CN2134311Y - 电机车架空线送电自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采矿及运输用架空线送电 自动控制装置，它是由电源电路、先导回路电路、维持 电路、延时电路、过载保护电路、漏电保护电路、灯控 电路及机芯架铁装板等组成。该装置可使架空线随 电机车运行或停止，自动断送电，同时具有漏电自锁、 过载保护等功能，使架空线随时都在安全可靠的状态 下工作，既可保障工作人员人身安全，又可节约大量 的电路无功损耗，可完全替代现有的送电设备，具有 良好的社会经济效益。

Description

本实用新型提供一种地下矿井用有轨电机车及铁路电机车的动力架空线送电自动控制装置。

目前我国大部分煤矿和金属矿山及铁路运输是采用直流架线式电机车，由于现使用的送电设备中没有漏电闭锁检漏保护装置。经常会发生各种触电事故，另一方面在线路中无论有无机车运行送电设备都在24小时不停地送电，这样送电设备的自身损耗浪费是很大的，同时也增加了触电事故的发生。

本实用新型的目的是提供一种具有漏电保护、绝缘监测、过载保护、短路保护，电机车启动自动送电，电机车停运延时自动停电。等功能的自动控制装置。

本实用新型的目的是按以下方式实现的。

整个电机车架空线送电自动控制装置。在电车停运期间，只向架空线输出24V安全低压电，一旦电机车启动，自动控制装置自动将架空线换成正常工作需要的高压直流电。控制电路中还设置了漏电过载保护等电路，使架空线设备始终保持在最佳节电安全的工作状态下。

说明书附图1、为本实用新型的控制装置机芯装配图；

说明书附图2为本实用新型的控制装置电路图；

说明书附图3为本实用新型的控制电路板元件装配图；

说明书附图4为本实用新型的三相交流电整流控制开关电路图。

说明书附图5为本实用新型的漏电保护监测电路原理图

说明书附图6为本实用新型的原有对比照明电路。

参照说明书附图对本实用新型作具体的描述：

本实用新型的机芯是由机芯架铁（1）、磁力继电器和机芯装板（3）组成，分流器RS（4）电源变压器TC（14）、小型继电器K₂（6）、指示灯HL₁、HL₂、HL₃（13），开关S（11）、SB（10）、熔断管FU（9）及控制电路板（5）等均安装在机芯装板（3）上。集成块N₁、N₂、N₃、KT、ID₁₄、2D₁₄，小型继电器K₁、K₂、K₄，电阻R₁n、电容C₁n、二极管V₁n三极管，可控硅CT₁₂等均安装一块控制电路板（5）上。本实用新型的控制电路主要有电源电路A，先导回路电路B、维持电路C、延时电路D、过载保护电路E、漏电保护电路F及灯控电路G七部分组成，各部分的元件组成分别为：

电源电路：是由电源变压器TC、5组桥式整流器V_1～5，5组集成稳压块Z_1～5及一组指示灯绕组组成，输出两组±12V、一组24V直流电，分别为先导回路电路B、维持电路C、延时电路D、过载保护电路E、漏电保护电路F供电。

先导回路电路由：继电器K₃、二极管V₇、电阻R₁₉、按钮开关SB、继电器常闭点KM_2－2、K_4－1、K_5－1，常开触点K_2－1电动机启动开关Q₁、导电弓G及机车电动机M组成。

维持电路C由：电阻R₃、R₄、R₅、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁二极管V₁、V₂三极管T集成块N₁、继电器K₁、电容C₁及分流器RS组成。

延时电路D由：时基集成块KT、电容C₂、C₄，电阻R₂₀二极管V₁₈、V₁₉、继电器K₂及继电器常闭点K_3－3，常开点K_1－1、K_3－1组成。

过载保护电路E，是由电阻R₁、R₂、R₁₂R₁₄、R₁₅、R₁₆R₁₇R₁₈R₂₂R₁₃，电容C₂、二极管V₅、可控硅CT、继电器K₄、发光二极管V₄及与非门集成块1D₁、1D₂、1D₃、1D₄组成。

漏电保护电路F由：电阻R₆、R₇、R₂₁R₂₂R₂₃R₂₄R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈、R₂₉、R₃₀，集成块N₃，电容C₅、二极管

、可控硅CT₂、发光二极管V₁₂、继电器K₅与非门集成块2D₁2D₂2D₃2D₄组成。

灯控电路G由：开关S₂、熔断器FU₂、稳压二极管V₁₄、电阻R₁、可控硅CT₃及照明灯EL₁、EL₂组成。

本实用新型的架空线送电自动控制装置各电路的工作原理如下：

1、控制电源

控制电源主要有：变压器TC、二极管整流桥和集成稳压块Z₁₂₃₄₅组成。

控制变压器TC的进线电压分三个等级660V、380V或127V、KM作为整流变压器的进线电源开关时，TC进线电压采用380V或660V，用于架空线分段供电时，TC可利用大巷的照明电127V作为电源。

为了防止各单元电路互相干扰，TC的二次输出是四个17V、一个30V和一个5V（指示灯电源）的交流电源，经整流、滤波、稳压后构成了三个独立的直流电源，分别为＋12V（a）、OV（a）、－12V（a）及＋12V（b）、OV（b）、－12V（b）和24V。

2、先导回路

先导回路的作用：是实现架空线的自动送电。

A、作为分段开关时的动作原理：

架空线的前段IL＋通常带 有直流250V的（或550V）工作电压。电机车如果停在架空线2L＋段的位置，不运行时，架空线的2L＋段上是不通250V的电源的，只有先导回路24V的一个安全电压连接在上边。开车时，司机操作和过去一样，只要电机车的启动开关Q₁闭合上，先导回路被接通，继电器K₂吸合，250V（或550V）的直流电就立即送到架空线2L＋段上。电机车开始运转，其动作原理是：

集成稳压电源Z₅输出24V的＋极，接在漏电保护继电器K₅的常闭触点K₅－1 上→经过流保护继电器K₄的常闭点K_4－1→继电器K₃的线圈→二极管V₂₉→接触器KM₂（KM₁）的附助常闭触点KM_2－2（或KM_1－4）→架空线2L＋段→电机车导电弓G→电机车启动开关Q₁→电机车电动机M的激磁线圈和电枢线圈→道轨L→Z₅的一极。

继电器K₂吸合后，它的一组常开触点K_2－2接通了接触器KM₂吸力线圈的电KM₂吸合后，它的主触头就把两段架空线1L＋和2L＋联接起来，因而架空线2L＋段有电，电机车运行，达到了架空线分段供电的目的。

B、作为整流变压器电源开关时的动作原理：

若用K_2－2触点带三相交流接触器KM₁的吸力线圈，KM₁吸合后，整流变压器TM有电，整流器U就有250V的（或550V）直流电输送到架空线1L＋段上，实现了向架空线自动送电的目的。

继电器K₂的另一组常开触点K_2－1接通了继电器K₂的电路，迫使K₂吸合。

架空线有了工作电压后，继电器K₂的吸合电流不能再经上述途径，一是：KM_2－2（或KM_1－4）触点打开。二是：万一KM_2－2（或KM_1－4）触点打不开。二极管V₂₉因加上反向电压也不能导通，所以它靠继电器K₂的一组常开点K_3－1保持吸合电流的通路。

先导回电路中串进KM_2－2（或KM_1－4）附助触头和二极管V₃₉，是为了防止架空线工作电压通过先导电路接道轨L－，烧毁控制元器件。

继电器K₃不动作时，它的第二组常闭点K_2－2短接了电容C₃，不对电容器C₂充电。防止KT脚3电位上升，因而继电器K₂不工作。

3、维持电路

维持电机车的正常运行和实现架空线的自动断电，是维持电路的作用。

维持电路的维持信号来源于分流器RS。电机车运行时，工作电流经过RS将产生一个很小的压降电压，本装置采用的是200A／75MV的标准件，取电机车最小运行电流10A，RS两端的电压是3.75MV，经运算放大器N₁放大后，N₁的脚6由零升到3.75V，经电位器R₁₀和电阻R₁₁输入到三极管V₂的基极，调整R₂使V₂导通，继电器K₁能吸合为限。

K₁吸合后，它的常开触点K_1－1把时基电路KT的脚6与电源OV（b）短接起来，使脚3的电位始终处在－12V（b），这样继电器K₂继续保持吸合状态，K₂的吸合维持了K₃的吸合，因此保证了电机车的正常运行。

电机车如果要停止运行，司机把启动开关Q₁打开，RS两端的电压信号立即消失，继电器K₁释放，触点K_1－1复位，KT的脚6与电源OV（b）断开，脚6的电位随着电容器C₂的充电逐渐变负，而脚3的电位慢慢的升高，到了预定的时间后继电器K₂释放，它的常开触点K_2－1打开，K₃断电，触点K_3－2断开，接触器KM₂（KM₁）因断电释放，因而实现了架空线自动停电。

4、延时电路

电机车运行时，因道轨铺设质量不高或途经道岔时，使电机车颠簸，这样会造成电机车导电弓G与架空线L＋接触时断时通，维持信号的产生也就会断断续续，因而继电器K₁也就吸合释放、释放吸合。由于链锁式的动作，促使接触器KM₂（或KM₁）频繁的动作，会大大的缩短其寿命。这是我们不希望有的现象。

另外，电机车在滑行或制动时是不需要电的，但需要照明，如果照明灯马上熄灭这是不安全的，为此，特地加了有时基电路KT、电容器C₃和电阻R₃₀构成的延时电路。当维持信号消失后，继电器K₂并不马上释放，到了预定的时间47秒钟后，K₂才自行释放。如果维持信号产生的时间间隔小于47秒，K₁的常开触头K_1－1就把C₂刚贮存的电荷给放掉了，C₃两端的电位建立不起来，KT的脚3仍处于－12V（b），K₂始终保持吸合状态，这就有效地防止了因维持信号瞬间的消失，接触器KM跟着释放，架空线立即无电的不应有现象。

另外，通过延时，接触器KM₂（或KM₁）是在无负荷的情况下释放，这也就避免了主触头的烧伤损坏。

5、过载保护

当电机车过载或架空线接地短路时，整流器将输出大于额定电流的若干倍电流，如不及时切除故障点的电源，不但烧毁用电设备，而且也会同时烧毁供电设备。为杜绝此类事故发生，本装置设置了过载保护电路。

过流动作信号源和维持电路信号源都是从分流器RS两端获得的。RS两端信号电压的大小和通过它的电流成正比。本装置采用的是200A／75MV分流器的，过流整定值为200A时，那么RS两端将有75MV的信号电压输出，经运算放大器N₂放大后，N₂脚5输出一个＋7 ·2V电压，这个数值恰是施密特电路上触发电平VT＋值，因此，1D₁翻转输出为零，经1D₂倒相输出为正，经电阻R₁₃向电容器C₂充电，到了整定的跳闸时间时，C₂两端的充电电压为＋7·2V，1D₃与1D₄翻转，1D₄输出＋11·5V电压，经电阻R₃₂限电去触发可控硅V₄₀，V₄₀导通，继电器K₄吸合，K₄的常闭触点K_4－1打开，继电器K₃释放，K₃的常开触点K_3－3复位，接触器KM₂（或KM₁）释放，架空线L＋断电。

K₄吸合后可控硅V₄₀不能自行关断，起到跳闸闭锁的作用。发光二极管V₄是过流跳闸指示灯。

6、漏电保护

减少架空线杂散电流对矿井危害的一个办法是：加装漏电保护，迫使提高架空线对地的绝缘水平。

电机车运行时架空线对地电阻只有几欧姆，根本无法测定，只有电机车停止运行后才能测量。测量电路有电阻R₆、R₇、继电器K₃和架空线对地绝缘电阻Rd构成，监测原理见图5：

R₆、R₇与K₃的总电阻R则为：

R＝ ((R₆+ R₇) K₃)/(R₆+ R₇+ K₃) ＝ (（1800＋75）×570)/(1800＋75＋570) ＝437·1Ω

若绝缘Rd＝10kΩ时，测试回路里的总电阻RM为：

RM＝R＋Rd＝437＋10000＝10437Ω

测量回路是利用先导回路的电源电压和它的一部分电路，E＝24Vab两点间的电压Vab则为：

Vab＝ (E)/(RM) ·R＝ 24/10437 ×437＝1V

经R₆与R₇分压后ac两点间电压Vac是：

Vac＝ (Vab)/(R₆+R₇) ·R₇＝ 1/(1800＋75) ×75＝0·04V

Rd下降到8kΩ时ab两点的电压为：

Vab＝ (E)/(RM) ·R＝ 24/8437 ×437＝1·24V

ac之间电压Vac则是：

Vac＝ (Vab)/(R₆+ R₇) ·R₇＝ 1.24/(1800＋75) ×75＝0·0496V

经证明R₇两端产生的测量信号电压的大小，是随架空线对地绝缘程度的高低而变化的。Rd为8kΩ时是本装置漏电保护整定值。从R₇取出的漏电信号电压，经运算放大器N₃放大后，N₃的脚6输出＋7·3V，超过施密特电路2D的上触发电平VT＋，因此，2D₁与2D₂翻转，2D₂输出一个＋11·5V电压，经电阻R₂₃向电容器C₅充电，等C₅两端的充电电压上升到＋7·2V时，2D₂门打开输出为零，2D₄输出高电平，经电阻R₂₉限流去触发可控硅V₁₁，V₁₁导通，继电器K₅吸合，它的常闭触点K_5－1切断了继电器K₃电源，K₃释放，K₃的常开触点K_3－3复位，接触器KM₃（或KM₁）因电路不通而释放，架空线L＋断电。漏电闭锁原理相同。

开电机车时，启动开关Q₁只要一闭合先导回路接通，a与b两点之间电压就是24V，这时R₇两端将有0·9V以上的分电压，这个值是等于漏电信号电压（0·0496V）18倍之多，如果不把它滤掉，开车时就会产生接地误动作。为此，利用继电器K₂的一组常开触点K_2－2把电阻R₇短接起来，从先导回路接通至继电器K₂的触点K_2－2把R₇短接，虽然这个时间是瞬间，但R₇两端的分电压已进入放大器N₃，使漏电保护仍能发生误动作，所以在2D₃的门前设置了延时电路。

延时电路有电阻R₂₈和电容器C₅构成，C₅的充电电压上升到＋7·2V（已到2D₃的上触发电平）的时间，一定要大于从启动开关Q₁闭合至继电器K₂的触点K_2－2闭合时间，这就有效地防止了电机车启动时产生接地误动作。

电阻R₁₉（8kΩ）和按钮开关SB组成了接地试验电路，按下按钮开关SB继电器K₅动作，发光二极管V₄发光，就说明漏电保护电路灵敏可靠。

7、灯控电路

电机车前后照明灯的原有电路如图6所示：

灯控开关S₂只要合上先导回路就被接通，电机车不开时架空线仍能送上电，这是我们不希望有的，电机车停止运行后，要使架空线断电拉掉开关S₂才行，要使灯亮还得再把S₂合上，这给司机增添了好多麻烦，也失掉自动控制的意义。为此，把照明灯的电路（6）改为附图（2）中的照明灯接电路G部分。

在熔断器FU₂与照明灯EL之间串联了一只5A／800V可控硅V₁₃，可控硅不导通时阳极与阴极之间电阻都在几百kΩ以上，控制极和阴极之间的电阻只有几欧姆，可控硅触发电路，用阳极触发的方法最简单，但仍不能实现自动控制，所以必须采取其它措施。为此，在可控硅阳极与控制极之间串接了一只稳压二极管V₁₄，V₁₄的稳压值是36～40V，V₁₄这只稳压管对先导回路24V的电压来讲是个无限大的电阻，就是灯开关S₂合上，先导回路也永远不会接通。当架空线有了250V工作电压后，V₁₄被立即击穿导通，通过电阻R₂₁向可控硅V₁₃控制极输送一定的触发电流，V₁₃导通，照明灯EL₁与EL₂通电。

这样做一举两得，既解决灯的控制，又不影响架空线对地绝缘电阻的测量电路。

实施例1：

本实用新型的架空线送电自动控制装置，作总电源自动控制，其电路接法按附图（4）的三项交流电整流控制开关电路接线，KM继电器磁力线圈接在电源变压器TC的U₁，W₁两端，中间串接，继电器K₂的常开触点K_3－3，先导回路电路B中的K₂继电器磁力线圈吸合，K_3－2闭合，KM₁吸合，三组触点闭合，三项交流电经整流器后，向架空线送250V或550V直流电，电机车工作运行。

实施例2

本实用新型的架空线送电自动控制装置，作分段开关使用，即在一矿上分几个、十几个工作后，除了设置总电源控制装置外，每个工作面上也可使用本装置控制本区段的架空线送电，其接法如说明书附图（2）所述的接法，继电器K₃的常开触点控制，继电器KM₂的磁力线圈，KM₂的触点只控制架空线上的直流电的通断。

本实用新型的架空线送电自动控制装置和现有的电机车架空线送电设备相比具有安全可靠，不会发生触点伤亡事故，节约电能，操作方便，体积小，易维修等特点，可完全替代老设备在所有使用电机车的场合使用，具有很好的经济和社会效益。

Claims (9)

1、电机车架空线送电自动控制装置包括机芯架铁、机芯装板、磁力接触器及控制电路板，其特征在于：控制电路板固定在机芯装板上，该装板又同磁力接触器固定在机芯架铁上。

2、根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：控制电路板上的控制电路是由电源电路A、先导回路电路B、维持电路C、延时电路D、过载保护电路E、漏电保护电路F及灯控电路G等七部分组成。

3、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：电源电路A由变压器TC及5组桥式整流器及集成稳压块组成，分别为先导回路电路B、维持电路C、延时电路D、过载保护电路E、漏电保护电路F提供±12V及24V直流电。

4、根据权利要求2所述装置，其特征在于，先导回路电路B由继电器K₃二极管V₇、V₃₉、电阻R₁₉、按钮开关SB、继电器常闭触点Km_2－2K_4－1K_5－1常开触点K_2－1，电动机启动开关Q₁导电弓G及电动机M组成。

5、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：维持电路C是由电阻R₃、R₄、R₅、R₈、K₉、R₁₀、R₁₁、二极管V₁V₃三极管T集成块N、继电器K₁电容C₁及分流器RS组成。

6、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：延时电路D是由时基集成块KT₁、电容C₃、C₄、电阻R₂₀、二极管V₁₈、V₉、继电器K₂及继电器常闭触点K_3－2，常开触点K_1－1K_3－1组成。

7、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：过载保护电路E是由电阻R₁、R₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₈、R₃₂、R₁₂、电容C₂、二极管V₅、可控硅CT₁、继电器K₄及发光二极管V₄、与非门集成块ID₂、ID₂、ID₃、ID₄组成。

8、根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于：漏电保护电路F是由电阻R₆、R₇、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈、R₂₉、R₃₀、集成块N₃、电容C₅、二极管V₁₀，可控硅CT₂、发光二极管V₁₂、继电器K₅、与非门集成块2D₁、2D₂、2D₃、2D₄组成。

9、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：灯控电路G是由开关S₂、熔断器FU₂、稳压二极管V₁₄、电阻R₃₁、可控硅CT₃及照明灯EL₁、EL₂组成。

Images