整流盒设计的新理念.doc

整流盒设计的新理念郑州电务段 翟振远 翟晓晨摘 要：分析现行使用整流盒的存在缺陷，介绍ZL-T型整流盒的设计特点和应用。关键词：抗反向高压脉冲能力强、体积小、产热量低、元件可自复、工作状态指示。道岔表示电路是信号联锁设备的重要组成部分，表示电路中的整流盒器件虽小但对于道岔表示电路的正确运用却十分重要。当前现场使用的整流盒存在着三大不足。一是整流元件品质一般，不能抗反向高压脉冲和浪涌电流冲击；二是整流盒体积大，在电缆盒中安装十分不便；三是整流盒中的电阻产生很高热量，常将整流盒外壳烤变形，高热量也是电路安全的隐患。一 、 现有整流盒在应用中存在的三大缺陷（1）现用整流盒的抗反向高压及浪涌电流冲击性能差造成整流元件损坏的主要因素是反向高压脉冲和浪涌电流的冲击，虽将整流元件多级串、并用于防护高压脉冲和浪涌电流冲击但作用甚微。加之现用整流二极管多为八十年代的普通整流管，性能一般。（2）老整流盒体积大，安装不便老整流盒体积大在现场安装使用十分不便，这是现场要求解决的突出问题。在现场电缆盒中不仅装有整流盒还装有道岔缺口监督装置，因电缆盒内空间小，显的十分拥挤。（3）老整流盒产生热量高老整流盒中的限流电阻采用瓷绕电阻，工作中能产生较高热量，经常把整流盒的外壳烤变形，故解决整流盒产生热量的问题也十分重要。二 、新型整流盒的设计理念及特点（1）设计方案我们于2008年元月开始现场调研，了解现场最需要解决的主要问题，并于外局有关专家交流，把技术攻关目标确定在减小整流盒体积、减低热量和防高压脉冲及浪涌电流冲击三个主要问题上，在设计中弃用传统整流元件，采用新技术、新元件。在电路上合理运用元件使其互防互助，并巧妙地利用电阻外壳进行散热。在抗反向高压脉冲和浪涌电流上采用下拉高压并使之箝位在某电位以下达到“四两拨千斤”之效。同时，考虑现场的实用性，增加了整流元件运用状态指示灯便于故障处理。确定攻关目标后课题组制定出设计方案，即研制用于提速道岔ZL-T1型、ZL-T2型和用于ZD6道岔ZL-P型等新型整流盒。这几种整流盒的整流部分相同，都采用自复整流元件和压控元件配合使用，达到将交流电源半波整流后给继电器线圈提供直流电源。用高灵敏度的突波抑制器将施加在整流元件上的反向高压脉冲突波下拉箝位（浪涌电流经突波抑制器旁路），保护了整流元件不被反向高压击穿。ZL-T1型和ZL-T2型不同之处是输出的直流电压调整部分，ZL-T1型是在整流后串接电阻进行限流降压，而ZL-T2型是采用压控元件调整输出电压的幅值。方案简述： ZL-T型整流盒框图图一中整流元件采用FRD高品质整流管，它具有一定的自复性能，突波抑制器与整流元件并接，两个电阻采用大功率、小体积金属壳电阻，两个电阻通过压控开关连接，状态指示电路并接在压控开关上。（2）工作原理图二为新型整流盒工作原理图，图中D1、D2为高品质整流管FRD，具有反向高压击穿后自动恢复性能，Z1、Z2为突波抑制器，该元件具有较强的抗击高压脉冲和浪涌电流的能力。将整流元件与压敏电子元件并联构成整流组件。交流电源通过D1、D2进行整流，将交流电压变为直流电压为继电器线圈供电。其中D1、D2串联后反向耐压为2000V，而Z1、Z2的箝位电压为1000V左右，Z1、Z2可将叠加在整流元件上的反向高压脉冲采用“四两拨千斤”的方法将高压箝位降低。同时，反向浪涌电流通过Z1、Z2旁路，从而保护了D1、D2。这种元件组合只要是在不被雷电直击的情况下具有较好的自动恢复能力。而Z1、Z2对EMI和ESD也具有700W-1500W的防护能力，在电气化区段更加实用。辅助电路；在整流元件后接电阻进行限流降压，本案设计选用大功率小体积金属铝壳电阻，备用电阻R2与压控开关Z3串联后再与主电阻R1并联。流过备用电阻的电流是压控元件的漏流，所以两个电阻分流非等值电流量，同时将两电阻外壳相连又能起到降热之功效。如主电阻断，压控开关Z3导通，电流经Z3、备用电阻R2为继电器供电。当电流增大超过压控元件的启动电流值时，压控元件Z3端压上升810V，同时室内继电器线圈端电压下降，低于报警值20伏后，微机监测报警。整流组件状态指示电路；用一只电阻与两只发光二极管串接后再与压控开关并接可对整流元件的运用状态进行监督指示，整流组件正常时亮绿灯，短路时亮红、绿灯，断路时灭灯。（3）新整流盒的技术创新点我们研制的整流盒在技术上进行大胆创新，一是采用下拉反向高压并使之箝位的技术进行防止反向高压脉冲和防浪涌电流冲击，具有较强的防护能力；二是采用压控方式并接电阻，若主电阻断，立即转备电阻工作，其利有两点：第一通过电路分流使主电阻产生热量减小，同时备电阻外壳兼作主电阻散热片，使整流盒内温大幅降低；第二利用压控元件特点在其两端并按电路状态指示灯直观显示整流盒工作状态（短路、断路、正常）。新型整流盒的特点aZL-T2型整流盒最大创新是采用压控元件进行调压输出，弃用大功率瓷绕电阻，使新整流盒在体积上、降低热量上都有重大突破，其体积是现用整流盒体积的七分之一，产生热量很小；bZL-T1型整流盒创新点是在两个大功率电阻连接上采用压控技术，使电阻并联，但其电阻分流却不是纯电阻并联特性，同时利用其金属外壳进行相互散热，设计较为新颖；c整流电路由最新面世的电子元件组成，运用电压箝位技术对反向高压脉冲和浪涌电流进行防护，且整流组件有自动恢复性能（在元件承受极限值内）；d整流组件状态指示在当前道岔表示电路中尚未发现。三、 应用前景及效果2008年5月我们在郑州电务段开封运转场11号、13号、3号、8号道岔和洛阳东运转场23号、39号、41号63号等道岔进行样品安装使用。同时将整流盒安装前后测试的各项电气参数进行比较，结果理想。并与现场工区约定，每周进行一次测试雷雨天加强测试，每月通报一次。经一年多来上道试验，整流盒工作稳定，特别在经二年雷雨季节检验，设备运用正常，深得现场好评。新技术、新产品取代旧技术老产品，势在必行。整流盒虽小，但在铁路信号道岔表示电路运用中却十分重要。我们研制的系列整流盒具有安全性能可靠，稳定性好，体积小、热量低，加之状态指示灯，很适应现场使用。由于在研制中广泛征求现场职工意见，课题源于现场，成果服务于现场。今后我们在研制的基础上将会不断创新改进使其更加完善，我们的目的就是要解决在安全生产中发现的实际问题，提高设备运用质量，从而为铁路安全运输做出贡献。注：道岔表示电路保安整流盒，该项目于2009年11月27日已通过郑州铁路局科委技术审