CN2448666Y - 电机车直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种架线电机车辅助电源的改进,这种装置主要用于做架线电机车的照明灯及电喇叭工作电源。由过电压抑制电路,电源启动电路,脉冲控制电路,驱动电路,半桥功率变换电路,整流滤波电路,自供电电路,过电流限制电路,磁记忆过电流保护电路,过电流恢复电路,过电压截止保护电路,稳压电路,负载控制电路及瞬变二极管过电压保护电路所组成。该装置具有电源变换效率高,性能稳定,保护完善可靠,使用方便优点。

Description

电机车直流变换器

本实用新型涉及一种架线电机车直流变换器的改进，这种装置适用于做架线电机车的辅助电源，该电源用来向电机车的照明灯和电喇叭供电。

目前架线电机车的辅助电源，正在由可控硅直流断续器向晶体管或IGBT功率管的开关电源过渡。虽然专利号为：ZL94214401.5的专利基本满足了电机车辅助电源的需要，但在实际使用中还存在以下几点不足：

1．电网过电压时压敏电阻放电，输入回路电流瞬间增大，保险丝熔断。

2．负载发生短路故障时输入或输出保险丝熔断。

3. 用压敏电阻做过电压保护，其残压过高效果不太理想。

由于煤矿井下的恶劣环境，电网过电压及负载短路的现象经常发生，造成保险丝频繁熔断，虽然保险丝熔断是正常现象，但给用户使用带来了许多不便。尤其是在煤矿井下换一次保险丝往往需要很长时间，将影响煤矿的安全生产。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用方便，成本低，保护更加迅速可靠的电机车直流变换器。采用了它励功率变换电路，使之能适用于1000伏以下的电网。采用了电源启动电路，使电源变换效率有所提高。采用了性能稳定的集成脉宽调制器进行脉宽调制，为过电压保护和过电流保护提供了方便条件。采用瞬变二极管进行过电压保护，瞬变二极管动作速度快残压低。尤其是采用了过电压截止保护和磁记忆过电流保护，当电网发生过电压时过电压截止保护使脉宽调制器停止脉冲输出，当负载发生短路故障时磁记忆过电流保护断开脉宽调制器的工作电源，使脉宽调制器停止脉冲输出。因此电网发生一般的过电压或负载短路故障本实用新型的保险丝均不熔断，当发生特高过电压时瞬变二极管放电，保险丝熔断，这样减少了保险丝熔断的次数。

本实用新型的目的是这样实现的：熔断器RD，电感L1、限流电阻R1，整流二极管D1，和电容C1串接在电源电压与地线(2)之间，成为本实用新型的过电压抑制电路。当电网电压瞬间升高电容C1两端电压不能突变，抑制本电源电压的上升率。二极管D1还起电源反接保护的作用。电阻R5、R6，稳压二极管WY5串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)和地线(2)之间，电阻R5、R6的连接点与三极管BG1的集电极相连，电阻R6，稳压二极管WY5的连接点与三极管BG1的基极相连，三极管BG1的发射极与二极管D2相连，成为本实用新型的电源启动电路。二极管D2的阴极是电源启动电路的输出端，电源给电启动时向脉宽调制器，驱动电路，磁记忆过电流保护电路供电。脉宽调制器U1的脚2与脚15相连，脚13与脚14相连，脚7、脚9、脚10直接与地线(1)相连，电阻R9两端分别接在脚2与脚3两端，电容C2接在脚3与地线(1)之间，电容C3和电阻R7串接在脚2与脚3之间，电容C2、C3电阻R7、R9起抗干扰的作用，电阻R8、R10串接在脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脚2、脚15相连，把脚13、脚14的5伏基准电压分压为2.5伏电压加到脚2、脚15上，做为脉宽调制器的给定电压，电容C4接在脚13、脚14与地线(1)之间，起抗干扰作用，电容C5并接在脚13、脚14与脚4之间，构成慢启动电路，使本实用新型输出电压渐渐上升到稳定值，减少本实用新型启动时对灯丝的冲击，电阻R11、R12串接在脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脚4相连，通过电阻R11、R12的分压作用，在脚4设置一个死区电压，防止功率管BG4、BG5共态导通的现象发生，电容C6接在脚5与地线(1)之间，电阻R13接在脚6与地线(1)之间，用来设置脉宽调制器U1的脉冲频率，电阻R15接在脚16与地线(1)之间，继电器接点JB1、JB2串接在启动电路输出端(D2阴极)与脉宽调制器U1的脚12之间，为脉宽调制器U1提供12伏正电，脉宽调制器U1的脚8、脚11是脉宽调制器的输出端，上述电路为脉冲控制电路，用来向驱动电路输出脉冲宽度可调的脉冲信号。电阻R16、R17分别并接在三极管BG2、BG3的基极与发射极之间，三极管BG2、BG3的基极又分别接在脉宽调制器U1的脚8、脚11上，三极管BG2、BG3的集电极和二极管D3、D4的阳极共同与地线(1)相连接，二极管D3、D4的阴极分别接在脉冲变压器B1、B2一次绕组的一端，一次绕组的另一端分别接在三极管BG2、BG3的发射极上，电容C7接在脉冲变压器B1、B2一次绕组中间抽头的连接点与地线(1)之间，电阻R14接在继电器接点JB1、JB2的连接点与脉冲变压器B1、B2中间抽头的连接点之间，电阻R18、R19、R20串接在脉冲变压器B1的二次绕组两端，加速电容C8并接在电阻R18两端，电阻R19、R20的连接点与三极管(或IGBT管)BG4的基极(或栅极)相连接，三极管(或IGBT管)BG4的发射极与电阻R20另一端相连接，电阻R21、R22、R23串接在脉冲变压器B2的二次绕组两端，二次绕组的一端与地线(2)相连，另一端与电阻R21相连，加速电容C9并接在电阻R21两端，电阻R22、R23的连接点与三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)相连接，上述电路为本实用新型的驱动电路，用来向半桥功率变换电路输出足够功率的脉冲驱动信号，同时改善半桥功率变换电路的性能。三极管(或IGBT管)BG4的发射极与三极管(或IGBT管)BG5的集电极串连后接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，三极管(或IGBT管)BG4的基极(或栅极)与电阻R19、R20的连接点相连，发射极与电阻R20另一端相连，三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)与电阻R22、R23的连接点相连，发射极与电阻R23的另一端相连，二极管D5、D6分别并接在三极管(或IGBT管)BG4、BG5集电极与发射极之间，电容C10、C11，电阻R24、R25分别串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，电容C10、C11，电阻R24、R25的串联连接点相连后又与变压器B3的一次绕组相连，三极管(或IGBT管)BG4、BG5的连接点经过电流互感器HL一次绕组，电容C13与变压器B3的一次绕组相连，上述电路为本实用新型的半桥功率变换电路，把驱动电路的脉冲信号进行放大，经过变压器B3进行电压变换。肖特基半桥整流电路ZL的脚1、脚3分别接在变压器B3二次绕组两端，电感L2，电容C17串接在半桥整流电路脚2与变压器B3的二次绕组中间抽头(3)之间，电感L2与电容C17的连接点经过恢复按钮接点AN/2向负载输出正电，电阻R28，电容C15串接在半桥整流电路ZL的脚1与脚2之间，电阻R29，电容C16串接在半桥整流电路的脚3与脚2之间，起半桥整流电路过电压保护的作用，上述电路为本实用新型的整流滤波电路，把半桥功率变换电路输出的高频脉冲电压变换成平滑的直流电压，该电压除了向负载供电外还向本机自供电。二极管D11，电阻R30串连后一端接在电感L2和电容C17的连接点上，另一端接在继电器接点JB1、JB2的连接点上，上述电路为本实用新型的自供电电路。电流互感器HL的二次绕组两端分别与整流二极管D8、D9的阳极相连，二次绕组的中间抽头与地线(2)或地线(1)相连，电位器W1和电容C12并联后连接在整流二极管D8、D9的连接点与地线(2)或地线(1)之间，电位器W1的中间端经稳压二极管WY6，二极管D7与脉宽调制器U1脚16相连，电阻R26并接在电流互感器HL的二次绕组两端，把电流信号转换为电压信号，上述电路为本实用新型的过电流限制电路，限制本实用新型的输出电流。取样电阻R31，电位器W2并接在地线(3)与地线(2)之间，稳压二极管WY7串接在电位器W2的中间端与三极管BG6的基极之间，三极管BG6的发射极与地线(3)相连，三极管BG6的集电极与电容C18，二极管D12，继电器线圈JB的连接点相连，其另一端连接点与整流二极管D2的阴极，电容C18的正极相连，上述电路为本实用新型的磁记忆过电流保护电路。当负载发生短路故障时过电流保护电路中的继电器接点JB1、JB2断开，并且磁保持，使脉宽调制器停止脉冲输出。电阻R2，恢复按钮接点AN/1，继电器线圈JA串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，稳压二极管WY2与继电器线圈JA相并联，恢复按钮接点AN/1与继电器线圈JA的连接点又经过二极管D17接在负载输出正电端，上述电路为本实用新型的过电流恢复电路。二极管D17用来监视负载短路故障是否消除，如果负载短路故障没有消除，按动恢复按钮接点AN/1接通，但是继电器线圈JA两端电压较低，继电器不能吸合，电路不能恢复工作。瞬变二极管WY1并接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，为本实用新型的瞬变二极管过电压保护电路。当电网过电压比较严重时，瞬变二极管反向击穿放电，限制了电源两端的过电压。具有正向输入端和反向输入端的比较器U2，脚8与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，做为比较器U2的正电源，脚4与地线(1)或地线(2)相连，做为比较器的负电源，电阻R34接在比较器U2的脚8和脚1之间，形成了上拉电路，二极管D13接在比较器U2的输出端脚1与脉宽调制器U1脚4之间，电位器W4两端分别与比较器U2脚8和脚4相连，其中间端与比较器U2的反向输入端脚2相连，做为比较器U2的给定电压，电阻R3，稳压二极管WY3、WY4，电阻R4串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，稳压二极管WY4和电阻R4的连接点与比较器U2的正向输入端脚3相连，做为比较器的反馈电压。上述电路为本实用新型的过电压截止保护电路。当电网过压时，过电压截止保护电路使脉冲控制电路停止脉冲输出。电阻R32，电位器W3串接在本实用新型正电输出端与地线(2)之间，电位器W3的中间端与三极管BG7基极相连，电阻R33串接在三极管发射极与地线(2)之间，三极管发射极又与与脉宽调制器U1脚1相连，三极管BG7的集电极与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，上述电路为本实用新型的稳压电路。本实用新型通过稳压电路的稳压作用达到稳定输出电压的目的。二极管D14、D15、D16的阳极与地线(1)相连，D14、D15的阴极分别与主令开关K的P端和H端相连，同时P端和H端又与前后灯相连，主令开关K的另两个端子F、G与地线(2)相连，喇叭按钮AN，喇叭LB串在输出正电端与地线(2)之间，其连接点与二极管D16的阴极相连，上述电路为本实用新型的负载控制电路。

由于本实用新型采用了上述方案，从而使其具有保护可靠，使用方便，电源变换效率高，无噪声，使用寿命长等优点，特别是负载短路和一般过电压故障保险丝不熔断，为煤矿安全生产提供了方便。

为便于理解本实用新型的结构原理及实施本实用新型的最佳方式，下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型外壳结构图

图2为本实用新型电气原理图

图1为本实用新型的外壳结构图。1．外壳，2．恢复按钮，3．主令开关，4．喇叭按钮，5．输出接线插头，6．输入接线插头。

图2为本实用新型的电气原理图。过电压抑制电路：熔断器RD，电感L1，限流电阻R1，整流二极管D1和电容C1，串接在电源电压和地线(2)之间，二极管D1的阳极与电阻R1相连，阴极与电源启动电路、半桥功率变换电路相连，二极管D1的阴极是过电压抑制电路的输出端，上述电路连接构成了本实用新型的过电压抑制电路。当电网电压瞬间升高电容C1两端电压不能突变，抑制本电源电压的上升率。整流二极管D1还起电源反接保护的作用，当电源反接二极管D1不导通，本实用新型不能工作，防止电源反接烧毁本实用新型的事故发生。

电源启动电路：电阻R5、R6，稳压二极管WY5串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)和地线(2)之间，三极管BG1的集电极接在电阻R5与R6的连接点上，三极管BG1的基极接在电阻R6与稳压二极管WY5的连接点上，二极管D2的阳极接在三极管BG1的发射极上，上述电路连接构成了本实用新型的电源启动电路。二极管D2的阴极是电源启动电路的输出端，当电源给电启动时向脉冲控制电路、驱动电路和磁记忆过电流保护电路供电。由于稳压二极管WY5的稳压作用，三极管BG1基极对地(2)的电压稳定某一个同定值，二极管D2阴极对地(2)的电压要比三极管BG1的基极对地(2)的电压降低1.4伏两个PN结的电压，这个电压也是固定不变的，保证电源启动电路输出稳定的电压。脉冲控制电路：脉宽调制器U1的脚2与脚15相连，脚13与脚14相连，脚7、脚9、脚10直接与地线(1)相连，电阻R9两端分别接在脚3和脚2上，电容C2接在脚3和地线(1)之间，电容C3和电阻R7串接在脉宽调制器U1的脚3与脚2两端，电容C2、C3，电阻R7、R9起抗干扰的作用，电阻R8和电阻R10串接在脉宽调制器U1的脚14与地线(1)之间，其连接点又与脉宽调制器U1的脚2、脚15相连接，把脉宽调制器U1脚14的5伏基准电压经过电阻R8、R10的分压得到一个2.5伏的稳定电压，该电压作为脉宽调制器电压反馈和电流反馈的给定电压，当本实用新型输出电压过高时，电压反馈电路中的电阻R33两端电压升高，脉宽调制器U1脚8与脚11的输出脉冲宽度变窄，反之输出脉冲宽度变宽，从而稳定本实用新型的输出电压，当本实用新型的输出电流过大时，电流反馈电路中的电位器W1两端电压升高，经脉宽调制器U1脚16的反馈电压与脚15的给定电压相比较，使脉宽调制器U1的脚8与脚11输出脉冲宽度变窄，反之使输出脉冲变宽，起到稳定输出电流的作用，电容C4接在脉宽调制器U1脚13、脚14和地线(1)之间，起抗干扰作用，电容C5并接在脉宽调制器U1脚13、脚14与脚4之间，电容C5起慢启动的作用，当本实用新型给电的瞬间电容C5两端电压为零，脉宽调制器U1脚4为5伏的高电位，使脚8和脚11的输出脉冲宽度为零，本实用新型输出电压为零，随着电容C5两端电压的不断升高脉宽调制器U1脚4的电位不断下降，其输出脉冲宽度不断变宽，输出电压不断升高，最后达到稳定电压，电阻R11、R12串接在脉宽调制器U1脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脉宽调制器脚4相连，电阻R11、R12把脉宽调制器U1脚14的5伏基准电压分压后做为脚4的死区电压，避免功率管BG4、BG5共态导通的现象发生，电容C6接在脉宽调制器U1的脚5与地线(1)之间，电阻R13接在脉宽调制器U1的脚6与地线(1)之间，电容C6与电阻R13用来设置脉宽调制器的脉冲频率，电阻15接在脉宽调制器U1脚16与地线(1)之间，使电流反馈信号在电阻R15两端形成反馈电压，脉宽调制器U1脚12经过继电器常闭接点JB1、JB2串接在电源启动电路输出端(二极管D2阴极)，为脉宽调制器U1提供一个12伏正电，脉宽调制器U1的脚8与脚11是脉宽调制器的输出端，上述电路连接构成了本实用新型的脉冲控制电路。用来向驱动电路输出脉冲宽度可调的脉冲信号。

驱动电路：电阻R16、R17分别并接在三极管BG2、BG3的基极与发射极之间，三极管BG2、BG3的基极又分别与脉宽调制器U1的脚8、脚11相连，脚8、脚11的输出脉冲控制三极管BG2、BG3的导通状态，三极管BG2、BG3的集电极、二极管D3、D4的阳极共同与地线(1)相连，二极管D3、D4的阴极分别接在脉冲变压器B1、B2一次绕组的一端，脉冲变压器B1、B2一次绕组的另一端分别接在三极管BG2、BG3的发射极上，脉冲变压器B1、B2两个一次绕组的中间抽头相连接，电容C7接在脉冲变压器B1、B2中间抽头的连接点与地线(1)之间，电阻R14一端接在脉冲变压器B1、B2中间抽头连接点上，另一端接在继电器接点JB1、JB2的连接点上，电源启动电路经过继电器接点JB1，电阻R14向驱动电路供电，脉冲变压器B1、B2储存的磁场能量通过反电势的形式储存在电容C7中，脉冲变压器B1、B2的二次绕组用来向半桥功率变换电路输出脉冲信号，电阻R18、R19、R20串接在脉冲变压器B1的二次绕组两端，加速电容C8并接在电阻R18两端，脉冲变压器B1二次绕组的一端接在电容C8，电阻R18的并联连接点上，另一端接在电阻R20、半桥功率变换电路中的三极管(或IGBT管)BG4(发射极)、快恢复二极管D5(阳极)的连接点上，电阻R19、R20的连接点接在半桥功率变换电路中的三极管(或IGBT管)BG4基极(或栅极)上，电阻R21、R22、R23串接在脉冲变器B2的二次绕组两端，加速电容C9并接在电阻R21两端，变压器B2的二次绕组一端与地线(2)相连，另一端与加速电容C9，电阻R21并联的连接点相连，电阻R22、R23的连接点与三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)相连，加速电容C8、C9起加快三极管(或IGBT管)BG4、BG5导通与关断的作用，上述电路的连接构成了本实用新型的驱动电路，用来向半桥功率变换电路输出足够功率的脉冲驱动信号，同时改善半桥功率变换电路的工作性能。

半桥功率变换电路：三极管(或IGBT管)BG4的发射极和三极管(或IGBT管)BG5的集电极串联后接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，快恢复二极管D5、D6的阳极分别与三极管(或IGBT管)BG4、BG5的发射极相连，D5、D6的阴极分别与三极管(或IGBT管)BG4、BG5的集电极相连，电容C10的负极与电容C11的正极相连，电容C10的正极与电容C11的负极分别接在电源电压正电端(二极管D1阴极)和地线(2)上，电阻R24、R25也串接在电源电压正电端与地线(2)之间，电容C10、C11的连接点与电阻R24、R25的连接点相连，变压器B3的一次绕组、电容C13、电流互感器HL的一次绕组串接在该连接点与三极管(或IGBT管)BG4、BG5的连接点之间，电阻R27，电容C14串接在变压器B3一次绕组两端，形成了阻容吸收过电压保护电路，抑制变压器B3一次绕组的反电势，上述电路的连接构成本实用新型的半桥功率变换电路，把驱动电路的脉冲信号进行放大，经过变压器B3进行电压变换。

整流滤波电路：肖特基半桥整流电路ZL的脚1、脚3分别接在变压器B3的二次绕组两端，二次绕组的中间抽头接在输出地线(3)上，滤波电感L2，电容C17串接在半桥整流电路ZL的脚2与地线(3)之间，其串连连接点为本实用的正电输出端，电容C17的负极接在地线(3)上，为了防止输出反电势对肖特基半桥整流电路的影响，设有RC阻容吸收过电压保护电路，用来保护肖特基半桥整流电路的两个桥臂，阻容吸收电路中的电阻R28和电容C15串接在肖特基半桥整流电路的脚1与脚2之间，电阻R29和电容C16串接在肖特基半桥整流电路的脚3与脚2之间，上述电路的连接构成了本实用新型的整流滤波电路。把功率变换电路输出的高频脉冲电压变换成平滑的直流电压，该电压除了供给负载外还向本机自供电。由于肖特基整流电路电压降较低，因此提高了整流电路的效率。

自供电电路：二极管D11的阴极和电阻R30串联连接，二极管D11的阳极接整流滤波电路的正电输出端(电容C17的正极)，电阻R30的另一端与继电器接点JB1、JB2的连接点相连，上述电路的连接构成了本实用新型的自供电电路。当整流滤波电路输出电压达到额定值后，经过二极管D11，电阻R30在继电器接点JB1、JB2的连接点上建立的电压大于二极管D2的阳极电压，二极管D2反向截止，脉冲控制电路、驱动电路由自供电电路供电，电源启动电路不向外输出电压，减少电阻R5的电能损耗，提高了电源变换效率。

过电流限制电路：电阻R26并联在电流互感器HL的二次绕组两端，把电流信号转换成电压信号，整流二极管D8、D9的阳极分别接在电流互感器HL的二次绕组两端，阴极相连构成了全波整流电路，电流互感器HL的二次绕组中间端与地线(2)或地线(1)相连，电容C12的正极并接在二极管D8、D9的阴极连接点上，负极与地线(2)或地线(1)相连，电位器W1并接在电容C12两端，电位器W1的中间端与稳压二极管WY6的阴极相连，稳压二极管WY6的阳极与二极管D7的阳极相连，二极管D7的阴极与脉宽调制器U1脚16相连，上述电路的连接构成了过电流限制电路。当负载电流增大时电位器W1两端电压升高，稳压二极管WY6反向击穿，脉宽调制器U1脚16电压升高，脚8、脚11输出脉冲宽度变窄，输出电流降低，起到限制输出电流的作用。

磁记忆过电流保护电路：取样电阻R31和电位器W2并联后串接在输出端地线(3)与地线(2)之间，电位器W2中间端与稳压二极管WY7的阴极相连，稳压二极管的阳极与三极管BG6的基极相连，三极管BG6的发射极与地线(3)相连，其集电极与电容C18，(负极)、二极管D12(阳极)、磁保持继电器线圈JB的连接点相连，电容C18(正极)、二极管D12(阴极)、磁保持继电器线圈JB的另一端的连接点与电源启动电路中的二极管D2的阴极相连，上述电路的连接构成了本实用新型的磁记忆过电流保护电路。当负载发生短路故障时，取样电阻R31流过较大电流，两端电压升高，稳压二极管WY7反向击穿，三极管BG6饱和导通，磁保持继电器线圈JB有电吸和，所带接点JB1、JB2断开，脉宽调制器U1因无电停止脉冲输出，由于磁保持继电器用磁来保持继电器状态，所以停电后继电器接点JB1、JB2继续保持断开的状态，要想从新启动必须按恢复按钮(接点AN/1接通)解除继电器的自保。

过电流恢复电路：继电器线圈JA，恢复按钮接点AN/1，电阻R2串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，为了限制继电器线圈JA两端的电压，在其两端并联稳压二极管WY2，稳压二极管WY2的阳极与地线(2)相连，恢复按钮有两个接点，一个是AN/1常开接点，另一个是AN/2常闭接点，当按恢复按钮AN/1接通时接点AN/2断开；磁保持继电器有两个线圈，一个是JA线圈，另一个是JB线圈，这两个线圈均控制其接点JB1、JB2的动作，当JB线圈有电吸合其接点JB1、JB2断开，当JA线圈有电吸合其接点JB1、JB2接通，为了在按动恢复按钮时监视负载的故障是否消除，恢复按钮接点AN/1与继电器线圈JA的连接点又与二极管D17的阳极相连接，二极管D17的阴极与负载输出端正电相连，上述电路的连接构成了本实用新型的过电流恢复电路。当按恢复按钮AN/1接点接通时，接点AN/2断开，这时经过二极管D17接通的只有负载回路，当负载短路故障消除，其两端阻抗较大，继电器线圈JA两端电压满足吸合的条件，继电器有电吸合，其接点JB1、JB2接通，脉宽调制器U1发出脉冲信号，解除闭锁状态，当负载短路故障没有消除，其两端阻抗较小，继电器JA两端电压较低，继电器不能吸合，其接点JB1、JB2不能接通，闭锁不能解除，电路不能恢复工作。

瞬变二极管过电压保护电路：瞬变二极管WY1的阴极接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)，其阳极与地线(2)相连，上述电路的连接构成了本实用新型的瞬变二极管过电压保护电路。当电网过电压比较严重时瞬变二极管放电，熔断器RD中的保险丝熔断，本实用新型停止工作。

过电压截止保护电路：具有正向输入端和反向输入端的比较器U2，脚2为比较器的反向输入端，脚3为比较器的正向输入端，脚1为比较器的输出端，脚8和脚4分别为比较器电源电压正电端和电源电压负电端，脚8接在脉宽调制器U1的脚13、脚14上，做为比较器U2的正电源，脚4接在地线(2)或地线(1)上，做为比较器U2的负电源，电阻R34接在比较器U2的脚8和脚1之间，形成了上拉电路，二极管D13的阳极与比较器U2的脚1相连，二极管D13的阴极与脉宽调制器U1的脚4相连，电位器W4两端接在比较器U2的脚8与脚4之间，电位器W4中间端与比较器U2的反向输入端脚2相连，形成了给定电路，电阻R3，稳压二极管WY3、WY4，电阻R4串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)和地线(2)之间，稳压二极管WY3的阴极与电阻R3相连，其阳极与稳压二极管WY4的阴极相连，稳压二极管WY4的阳极与电阻R4相连，电阻R4的另一端与地线(2)相连，稳压二极管WY4与电阻R4的连接点接在比较器U2的正向输入端脚3上，形成了反馈电路，上述电路的连接构成了本实用新型的过电压截止保护电路。当电网电压过高时，正向输入端输入的反馈信号大于反向输入端的给定信号，比较器U2的输出端脚1为高电位，经二极管D13向脉宽调制器U1的脚4输入一个近5伏的高电位，使脉宽调制器U1截止，停止脉冲输出，半桥功率变换电路停止功率变换，达到了过电压截止保护的目的。

稳压电路：电阻R32，电位器W3串接在本实用新型正电输出端与地线(2)之间，电位器W3的中间端与三极管BG7基极相连，电阻R33串接在三极管BG7发射极与地线(2)之间，三极管BG7的发射极又与脉宽调制器U1的脚1相连，其集电极与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，U1的脚13、脚14向三极管BG7提供比较稳定的5伏基准电压，上述电路的连接构成了本实用新型的稳压电路。当本实用新型的输出电压过高，电位器W3对地(2)电压升高，经三极管BG7的放大作用电阻R33两端电压增大，该电压在脉宽调制器U1的脚1与脚2的给定电压相比较，使脉宽调制器U1脚8、脚11输出脉冲宽度变窄，本实用新型输出电压降低，达到稳定输出电压的目的。

负载控制电路：二极管D14、D15、D16的阳极与地线(1)相连，D14、D15的阴极分别与主令开关K的P端和H端相连，P端和H端又分别与前后照明灯相连，主令开关K的另两端F端和G端与地线(2)相连，二极管D16的阴极接在喇叭按钮AN与喇叭LB的连接点上，喇叭按钮AN另一端与地线(2)相连，上述电路的连接构成了本实用新型的负载控制电路。主令开关K向左转动时端子P和F接通，地线(1)经过二极管D15、主令开关K的端子(P端、F端)与地线(2)接通，脉宽调制器U1有电工作，照明灯BD1有电发光，主令开关K向右转动时端子H和G接通，照明灯BD2有电发光，当按下喇叭按钮AN后地线(1)经过二极管D16、喇叭按钮AN与地线(2)接通，脉宽调制器U1有电工作，喇叭LB通过按钮AN有电发声。

本实用新型采用地线(1)、地线(2)、地线(3)三个地线系统，地线(1)为脉冲控制电路的公共地线，地线(2)为电源输入、负载输出及半桥功率变换电路的公共地线，地线(3)为变压器B3二次绕组的公共地线，采用上述三个地线系统的优点是：当本实用新型不需要向负载供电时，把主令开关K放在中间停的位置，二极管D14、D15、D16的阴极均不与地线(2)相连，脉冲控制电路没有电压不能输出脉冲信号，本实用新型不工作，减少电能的损耗，并且延长本实用新型的使用寿命，其另一个优点是每当主令开关K转换时，脉冲控制电路中的地线(1)都从新经过二极管D14、或D15与地线(2)接通一次，脉冲控制电路中的电容C5要从新充电，达到慢启动的目的，减少灯泡冷态启动冲击电流的影响。

本实用新型的工作过程如下：

首先把电机车受电器L与架线接触，本实用新型有电工作。经启动电路在二极管D2的阴极建立稳定的电压，使脉冲控制电路，驱动电路，半桥功率变换电路，整流滤波电路有电工作，把电网输入的电压变换成负载需要的稳定电压，当负载发生短路故障时，磁记忆过电流保护电路动作，继电器JB有电吸合，其接点JB1、JB2断开，脉冲控制电路，驱动电路无电不能工作，停止脉冲输出，本实用新型不向负载供电，同时继电器磁保持这个状态不变。

当需要恢复工作时，首先把主令开关K放在停的位置，按动恢复按钮AN/1接点接通，接点AN/2断开，经过二极管D17监视负载短路故障是否消除，如果短路故障没有消除，继电器线圈JA两端电压较低，继电器JA不能吸合，不能恢复工作状态。

当电网过电压时，比较器U2脚3的反馈电压大于脚2的给定电压，比较器输出端脚1为高电位，二极管D13导通，脉宽调制器U1脚4为高电位，停止脉冲输出，本实用新型不能进行电压变换。当电网过电压消除后比较器U2脚3的反馈电压小于脚2的给定电压，脚1输出为低电位，二极管D13截止，脉宽调制器U1正常工作，本实用新型进行电压变换。

把主令开关K转到P端与F端接通的位置前灯亮，转到H端与G端接通的位置后灯亮。按动喇叭按钮AN喇叭发声。每当按动按钮AN或转动开关K脉冲控制电路的公共地线(1)都与地线(2)从新接通一次，使脉冲控制电路中的电容C5从新充电进行慢启动控制，减少启动电流对灯丝的冲击，延长灯泡的使用寿命。

Claims (4)

1．一种电机车直流变换器，熔断器RD，电感L1，限流电阻R1，整流二极管D1，电容C1，串接在电源电压和地线(2)之间，其中二极管D1的阴极与电容C1的正极相连，电容C1的负极与地线(2)相连，上述电路的连接为本实用新型的过电压抑制电路；电阻R5、R6，稳压二极管WY5串接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)与地线(2)之间，三极管BG1的集电极接在电阻R5与R6的连接点上，三极管BG1的基极接在电阻R6与稳压二极管WY5阴极的连接点上，二极管D2的阳极接在三极管BG1的发射极上，上述电路的连接为本实用新型的电源启动电路；脉宽调制器U1的脚2与脚15相连，脚13与脚14相连，脚7、脚9、脚10直接与地线(1)相连，电阻R9两端分别接在脚3和脚2、脚15上，电容C2接在脚3和地线(1)之间，电容C3和电阻R7串接在脉宽调制器U1的脚3与脚2、脚15两端，电阻R8、R10串接在脉宽调制器U1的脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点又与脉宽调制器U1的脚2、脚15相连，电容C4接在脉宽调制器U1脚13、脚14和地线(1)之间，电容C5并接在脉宽调制器U1脚13、脚14与脚4之间，电阻R11、R12串接在脉宽调制器U1脚13、脚14与地线(1)之间，其连接点与脉宽调制器U1脚4相连，电容C6接在脉宽调制器U1的脚5与地线(1)之间，电阻R13接在脉宽调制器U1的脚6与地线(1)之间，脉宽调制器U1脚12经过继电器接点JB1、JB2串接在电源启动电路输出端(二极管D2阴极)，脉宽调制器U1的脚8与脚11是脉宽调制器的输出端，上述电路的连接为本实用新型的脉冲控制电路；电阻R16、R17分别并接在三极管BG2、BG3的基极与发射极之间，三极管BG2、BG3的基极分别与脉宽调制器U1的脚8、脚11相连，三极管BG2、BG3的集电极、二极管D3、D4的阳极共同与地线(1)相连，二极管D3、D4的阴极分别接在脉冲变压器B1、B2一次绕组的一端，脉冲变压器B1、B2一次绕组的另一端分别接在三极管BG2、BG3的发射极上，两个脉冲变压器B1、B2的一次绕组中间抽头相连，电容C7正极接在脉冲变压器B1、B2中间抽头的连接点上，电容C7的负极与地线(1)相连，电阻R14接在脉冲变压器B1、B2中间抽头的连接点与继电器接点JB1、JB的连接点之间，电阻R18、R19、R20串接在脉冲变压器B1的二次绕组两端，加速电容C8并接在电阻R18两端，电阻R19、R20的连接点接在功率变换电路中的三极管(或IGBT管)BG4基极(或栅极)上，电阻R21、R22、R23串接在脉冲变压器B2的二次绕组两端，加速电容C9并接在电阻R21两端，变压器B2的二次绕组一端与地线(2)相连，电阻R22、R23的连接点与三极管(或IGBT管)BG5的基极(或栅极)相连，上述电路的连接为本实用新型的驱动电路；三极管(或IGBT管)BG4的发射极和三极管(或IGBT管)BG5的集电极串联后接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，快恢复二极管D5、D6的阴极分别与BG4、BG5的集电极相连，电容C10的负极与电容C11的正极相连，电容C10的正极与电容C11的负极分别接在电源电压正电端(二极管D1阴极)和地线(2)上，电阻R24、R25也串接在电源电压正电端与地线(2)之间，电容C10、C11的连接点与电阻R24、R25的连接点相连接，变压器B3的一次绕组、电容C13、电流互感器HL的一次绕组串接在该连接点与BG4、BG5的连接点之间，电阻R27，电容C14串接在变压器B3一次绕组两端，上述电路的连接为本实用新型的半桥功率变换电路；集成肖特基半桥整流电路ZL的脚1、脚3分别接在变压器B3的二次绕组两端，二次绕组的中间抽头接在输出地线(3)上，滤波电感L2，电容C17串接在半桥整流电路ZL的脚2与地线(3)之间，其串联连接点为本实用新型的正电输出端，电容C17的负极接在地线(3)上，阻容吸收电路中的电阻R28，电容C15串接在半桥整流电路的脚1与脚2之间，电阻R29，电容C16串接在半桥整流电路的脚3与脚2之间，上述电路的连接为本实用新型的整流滤波电路；二极管D11的阴极和电阻R30串联连接，二极管D11的阳极接整流滤波电路的输出端(电容C17的正极)，电阻R30的另一端与继电器接点JB1、JB2的连接点相连，上述电路的连接为本实用新型的自供电电路；电阻R26并联在电流互感器HL的二次绕组两端，整流二极管D8、D9的阳极分别接在电流互感器HL二次绕组两端，D8、D9的阴极相连构成了全波整流电路，电流互感器HL的二次绕组中间端与地线(2)或地线(1)相连，电容C12的正极接在二极管D8、D9的阴极连接点上，负极与地线(2)或地线(1)相连，电位器W1并接在电容C12两端，电位器W1的中间端与稳压二极管WY6的阴极相连，稳压二极管WY6的阳极与二极管D7的阳极相连，二极管D7的阴极与脉宽调制器U1脚16相连，上述电路的连接为本实用新型的过电流限制电路；取样电阻R31和电位器W2并联后串接在输出端地线(3)与地线(2)之间，电位器W2中间端与稳压二极管WY7的阴极相连，稳压二极管WY7的阳极与三极管BG6的基极相连，三极管BG6的发射极与地线(3)相连，三极管BG6的集电极与电容C18(负极)、二极管D12(阳极)、磁保持继电器线圈JB的连接点相连，电容C18(正极)、二极管D12(阴极)、磁保持继电器线圈JB的另一端的连接点与电源启动电路中的二极管D2的阴极相连，上述电路的连接为本实用新型的磁记忆过电流保护电路；继电器线圈JA，恢复按钮接点AN/1，电阻R2串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)与地线(2)之间，继电器线圈JA的两端并联稳压二极管WY2，稳压二极管WY2的阳极与地线(2)相连，恢复按钮接点AN/1与继电器线圈JA的连接点与二极管D17的阳极相连接，二极管D17的阴极与负载输出正电端相连，上述路的连接为本实用新型的过电流恢复电路；瞬变二极管WY1的阴极接在电源电压正电端(二极管D1的阴极)，其阳极与地线(2)相连，上述电路的连接为本实用新型的瞬变二极管过电压保护电路；具有正向输入端和反向输入端的比较器U2，脚8接在脉宽调制器U1的脚13、脚14上，做为比较器U2的正电源，脚4接在地线(2)或地线(1)上，做为比较器U2的负电源，电阻R34接在比较器U2的脚8和脚1之间形成上拉电路，二极管D13的阳极与比较器U2的脚1相连，二极管D13的阴极与脉宽调制器U1的脚4相连，电位器W4两端接在比较器U2的脚8与脚4之间，电位器W4中间端与比较器U2的反向输入端脚2相连，形成了给定电路，电阻R3，稳压二极管WY3、WY4，电阻R4串接在电源电压正电端(二极管D1阴极)和地线(2)之间，稳压二极管WY3的阴极与电阻R3相连，其阳极与稳压二极管WY4的阴极相连，稳压二极管WY4的阳极与电阻R4相连，电阻R4的另一端与地线(2)相连，稳压二极管WY4与电阻R4的连接点又与比较器U2的正向输入端脚3相连，形成了反馈电路，上述电路的连接为本实用新型的过电压截止保护电路；电阻R32，电位器W3串接在本实用新型正电输出端与地线(2)之间，电位器W3的中间端与三极管BG7的基极相连，电阻R33串接在三极管BG7发射极与地线(2)之间，三极管BG7的发射极又与脉宽调制器U1的脚1相连，其集电极与脉宽调制器U1的脚13、脚14相连，上述电路的连接为本实用新型的稳压电路；二极管D14、D15、D16的阳极与地线(1)相连，D14、D15的阴极分别与主令开关K的P端和H端相连，P端和H端又分别与前后照明灯相连，主令开关K的另两端F端和G端与地线(2)相连，二极管D16的阴极接在喇叭与喇叭按钮的连接点上，上述电路的连接为本实用新型的负载控制电路。

2．按权利要求1所述的电机车直流变换器，其特征在于：采用地线(1)、地线(2)、地线(3)三个地线系统，地线(1)必须经过二极管D14、D15、D16，喇叭按钮AN，主令开关K的接点与地线(2)接通。

3．按权利要求1所述的电机车直流变换器，其特征在于：磁记忆过电流保护电路中用磁保持继电器来保持故障的状态，磁保持继电器有两个继电器线圈，这两个继电器线圈均控制继电器接点的动作，当一个线圈JB有电其接点JB1、JB2断开，另一个线圈JA有电其接点JB1、JB2接通。

4．按权利要求1所述的电机车直流变换器，其特征在于：恢复按钮有两个接点AN/1与AN/2，接点AN/1接通时接点AN/2断开。

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