CN103997020A - 一种交直电力机车三相电动机保护器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种交直电力机车三相电动机保护器，其包括串联在三相电动机支路上的电流互感器和KM接触器，其还包括数据处理芯片、继电器和开关信号采集器；所述电流互感器、继电器和开关信号采集器均和数据处理芯片电连接；输入端和控制开关电连接的继电器其常闭节点和KM接触器电连接，其常开节点和故障信号输出电路电连接；所述开关信号采集器和控制开关电连接。本发明采用新型的电力电子器件进行设计，灵敏度高，克服了以往脱扣开关保护的缺点，可以适应各类环境。

Description

一种交直电力机车三相电动机保护器

技术领域

本发明涉及机车安全领域，特别涉及一种交直电力机车三相电动机保护器。

背景技术

目前，铁路局机务段普遍使用自动脱扣开关对机车辅助三相电动机（以下简称辅机）进行保护。如图1所示，脱扣开关相当于电机的“保险丝”，其串联在KM接触器和三相电源之间；脱扣开关在辅机支路没有电流的情况下属于常闭状态，当司乘人员按下控制开关后，接通110V电源，使得KM接触器闭合，辅助三相电动机开始工作。三相电动机在运行过程中，当辅助支路的电流过大导致温度上升到限制值时，则脱扣开关进行过热保护，使脱扣自动脱落，即断开了辅机支路的线路连接，三相电动机停止工作，达到保护电机的目的。

但现有的脱扣开关保护装置存在如下缺点：

①、  过热检测精度不高，有些情况下辅机已经发生烧损了脱扣还没有脱落；

②、  反应慢，不能实时反应电流的变化趋势，容易出现误动作；

③、  误差范围大，且不能自行调节保护参数，用户只能选择固定型号和参数的脱扣开关使用，灵活性不够；

④、     体积较大，笨重且无信息化功能，给用户安装、使用及检修带来不便。

⑤、     容易出现粘结现象，脱扣一旦粘结，则对辅机起不到任何保护作用，在辅机出现严重过流情况下，如果不能自动脱落，很容易造成辅机烧损；

⑥、     脱扣开关脱落不能自动吸合，需要人工进行手动复位才能吸合，十分麻烦。

另外，在我国某些年代较久，电网利用率较高且运能比较紧张的区段，往往出现电压偏低但又需要强行行车通过该区域的情况，此时为了防止脱扣开关触发保护自动断电，机务检修人员只能临时停车去更换额定电流较大的脱扣开关，费时费力，严重影响了行车效率。

综上所述，行业内急需一种智能的交直电力机车三相电动机保护器。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种智能的交直电力机车三相电动机保护器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种交直电力机车三相电动机保护器，其包括串联在三相电动机支路上的KM接触器，其还包括电流互感器、控制开关、数据处理芯片、继电器和开关信号采集器；所述电流互感器、继电器和开关信号采集器均和数据处理芯片电连接；所述继电器其输入端和控制开关电连接，其常闭节点和KM接触器电连接，所述继电器的常开节点和故障信号输出电路电连接；所述开关信号采集器和控制开关电连接。

本发明中的开关信号采集器和故障信号输出电路均采用已有电路，本发明的具体工作过程详见下面具体实施方式部分。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：还包括和数据处理芯片电连接的数据传输接口，可以将采集到的所有数据传输给终端设备，进行显示，实现网络信息化，给检修和故障分析处理带来极大方便。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：所述数据传输接口为MVB（Multifunction Vehicle Bus 多功能车辆总线）。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：还包括和保护装置并联的短路切除开关。当短路切除开关打在“切除”位时，保护装置被短路处理，继电器一直为常闭状态，辅机运行与否则决定于司机台的控制开关是否闭合，不对辅机进行保护，这样可以在特殊情况下保持机车持续运行。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：所述数据处理芯片和多个电流互感器、继电器和开关信号采集器电连接，可以通过一个中央处理单元控制多组电动机，达到对整车电动机进行统一管理的目的。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：所述数据处理芯片为FPGA产品XC3S400。

作为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器在一方面的改进：所述电流互感器为NBL6-500A。

与现有技术相比，本发明采用新型的电力电子器件进行设计，有如下优点：

1．可以检测多种电流异常状况，具有多种电力机车辅助电动机运行安全保护方式，替代了原来使用的脱扣开关只对电流过大的单一保护方式；

2．辅机保护参数可以通过芯片烧录任意设置，而不仅局限于某一参数值；

3．采样精度高、敏感度高、可实时反应辅机电流的变化趋势，实现辅助电动机的实时、快速保护；

4．具有通讯接口，用户可增加终端设备对保护装置采集到的所有数据进行显示，方便用户维护和故障的分析处理；

5．具有复位功能，当继电器常闭节点断开后需要重新吸合时，操作人员重新合一下控制开关即可进行复位即闭合，十分方便；

6．具有临时关闭功能，通过附加的短路切除开关来控制，可适应特殊的低电压环境；

7．采用继电器控制，基本不会出现粘接情况，安全可靠；

8．体积小，重量较脱扣开关大大减小，用户安装及维护方便；

9．可设定在一定时间对采集的电流数据进行平均值处理，只有在平均值超过保护值时，才启动断开保护，避免因为偶尔的电流峰值数据造成误操作；

10．可以通过中央处理单元对多组电动机进行保护控制，方便对整车进行统一管理。

本发明适用范围广泛，还可用于除电力机车以外的三相电动机的运行安全保护。

下面结合附图详细说明本发明,其作为本说明书的一部分,通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有技术脱扣开关保护电路示意图；

图2为本发明一种交直电力机车三相电动机保护器电路示意图；

图3为本发明实物外观示意图。

图1-2中附图标记的对应关系为：

1-数据处理芯片，     2-继电器，     3-开关信号采集器，

4-电流互感器， 5-控制开关。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，一种交直电力机车三相电动机保护器，其包括串联在三相电动机支路上的电流互感器4和KM接触器，其还包括控制开关5、数据处理芯片1、继电器2和开关信号采集器3；所述电流互感器4、继电器2和开关信号采集器3均和数据处理芯片1电连接；输入端和控制开关5电连接的继电器2其常闭节点和KM接触器电连接，其常开节点和故障信号输出电路电连接；所述开关信号采集器3和控制开关5电连接。

上述的交直电力机车三相电动机保护器还包括和数据处理芯片1电连接的MVB通讯接口。

上述的交直电力机车三相电动机保护器还包括和数据处理芯片1电连接的短路切除开关。

上述数据处理芯片1为FPGA产品XC3S400，上述电流互感器4为NBL6-500A。

在本发明中，KM接触器将通过继电器2来控制，其工作原理是：上电时，本发明中的继电器2为常闭状态，当电流互感器4检测到辅机需要保护时，如辅机电流过大，三相电流不均衡等，则数据处理芯片1控制继电器2动作，常闭节点断开，切断KM接触器，使辅机电源断开，不再工作；同时，常开节点闭合，输出信号给故障显示单元，比如司机台指示灯，说明该辅机支路有故障，提醒司机谨慎操作。

具体的，当数据处理芯片1采集到电机的三相电流均未超过保护值时，保护机制不运行，即继电器2处于常闭状态，此时电机正常持续运转；

当检测到被保护电机的某一相电流超过保护值持续规定时间时，继电器2的常闭节点断开，切断该电机运转；同时，继电器2的常开节点闭合，接通故障显示单元，输出110V电平信号通过司机台的指示灯进行报警，提醒司乘人员注意操作。

当电机处于单相运转时，则必定有一组电流为零，这种情况下单相保护电路开始工作，继电器2的常闭节点断开，使KM接触器的控制信号电压为0V，切断辅机供电电源。同时，继电器2的常开节点闭合，接通故障显示单元。

当本发明检测到某电机三相电流严重不均衡时，保护电路动作，继电器2的常闭节点断开，使KM接触器的控制信号电压为0V，切断辅机供电电源。同时，继电器2的常开节点闭合，接通故障显示单元。

本发明具有启动电流保护策略，当司乘人员合上控制开关5时，数据处理芯片1通过开关信号采集器3记录下检测到开关信号的时间，在经过一定的延时后，若还检测到三相电流超过保护值时，才会使继电器2常闭节点断开，使线路接触器的控制信号电压为0V，切断辅机供电电源。

另外，本发明可设定在一定时间对采集的电流数据进行平均值处理，只有在平均值超过保护值时，才启动断开保护，避免因为偶尔的电流峰值数据造成误操作。

本发明具有临时关闭功能，设有和数据处理芯片1电连接的短路切除开关，当短路切除开关打在“切除”位时，继电器2一直为常闭状态，辅机运行与否则决定于司机台的控制开关5是否闭合，临时取消对辅机的保护。

本发明具有复位功能，KM接触器采用继电器2进行控制，当辅机进入保护状态导致继电器2常闭节点断开，需要重新吸合时，只需操作人员重新合一下控制开关5，数据处理芯片1通过开关信号采集器3接收到控制开关5闭合的信号后，控制继电器2的常闭节点闭合，即完成复位。

本发明具有MVB通讯功能，当外部有终端设备时，可以按约定的协议将检测到的所有辅机数据，如辅机电流、接触器状态及控制开关5是否合上等信息传送给终端设备，通过终端设备进行显示，实现网络信息化和人机交互功能，给检修和故障分析处理带来极大方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交直电力机车三相电动机保护器，其包括串联在三相电动机支路上的KM接触器，其特征在于：还包括电流互感器（4）、控制开关（5）、数据处理芯片（1）、继电器（2）和开关信号采集器（3）；所述电流互感器（4）、继电器（2）和开关信号采集器（3）均和数据处理芯片（1）电连接；所述继电器（2）其输入端和控制开关（5）电连接，其常闭节点和KM接触器电连接，其常开节点和故障信号输出电路电连接；所述开关信号采集器（3）和控制开关（5）电连接。

2.根据权利要求1所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：还包括和数据处理芯片（1）电连接的通讯接口。

3.根据权利要求2所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：所述通讯接口为MVB。

4.根据权利要求1所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：还包括和数据处理芯片（1）电连接的短路切除开关。

5.根据权利要求1所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：所述数据处理芯片（1）和多个电流互感器（4）、继电器（2）和开关信号采集器（3）电连接。

6.根据权利要求1所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：所述数据处理芯片（1）为FPGA产品XC3S400。

7.根据权利要求1所述的交直电力机车三相电动机保护器，其特征在于：所述电流互感器（4）为NBL6-500A。