电力机车电子式劈相机起动继电器的改进设计.docx

电力机车电子式劈相机起动继电器的改进设计孟亚东 1, 李长春 1, 郭光强 2( 1. 北京交通大学 机械与电子控制工程学院, 北京 100044; 2. 中国南车集团洛阳机车厂, 河南 洛阳 471002)摘 要: 为了提高电力机车劈相机起动继电器的运用可靠性, 分析了目前广泛使用的 tjq2s 劈相机起动继电器, 在此基础上改进设计了一种双路型劈相机起动继电器, 现场测试表明其功能完善, 操作简便, 有较高的应用价值。 关键词: 电力机车; 双路型电子式继电器; tjq2s 型劈相机起动继电器中图分类号: u264.6文献标识码: a文章编号: 1672- 1187( 2007) 04- 0026- 02impr ovem ent of electr onic star ting r elay of electr ic locomotive phase splittermeng ya- dong1, li chang- chun 1, guo guang- qiang2( 1. school of mechanical, electronic and control engineering, beijing jiaotong university, beijing 100044, china;2. csr luoyang locomotive works, luoyang 471002, china)abstr act : in order to improve the application dependability of electronic starting relay of electric locomotive phase splitter, this paper gives an improvement design product on base of type tjq2s relay of phase splitter starter. the experiment has been done on the field with the result is achieved with high performance and easy to operate. it has high value in application.key wor ds: electric locomotive; dual electronic relay; type tjq2s starting relay of phase splitter骤操纵起动劈相机。劈相机起动继电器在劈相机起动过程中完成以下功能:1) 比较劈相机电动相电压和发电相电压, 当发电相0引言劈相机是目前国产交直传动电力机车的主要部件之一, 它的正常起动与可靠运转直接关系到机车的安全正 点运行。国产电力机车一般采用电阻分相方法起动劈相 机, 劈相机起动继电器用于控制起动时接入电阻, 并在劈 相机起动完成后及时切除起动电阻。本文首先介绍了目 前国内普遍使用的 tjq2s 型电子式劈相机起动继电器的 结构与工作原理, 分析了其应用中的常见问题, 并在此基 础上改进设计了一种双路型电子式劈相机起动继电器。 经过试验与装车试用证明, 该产品设计合理, 具有较高的 应用价值。电压达到电动相电压的 80%(可调整设定) 以上时, 执行电路动作, 使一组常开点动作。2) 劈相机起动继电器接通电源带电时开始 710 s 计 时, 时间到使另外一组常开点动作, 对外提供闭点。3) 两组常开点并联, 只要任何一组常开点动作, 即向 外送出闭点。4) 劈相机起动继电器失掉电源时, 两组常开点失去 动作条件, 全部回复到常开点状态。劈相机起动继电器的第一组常开点的作用是正常控 制环节, 用于劈相机正常起动并达到工作要求时切除起 动电阻。第二组常开点起保护作用, 通过定时切除起动电 阻, 限制了劈相机的单次最长起动时间。由此可见, 劈相 机起动继电器如果不能正常工作, 将直接导致劈相机不 能正常起动工作。1tj q2s 劈相机起动继电器工作原理与结构劈相机的作用是将主变压器的辅助绕组提供的单相电源“劈”成三相电源, 以供给机车辅助电路的所有三相 异步电动机。在电力机车的起动过程中必须按照规定步收稿日期: 2007- 02- 10作者简介: 孟亚东, 高级工程师, 载运工具运用工程专业在读博士研究生。-26-图 1 tjq2s 原理框图图 2 输入部分更改原理图图 3 双路型原理框图孟亚东 等电力机车电子式劈相机起动继电器的改进设计2007 年第 4 期tjq2s 型劈相机起动继电器是电子式继电器, 它的整个电路分为 4 个部分( 见图 1) : 直流电源部分、电压比较 部分、延时电路部分、执行电路部分。电源部分将机车提 供的直流 110 v 电源转换为本装置使用的直流 12 v 和 直流 15 v 电源, 主要器件为三端稳压器 l7812 和 l7815。 电压比较部分将信号电压( 劈相机发电相的电压) 与基准 电压( 劈相机电动相的电压) 进行比较, 根据比较结果由 电压比较器 lm139 输出高电平 ( 信号电压未满足要求)或低电平 ( 信号电压已经满足要求) , 主要器件还包括4n25 型光耦。延时部分采用 555 时基电路作为延时器 件, 当延时电路带电后即开始延时计时, 计时时间可通过 充电电容和电位器进行调整。执行部分由两个直流 12 v 触点式微型继电器对外提供输出, 两个继电器的常开点 并联对外提供闭点 , 两个触点式继电器的线圈分别由 c9012 三极管和 555 时基电路的输出控制。3双路型劈相机起动继电器的设计根据以上问题从电路设计和电子器件布置两个方面对现有的产品进行设计改进。3.1 电路设计采用冗余式设计, 将原来的单套电路改为双套电路, 将两套电路的输入与输出点对应并联( 见图 3) 。由于输 入信号( 包括基准电压和信号电压) 采用的是电压信号, 所以并联后不会对输入信号产生影响。又由于该装置对 外提供常开点闭合功能, 将两套电路的输出点并联后, 正 常工作时只有一套电路带电工作, 另外一套虽有电压信 号送入, 但其执行电路没有电源, 常开点不可能动作, 也 就不可能向外提供输出。双套电路方案中外部面板上增 加一个双路两位切换开关, 直流 110 v 电源进入电路板 后再由电路板上引到这个开关上, 在此切换向两套独立 的电路提供直流 110 v 电源, 也就是选择双套电路中的 一套电路工作。为使双路型劈相机起动继电器在电力机 车电器柜中取代 tjq2s 型产品方便简单, 它的外部接线 顺序、接线方式、接线位置与 tjq2s 型产品保持一致, 输 入与输出的并联功能在产品内部完成。2tj q2s 型劈相机起动继电器存在的问题由于上述电路无冗余设计, 任何一处发生故障将造成整个装置不能正常工作, 进而影响劈相机的起动过程。 另外, tjq2s 劈相机起动继电器在运用中还存在以下问 题:1) 直流电源部分: 由于机车提供的直流 110 v 电源波 动较大, 经常造成降压电路的稳压二极管 1n4744a 损 坏, 进而导致三端稳压器 l7812 或 l7815 损坏。2) 输入信号部分: 信号电压与基准电压进入电路后 采用电压电流转换方法, 当有一个光耦导通时, 必有一个 对应的反向光耦处于反向截止, 虽然反向电压较小, 但仍 有可能造成反向击穿或烧断, 结果使 lm139 接收到错误 的信号( 见图 2 的原电路) 。电源部分: 在每套电路的直流 110 v 电压输入处增加一个并联的压敏电阻, 该方法对于抑制机车提供的直流 电源波动十分有效。输入信号部分: 给每个光耦增加 1 个二极管 1n4007, 每套电路共增加 4 个, 将其串联在光耦的输出端, 这样可 有效减小光耦的反向承受电压, 保护光耦不被反向电压 击穿( 见图 2 中改动后的电路) 。延时电路部分: 将 555 时基电路的触发端充电电容改 为 2 个高电压电容并联形式, 并调整电容与电阻, 使单个 电容工作时的充电时间在延时保护上限, 两个电容工作 时, 充电时间在 7 s 左右。这样当一个电容出现故障时, 另一个仍能保持工作(动作时间延迟) , 避免出现 555 时基电路不动作而出现的劈相机起动运转超时的严重后果。3.2 电子器件布置在电子器件布置方面, 整个装置使用两块电路板, 采 用上下安装形式, 中间采用树脂板隔离, 这样, 既保证了3) 555 时基电路的充电电容损坏。该电容在整个时基电路的工作中处于重要地位, 该电容每次起动时都要经 历一个充放电过程, 属于易损器件, 它的故障造成劈相机 被提前切除起动电阻或劈相机延时保护失效。紧凑的安装空间,( 下转第 30 页)-27-图 4 ss3 型机车空气断路器电气控制接口原理图图 5 ss3 型机车换装真空断路器电气接口原理图电力机车与城轨车辆2007 年第 4 期所示。换装真空断路器后, 其操作控制过程如下:1) 合闸: 主断路器合闸控制与受电弓控制同一电源 支路。当调压开关处在“0”位, 机车风压大于 450 kpa 时, 则按下自复式按键开关“主断路器合”1zkz2 或 2zkz2 经 tk0、fzj、防回流二极管使主断路器合闸线圈得电, 主 断路器动作合闸。同时通过 1qdk 联锁接通恢复中间继 电器 fzj 线圈电路, fzj 吸合动作并自锁。另外, 常开联锁2qdk 也随着真空断路器的合闸吸合自锁, 使得机车控 制电路中 401 号线持续给真空断路器的保持线圈供电, 保证真空断路器保持线圈长期得电, 让主断路器保持在 合闸状态。2) 分闸: 2zk 自动开关单独提供电源。当主断路器处 于闭合位时, 按下自复式按键开关“主断路器分”1zkz1 或 2zkz1, 经自复式恢复中间继电器 ka 得电吸合, 断开 常闭联锁 ka, 使得保持线圈失电, 真空断路器随之完成 分闸动作, 同时已经闭合的常开联锁 2qdk 也随之断开, 切断 401 号线的供电, 让主断路器处于分闸状态。4结束语本 项 改 进 设 计 最 早 于 2005 年 10 月 在 湖 东 机 务 段ss4 改型机车真空断路器替换空气断路器的项目中应用, 经过 4 个多月的运行考核试验, 性能稳定, 安全可靠, 取 得了非常满意的结果。接着又在准格尔机务段 ss3 型机 车主断路器升级改造项目中应用, 也得到了用户的认可。 目前该项改进设计方案又在 ss7c、ss4b 等机车真空断路 器替代空气断路器的项目中得到应用, 运用效果也非常 好。参考文献:12刘友梅. 韶山3 型电力机车m. 北京: 中国铁道出版社, 1990.张 有 松 , 朱 龙 驹. 韶 山 4 型 电 力 机 车m. 北 京: 中 国 铁 道 出 版 社 ,1998.余卫斌. 韶山 9 型电力机车m. 北京: 中国铁道出版社, 2005.3!又有效保证了两套电路的绝缘, 需要试后装车运用效果良好。该设计达到了以下目的:1) 操纵简便, 信号指示明显, 双路切换容易, 可杜绝 由于劈相机起动继电器的故障造成的机车起动事故。2) 整个装置紧凑, 占用空间小, 制造成本较低。3) 外部电路接线简单, 安装方便, 与现在广泛使用的tjq2s 型劈相机起动继电器的外部电路接线相同。( 上接第 27 页)并联的信号电压与基准电压采用导线连接, 操作面板上除一个切换开关选择工作电路外, 每套电路板各有一个 试验开关和两个指示灯, 试验开关用于对应电路的手动 试验, 两个指示灯分别用于工作电源指示和继电器动作 指示。原有电路板的电子元器件布置不太合理, 尤其是执 行电