CN207868153U - 用于电力机车主断路器的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电力机车主断路器的驱动电路，可以给电磁线圈提供瞬间大功率电磁力满足主断路器主触头闭合速度和时间的要求，同时配合双线圈设计的电磁铁在主触头闭合后，电磁力切换到恰好满足主触头闭合压力，达到了降低电磁线圈温升，减少了电磁线圈的工作噪声的节能要求。最为重要的是该电路结构简单，通用性强，利用成熟的电源模块和电子器件的选型即可满足不同主断路器的设计需求，而且该驱动电路既可通过电路板(PCB)实现也可通过简单的电气接线实现。

Description

用于电力机车主断路器的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电磁系统的驱动技术领域，尤其涉及一种用于电力机车主断路器的驱动电路。

背景技术

主断路器是干线交流25kV各类型电力机车及动车与接触网之间电气连通或分断的总开关，是机车及动车上最重要的保护设备，当车辆发生各种严重故障时主断路器能迅速、可靠、安全地切断车辆总电源，从而保护车辆电气设备。

主断路器根据操作机构的不同主要分为气动机构断路器、弹簧机构断路器、电磁机构断路器以及永磁机构断路器等几大类，本实用新型涉及电磁机构断路器其电磁线圈的驱动电路，并形成有效的电磁机构驱动装置应用在电力机车的主断路器上。

电力机车的主断路器位于受电弓与机车主变压器原边之间，用于切除闭合机车的总电源，因此对主断路器触头的闭合分断速度有较高的要求，需要相应电磁线圈在得电瞬间获得较大的电磁力。因此，其电磁线圈的驱动装置采用电容充电、放电式的机构，这是不同于一般接触器采用的电源直接通入电磁线圈的驱动方式。

电容充电、放电式的机构是以冲击大电流为基础，利用RLC放电回路所形成的高能量交流脉冲，在磁感应线圈中形成强磁场来工作。如图1所示，E1是充电电源，R1是限流电阻，R2是电磁线圈电阻，K1是状态控制开关，C1是储能电容，L1是线圈负载。电路工作时，首先K1连接到电源E1的充电回路给电容C1充电，当电容上的电压(Uc)达到所需的电压E时，就使K1切换到线圈L1的放电回路，电容C1通过R2，L1进行放电，由于R2值很小，因此作为负载的线圈L1就得到很大的功率。

主断路器的工作特性要求其在各种情况下应具有足够的通断能力，尽可能短的动作时间，但是在闭合后保证触头可靠闭合的力并不需要初始那么大，为了降低触头冲击，和保证电磁线圈可靠性和寿命，采用不同电磁力的节能设计很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于电力机车主断路器的驱动电路，可以达到确保电磁线圈的可靠性，减少了电磁线圈的工作噪声的节能要求。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于电力机车主断路器的驱动电路，包括：电源输入端、控制信号输入端、DCDC电源模块，SPDT接触器，微动开关，第一与第二线圈、第一与第二极管、电容、空载电阻、限流电阻、放电电阻、隔离电阻、以及第一至第三TVS管；其中：

电源输入端的正极通过第一二极管接到第一线圈一端，第一线圈另一端接地，且第一线圈两端并联第二TVS管；

电源输入端的负极加到DCDC电源模块输入端，DCDC电源模块两输出端对地且并联有空载电阻，DCDC电源模块的其中一输出端还串联限流电阻并接到SPDT接触器常闭端子，以及接电容到地，放电电阻并联在电容两端；

控制信号输入端经微动开关的常闭触点后接到SPDT接触器的控制端正极；SPDT接触器常开触点一端与常闭触点连接，另一端经过第二二极管接到第二线圈一端，第二线圈另一端接地，且第二线圈两端还并联有第三TVS管；

第一TVS管并联接在电源输入端的两端，电源地通过隔离电阻接地。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，可以给电磁线圈提供瞬间大功率电磁力满足主断路器主触头闭合速度和时间的要求，同时配合双线圈设计的电磁铁在主触头闭合后，电磁力切换到恰好满足主触头闭合压力，达到了降低电磁线圈温升，减少了电磁线圈的工作噪声的节能要求。最为重要的是该电路结构简单，通用性强，利用成熟的电源模块和电子器件的选型即可满足不同主断路器的设计需求，而且该驱动电路既可通过电路板(PCB)实现也可通过简单的电气接线实现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型背景技术提供的对电磁线圈进行电容充电、放电的通用电路图；

图2为本实用新型实施例提供的一种用于电力机车主断路器的驱动电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的用于电力机车主断路器的驱动电路的原理图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

首先需要说明的是，本实用新型所提供的电路，可以通过更改参数设计器件和优化电路拓扑结构适用于不同主断路器产品，本实用新型的实施方式是根据我公司产品特性进行的设计，产品特性在本实用新型里不多做描述。下面开始对该主断路器驱动电路进行详细描述。

如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种用于电力机车主断路器的驱动电路的结构示意图，其可以作为主断路器控制电路的一部分，主要包括：

电源输入端、控制信号输入端、DCDC电源模块W1，SPDT(单刀双掷)接触器J1，微动开关SM1，第一与第二线圈(L1～L2)、第一与第二极管(D1、D2)、电容C1、空载电阻R1、限流电阻R2、放电电阻R3、隔离电阻R4、以及第一至第三TVS管(D3～D4)；其中：

电源输入端的正极(输入DC24V)通过第一二极管D1接到第一线圈L1一端，第一线圈L1另一端接地，且第一线圈L1两端并联第二TVS管D4；

电源输入端的负极加到DCDC电源模块W1输入端，DCDC电源模块W1两输出端对地且并联有空载电阻R1，DCDC电源模块W1的其中一输出端还串联限流电阻R2并接到SPDT接触器J1常闭端子，以及接电容C1到地，放电电阻R3并联在电容C1两端；

控制信号输入端(控制信号为DC24V)经微动开关SM1的常闭触点后接到SPDT接触器J1的控制端正极；SPDT接触器J1常开触点一端与常闭触点连接，另一端经过第二二极管D2接到第二线圈L2一端，第二线圈L2另一端接地，且第二线圈L2两端还并联有第三TVS管D5；

第一TVS管D3并联接在电源输入端的两端，电源地通过隔离电阻R4接地。

第一线圈L1电阻大，第二线圈L2电阻小，即第一线圈L1电阻大于第二线圈L2电阻，两个线圈沿相同方向缠绕在一个线圈骨架上。电源输入端的负极，控制信号输入端及DCDC电源模块W1输出负极共电源地。

本实施例中，DCDC电源模块W1，空载电阻R1，隔离电阻R4和输入DC24V构成电源变换电路可以输出DC96V；上述电源变换电路的输出，SPDT接触器J1，电容C1，限流电阻R2，放电电阻R3，二极管D1，及控制信号DC24V构成充电、放电电路为第二线圈L2提供高能量的交流脉冲电压。控制信号DC24V，微动开关SM1，SPDT接触器J1构成在第一线圈L1放电阶段的开关电路，满足主断路器在启动阶段和吸持阶段不同电磁力切换要求。

上述驱动电路的原理如图3所示，主要为：电源DC24V正极为BAT+、负极为BAT-(GND)，控制信号输入为BP、GND(均为DC24V)，主断闭合时，先提供电源DC24V，一段时间后(例如，8s后)给出控制信号BP。电源DC24V正极通过二极管D1加到第一线圈L1上，由于第一线圈L1电阻大(大于预定值)，且电压是直流稳压施加，第一线圈L1产生的电磁力并不能克服主断路器的反力弹簧使主触头动作；电源DC24V另负极通过DCDC电源模块W1变为DC96V电压，该电源通过接触器J1接通充电回路，对电容C充电；电源DC24V工作8s后，控制信号BP使接触器J1由充电回路切换到放电回路，此时电容充电已完成，电容C1对第二线圈L2放电，电容放电产生的大功率电磁力使得主断路器的主触头克服反力弹簧进行闭合；接触器J1的控制信号是通过主断路器的微动开关SM1的常闭触点后再接到接触器的控制端，因此当主断路器的主触头闭合到位后，微动开关SM1的常闭触点变为常开，SPDT接触器J1有放电回路切换到充电回路，此时第一线圈L1为主触头闭合提供保持压力。

下面针对驱动电路中各元器件的设计进行介绍。

(1)DCDC电源模块W1的选型设计：DCDC电源模块W1的选型设计根据输入的电源参数及电磁铁的第一线圈L1和第二线圈L2的输入电压、功率等需求进行，一方面可以选择市场成熟电源模块，也可以根据需求自行设计。

(2)电磁线圈的设计，电磁线圈的设计根据线圈输入电压及线圈负载特效要求进行设计，这里不多做描述。

(3)电容、电阻、二极管等器件参数设计：根据主断路器负载特性及前面的设计选取相应参数的器件。

需要说明的是，本实用新型所实现的目的目前有很多种方案，如CPU或PLC控制，虽然改进方法并不相同，但是大多比较复杂或成本较高的控制技术，这里不做累述。本实用新型电路拓扑结构简单，可以满足大部分电磁线圈驱动高压开关的控制电路中，甚至无需电路PCB设计，直接通过简单的电气接线实现。

此外，在本实用新型在具体实施过程中仍有许多手段进行改进，如：一是配合控制单元实现更复杂的控制策略，如电流反馈控制，快速退磁手段等等；二是加强抑制干扰的措施，提高设计的抗干扰能力；三是可以根据实际主断路器需求增加各种保护功能。

综上可见，本实用新型实施例的实施不仅能够良好的实现主断路器电磁线圈的驱动要求，同时还具备极大的适应性和扩展性，可应用于多种设计场合。

为使本实用新型所提供技术方案的内容、目的和有益效果更加清楚，下面通过具体实例进行详细描述。

实施例一

如图2所示的驱动电路结构，可以为主断路器控制电路的一部分，其具体结构可以参见图2。该驱动电路成功的应用于和谐2型交流电力机车的主断路器中，实现对接触网25KV交流电压的闭合及关断。

其中，上述技术方案中所使用的元器件可以采用如下的具体实施方案：

在图2所示的电路中，W1为根据需求选型的DCDC电源模块，型号为POWER-ONE公司的BP4662-9R，通过外围接线输入DC24V，输出DC96V；J1为根据需求选型的施耐德D型接触器，通过连接常开触点和常闭触点形成SPDT开关；

电容C1为两个120V，40mF的铝电解电容并联实现，选用日本nichicon的LNR系列电容；二极管D1、D2选用VASHAY公司快速回复二极管40HFL40S02；TVS管D3、D4、D5选用VASHAY公司1.5KE系列双向瞬态抑制二极管，D3、D4为1.5KE39CA，D5为1.5KE150CA；电阻选用5W，5％精度的水泥电阻，R1＝1kΩ，R2＝24Ω，R3＝3.3kΩ，R4＝96kΩ。

电路采用布线连接，输入端子采用定制的37芯重载连接器。

可见，本实用新型实施例的可以根据主断路器的需求进行参数设计和器件选型，具有极大的灵活性和应用性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种用于电力机车主断路器的驱动电路，其特征在于，包括：电源输入端、控制信号输入端、DCDC电源模块，SPDT接触器，微动开关，第一与第二线圈、第一与第二极管、电容、空载电阻、限流电阻、放电电阻、隔离电阻、以及第一至第三TVS管；其中：

电源输入端的正极通过第一二极管接到第一线圈一端，第一线圈另一端接地，且第一线圈两端并联第二TVS管；

电源输入端的负极加到DCDC电源模块输入端，DCDC电源模块两输出端对地且并联有空载电阻，DCDC电源模块的其中一输出端还串联限流电阻并接到SPDT接触器常闭端子，以及接电容到地，放电电阻并联在电容两端；

控制信号输入端经微动开关的常闭触点后接到SPDT接触器的控制端正极；SPDT接触器常开触点一端与常闭触点连接，另一端经过第二二极管接到第二线圈一端，第二线圈另一端接地，且第二线圈两端还并联有第三TVS管；

第一TVS管并联接在电源输入端的两端，电源地通过隔离电阻接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力机车主断路器的驱动电路，其特征在于，

第一线圈的电阻大于第二线圈的电阻，两个线圈沿相同方向缠绕在一个线圈骨架上。