Д. В. Ефанов Н. А. Богданов //Транспорт Урала. – 2013. – №. 1. – С. 36-42.
Ghanizadeh A. J. Harmonic Disturbance Compensating and Monitoring in Electric Traction System / A. J. Ghanizadeh, S. H. Hossenian, G. B. Gharehpetian //Elect. Electro. Eng: An Int. J. – 2013. – Т. 2. – №. 3.
Havryliuk V. Audio Frequency Track Circuits Monitoring Based on Wavelet Transform and Artificial Neural Network Classifier //2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). – IEEE, 2019. – С. 491-496.
Кравцов, Ю. А. Нормативы по электромагнитной совместимости подвижного состава и рельсовых цепей и методы их проверки. / Ю. А. Кравцов, Е. В. Архипов, А. А. Антонов, & М. Е. Бакин // Наука и техника транспорта/ - 2014. - № 2. - С. 65-71.
Гаврилюк, В. И. Испытания новых типов подвижного состава на электромагнитную совместимость с устройствами сигнализа-ции и связи / В. И. Гаврилюк, В. И. Щека, В. В. Мелешко // Наука та прогрес транс-порту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. – 2015. – № 5(59). – С. 7–15.Lyons, R. G. Understanding Digital Signal Processing. – Pearson Education India, 2011.
Walden R. H. Analog-to-digital converter survey and analysis //IEEE Journal on selected areas in communications. – 1999. – Т. 17. – №. 4. – С. 539-550.
Kester W. Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD+ N, and SFDR so you don’t get lost in the noise floor //MT-003 Tutorial, www. analog. com/static/importedfiles/ tutorials /MT-003. pdf. – 2009.
Kester W. Mt-001: Taking the mystery out of the infamous formula," snr= 6.02 n+ 1.76 db," and why you should care //REV. 0. – 2005. – С. 10-03.
Lundberg K. H. Analog-to-digital converter testing //Massachusetts Institute of Technology. – 2002.
Allen, J. B A unified approach to short-time Fourier analysis and synthesis / J. B. Allen, L. R. Rabiner// Proceedings of the IEEE. – 1977. – V. 65. – No. 11. – P. 1558-1564.
Smith, S. Digital signal processing: a practical guide for engineers and scientists. – Elsevier, 2013.
Квасников В. П. Оптимизация аналогового интерфейса информационно-измеритель-ных систем для дистанционных измерений механических величин / В. П. Квасников, Д. П. Орнатский, А. И. Осмоловский // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – №. 4 (11). – С. 31-37.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
