專利名稱：內(nèi)燃機車過流保護與自動控制系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對我國鐵路運輸部門的東風內(nèi)燃機車六臺大功率直流牽引電機分別作短路、過流故障時自動關(guān)斷故障電機電源并自動接通牽引發(fā)電機勵磁電路而使其它牽引電機繼續(xù)工作，保證機車不間斷運行，同時在前后司機室顯示出故障電機工位號和聲光報警的保護與自動控制系統(tǒng)裝置。
我國鐵道部已投入運營的東風內(nèi)燃機車對牽引電機的短路過流保護是設(shè)計在牽引發(fā)電機三相交流電的輸出線上，用(1LH)、(2LH)二只電流比為5000／5的電流互感器在發(fā)電機三相交流輸出線上用V接法作為電流信號檢測元件，用繼電器(LJ)作過流執(zhí)行元件，而(LJ)的鎮(zhèn)定動作電流是6.5A，繼電器(LJ)的一付常閉觸頭串接在控制牽引發(fā)電機勵磁電路的直流接觸器(LC)線卷電路里(參照附圖二東風4型內(nèi)燃機車有關(guān)部份電路圖和本發(fā)明附圖一)。
因過流繼電器(LJ)的動作電流值是6.5A，而(LH)電流互感器變流比是5000／5，要滿足(LJ)6.5A的動作條件，那么(LH)的一次則(主電路)電流就必須≥6500A，也就是說六臺牽引電機主電路的過流必須≥6500A時(LJ)才能動作；(LJ)一過流動作，其常閉觸頭(LJ1)就斷開直流接觸器(LC)線卷電源，至使牽引發(fā)電機勵磁電路斷開，發(fā)電機不發(fā)電，六臺牽引電機全部不工作，柴油機卸載，達到牽引電機過流保護目的。(參閱中國鐵道出版社1986年北京出版的“東風4型內(nèi)燃機車結(jié)構(gòu)和原理”下冊，第194頁的過流保護電路章節(jié))
國產(chǎn)東風4型內(nèi)燃機車每臺牽引電機功率是410KW，額定電流是800A，六臺牽引電機額定總電流是4800A；而鐵路系統(tǒng)投入運營的大量內(nèi)燃機車在日常實際工作中，其總電流常常只使用在3000A左右，根據(jù)機車實際使用情況可以計算出6500A(LJ動作鎮(zhèn)定電流)減去3000A(實際使用總電流)得到3500A(故障動作電流)，就是說機車在正常運行工況下須出現(xiàn)一個≥3500A的故障電流時，過流繼電器(LJ)才會動作保護。我們知道機車在運行中，一般不會二臺或二臺以上牽引電機同時發(fā)生短路、環(huán)火等過流故障，絕大多數(shù)是某一臺牽引電機發(fā)生過流事故，而單臺牽引電機要滿足≥3500A至使(LJ)過流動作條件，那么該臺牽引電機就必須出現(xiàn)一個≥3500A的故障電流，3500A故障電流加上本機使用電流500A，單機總電流達4000A，即這時單臺電機必須承受≥4000A的大電流狀況下過流繼電器(LJ)才能動作保護，這個≥4000A大電流是單臺電機額定電流800A的五倍，這對處于工作環(huán)境條件很惡劣狀況下的牽引電機來說，很可能(LJ)還來不及動作就足以使牽引電機絕緣破壞或燒毀，這是原過流保護電路對單臺牽引電機保護性能極差的原因，是缺陷之一。
原保護電路缺陷之二是(LJ)一過流動作，其常閉觸頭成常開，切斷了牽引發(fā)電機勵磁直流接觸器(LC)工作線卷電源，使整個勵磁電路跳開，發(fā)電機不發(fā)電，六臺牽引電機均不工作，若處理不妥當，機車可能停車，出現(xiàn)停運事故。
原保護電路缺陷之三是(LJ)一過流動作，六臺牽引電機全部停止工作，這時司機要從司機室跑到電器柜上人工手動(1GK)至(6GK)開關(guān)排除過流故障電機，而(GK)手動開關(guān)處于高電位，對司機的人身是不夠安全的；況且在司機室更沒有明顯的故障電機工位號顯示和聲光報警，使司機人工摔掉故障電機失去準確性。
本發(fā)明的目的是要克服原過流保護電路的上述三點缺陷，提供一套能與原過流保護電路相對接的，對六臺牽引電機可單獨實施靈敏過流保護與自動控制切換牽引發(fā)電機勵磁電路，保證機車不間斷運行的全自動控制系統(tǒng)裝置。
本發(fā)明優(yōu)點有(1)使用六個單元的可調(diào)式直流電機靈敏保護器對六臺牽引電機單獨作短路過流保護，每臺電機過流動作值從400A～1050A獨立可調(diào)。(2)在快速準確切斷過流故障電機主電源的同時，又自動接通牽引發(fā)電機的勵磁電源使發(fā)電機繼續(xù)發(fā)電，保證其它牽引電機不間斷運行，不要人工去手動(1GK)～(6GK)排故開關(guān)，保證了司機人身安全。(3)在前后司機室的顯警屏上有數(shù)碼管顯示出故障電機的工位號并聲光報警。(4)有復位按扭可對故障電機進行復位工作；有自檢按扭可對單元保護器性能進行檢查。
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明系統(tǒng)裝置詳細敘述附

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)裝置與東風4機車原過流保護的有關(guān)電路對接后的工作原理圖，附圖2是東風4型內(nèi)燃機車有關(guān)部份電路圖。
參照附圖1、附圖2一、(1)東風4型機車原過流保護控制的有關(guān)電路標出器件有(1D)、(2D)、(3D)、(4D)、(5D)、(6D)是六臺410KW直流牽引電機；(11FL)、(12FL)、(13FL)、(14FL)、(15FL)、(16FL)是六臺牽引電機主電路電流表分流器；(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)是控制六臺牽引電機主電路直流接觸器的工作線卷，而(1C1)、(2C1)、(3C1)、(4C1)、(5C1)、(6C1)是其常開主觸頭，(1CA)、(2CA)、(3CA)、(4CA)、(5CA)、(6CA)是輔助常開觸頭；(1GK)、(2GK)、(3GK)、(4GK)、(5GK)、(6GK)是手動排故開關(guān)；(LJ1)是過流保護繼電器的常閉觸頭；(LC)是控制牽引發(fā)電機勵磁電源直流接觸器工作線卷；(2)本發(fā)明系統(tǒng)裝置電路標出的器件有(WMH1)、(WMH2)、(WMH3)、(WMH4)、(WMH5)、(WMH6)是六臺牽引電機靈敏過流保護器蕊塊；(RJ1)、(RJ2)、(RJ3)、(RJ4)、(RJ5)、(RJ6)是過流保護靈敏繼電器工作線卷；而(RJ1A)、(RJ2A)、(RJ3A)、(RJ4A)、(RJ5A)、(RJ6A)；(RJ1B)、(RJ2B)、(RJ3B)、(RJ4B)、(RJ5B)、(RJ6B)；(RJ1C)、(RJ2C)、(RJ3C)、(RJ4C)、(RJ5C)、(RJ6C)；(RJ1D)、(RJ2D)、(RJ3D)、(RJ4D)、(RJ5D)、(RJ6D)是其常開觸頭；(AC1)、(AC2)、(AC3)、(AC4)、(AC5)、(AC6)是六單元自動控制執(zhí)行繼電器工作線卷，而(AC1A)、(AC2A)、(AC3A)、(AC4A)、(AC5A)、(AC6A)是其常開觸頭，(AC1B)、(AC2B)、(AC3B)、(AC4B)、(AC5B)、(AC6B)是其常閉觸頭；(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)、(BG5)、(BG6)是保護器硅三極管；(WR1)、(WR2)、(WR3)、(WR4)、(WR5)、(WR6)是過流鎮(zhèn)定調(diào)整電位器；(WR7)是自檢調(diào)整電位器；(QA1)、(QA2)、(QA3)、(QA4)、(QA5)、(QA6)是保護器性能自檢按扭；(TA1)、(TA2)、(TA3)、(TA4)、(TA5)、(TA6)是保護器復位按扭；(R1)、(R2)、(R3)、(R4)、(R5)、(R6)是降壓電阻；(Z1)、(Z2)、(Z3)、(Z4)、(Z5)、(Z6)、(Z7)、(Z8)、(Z9)、(Z10)、(Z11)、(Z12)是保護二極管；(R7)音響塊降壓電阻；(K8)是裝置投入與退出運行開關(guān)；(K7)是音響報警停止開關(guān)；(MR1)、(MR2)、(MR3)、(MR4)、(MR5)、(MR6)是六工位顯示數(shù)碼管；(1DX)、(2DX)、(3DX)、(4DX)、(5DX)、(6DX)是六單元紅燈警示；(G)是報警喇叭；(IC)是音響集成塊。
二、電路工作原理(1)合上裝置投入工作開關(guān)(K8)，六單元保護器接入24V工作電壓，同時(K8)又把常閉觸頭(LJ1)短接。(2)從編號“283”、“2008”接線輸入控制電壓110V使工作線卷(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)得電吸合，使主觸頭(1C1)、(2C1)、(3C1)、(4C1)、(5C1)、(6C1)閉合接通六臺牽引電機主電路，又使其輔助觸頭(1CA)、(2CA)、(3CA)、(4CA)、(5CA)、(6CA)閉合，接通勵磁直流接觸器工作線卷(LC)電源使牽引發(fā)電機勵磁電路導通，牽引發(fā)電機得到勵磁電壓后發(fā)出三相交流電經(jīng)全波整流成直流電輸送給六臺牽引電機工作使機車進入運行工況。(3)由元件(11FL)、(WR1)、(QA1)、(WMH1)、(R1)、(RJ1A)、(BG1)、(RJ1)、(TA1)、(Z1)、(Z7)組成(1D)牽引電機(即第一單元)可調(diào)式靈敏過流保護器電路；數(shù)碼管(MR1)是(1D)的工位號，(1DX)是(1D)報警紅燈，(IC)與(G)是共用警笛聲報警器，繼電器(AC1)是(1D)過流保護勵磁自動控制切換執(zhí)行器件，其余(2D)、(3D)、(4D)、(5D)、(6D)的五個單元靈敏過流保護器電路元件和線路組成均與(1D)第一單元相同，五個單元工位號顯示、紅燈音響報警、過流保護勵磁自動控制切換執(zhí)行的器件和線路構(gòu)成也與(1D)第一單元相同；由六個單元的靈敏過流保護器和勵磁自動控制切換電路及工位顯示、聲光報警電路組合聯(lián)接成本系統(tǒng)裝置。(4)單臺牽引電機過流保護和勵磁自動控制切換的工作原理現(xiàn)以(3D)第三單元為例首先調(diào)整好(WR3)電位器，使(3D)過流動作值≥900A為佳(因額定電流是800A)；設(shè)機車在運行中若(3D)短路或過流時其值≥900A，在分流器(13FL)里產(chǎn)生一個約70MV電壓輸送給(WMH3)蕊塊，這時(WMH3)的工作性能是當(3D)電流＜900A時，使三極管(BG3)基極為“O”電位，(BG3)處于載止狀態(tài)，串接在集電極回路里的繼電器(RJ3)線卷無電流不工作，這時(3D)是在正常運行工況；若(3D)電流≥900A時，(WMH3)使(BG3)基極跳變到高電位使其飽和導通，這時(RJ3)有電流通過吸合動作；由于繼電器(RJ3)吸合工作，使其常開觸頭(RJ3A)、(RJ3B)、(RJ3C)、(RJ3D)變成常閉，這時促使系統(tǒng)控制電路發(fā)生如下變化當(RJ3A)閉合時，(BG3)三極管基極從(R3)降壓電阻獲取正電位自鎖飽和導通使(RJ3)繼電器線卷吸合不放；當(RJ3B)閉合時執(zhí)行繼電器線卷(AC3)得110V電壓吸合工作，又由于(AC3)吸合工作，使其本身常開觸頭(AC3A)成常閉，常閉觸頭(AC3B)成常開，又因(AC3B)跳開，使直流接觸器工作線卷(3C)失壓而釋放，并使主觸頭(3C1)跳開，自動關(guān)斷(3D)牽引電機電源，達到保護(3D)目的；如上所述，這時(AC3A)已閉合，而(3C)線卷失壓釋放后又使串接在勵磁控制回路里輔助觸頭(3CA)跳開，因(AC3A)與(3CA)觸頭是并聯(lián)，這時(AC3A)的自動閉合短接了(3CA)的斷開，自動切換了牽引發(fā)電機勵磁控制電路的電源通路，此時不必司機再去手動(3GK)開關(guān)短接(3CA)的跳開了，完成了(3D)過流時自動切斷本機電源的同時又自動接通牽引發(fā)電機勵磁電源工作過程，保證了另外五臺牽引電機繼續(xù)正常運行；如上所述，由于(RJ3C)的閉合，使(MR3)數(shù)碼管得6V電壓“3”字亮，并聯(lián)的(3DX)紅燈亮，實現(xiàn)了故障電機工位號顯示和紅燈報警；如上所述，由于(RJ3D)閉合，使音響塊(IC)和喇叭得電發(fā)出音響報警。(5)當按下(TA3)復位按扭時，三極管(BG3)和繼電器(RJ3)失壓復位，(3D)電機復位工作，放開(TA3)按扭時，若(3D)電機存在嚴重過流故障則又重復上述過流保護工作過程而使(3D)斷電停機；若(3D)電機屬瞬時短路過流故障，放開(TA3)后，(3D)可恢復正常運行。(6)按下自檢按扭(QA3)時，(WMH3)蕊塊從(WR7)電位器上得到一個70MV模擬過流電壓使三極管(BG3)飽和導通，線卷(RJ3)吸合工作，發(fā)出聲光報警；若(RJ3)不吸合無聲光報警，說明第三單元保護器本身有故障，須及時檢修。(7)斷開(K8)開關(guān)，使六個單元過流保護器失去24V工作電壓退出運行，同時失去(LJ1)常閉觸頭短接點，使過流保護的工作程序和性能恢復到機車原來狀況，由(K8)開關(guān)控制著系統(tǒng)裝置的投入與退出運行工況。(8)(1D)、(2D)、(4D)、(5D)、(6D)五個單元的保護器性能與工作原理，勵磁自動控制切換程序及工位號顯示，聲光報警原理均同上述(3D)第三單元。
權(quán)利要求1.一種適用于東風內(nèi)燃機車六臺直流牽引電機作靈敏過流保護和自動控制切換勵磁電路的系統(tǒng)裝置，其特征是由六單元可調(diào)式直流牽引電機靈敏過流保護器聯(lián)接成過流保護網(wǎng)絡(luò)，牽引發(fā)電機勵磁電源自動控制切換電路，故障電機工位號顯示與紅燈報警電路，音響報警電路，系統(tǒng)裝置投入與退出運行電路聯(lián)接而成。
2.按權(quán)利要求1所述，六單元可調(diào)式直流牽引電機靈敏過流保護器聯(lián)接成過流保護網(wǎng)絡(luò)的特征應該首先論證其中一個單元的靈敏過流保護器的電路特征是牽引電機(D)主電路里的電流分流器(FL)的正負極與保護器蕊塊(WMH)正負端對應聯(lián)接構(gòu)成(D)電機短路、過流電信號輸入電路，在電信號正極輸入線里串聯(lián)一只(WR)電位器用于調(diào)節(jié)輸入電信號的大小而達到過流動作值從400A～1050A連續(xù)可調(diào)的目的；保護器蕊塊(WMH)工作性能指標是當強電流大于過流動作整定值時則輸出一個正電位給三極管(BG)基極，促使(BG)飽和導通，當強電流小于過流動作整定值時則輸出“O”電位給三極管(BG)基極使之載止不工作，又從工藝上對(WMH)蕊塊進行封結(jié)固化集成處理，構(gòu)成本發(fā)明的(WMH)蕊塊專有技術(shù)；三極管(BG)發(fā)射極并接在電源負端，靈敏控制繼電器(RJ)線卷串接在(BG)集電極與復位按扭(TA)線路里，而(TA)另一端接在投入與退出運行開關(guān)(K8)上獲取24V正極工作電壓；電阻(R)把24V降壓后供給(WMH)蕊塊正極工作電壓，繼電器(RJ)常開觸頭(RJA)跨接在(R)和(BG)基極之間，當(RJA)閉合時(BG)基極即從(R)電阻上獲取正電位自鎖飽和導通；常閉復位按扭(TA)串接在正電源與繼電器(RJ)線卷和電阻(R)線路里，按下(TA)時即切斷了該單元保護器工作電壓而構(gòu)成保護復位電路；由上述三極管(BG)，繼電器線卷(RJ)，按扭(TA)，常開觸頭(RJA)，(BG)集電極對(RJ)線卷的自感電勢保護二極管(Z)及基極發(fā)射極保護二極管(Z)，電阻(R)構(gòu)成單元保護器電子開關(guān)電路；模擬過流信號電壓2V正極經(jīng)(WR7)電位器衰減以后通過常開按扭(QA)與(WMH)蕊塊正極相接，2V負極則與(WMH)負端聯(lián)接構(gòu)成單元自檢電路；由上述元件和電路特征構(gòu)成獨立的單元可調(diào)式直流電機靈敏過流保護器，另外五個單元保護器的元件及電路特征與此相同；過流保護網(wǎng)絡(luò)的特征還有把工作線卷(1C)和常閉觸頭(AC1B)，手動排故開關(guān)(1GK)三元件串聯(lián)，(2C)、(AC2B)、(2GK)相串聯(lián)，(3C)、(AC3B)、(3GK)相串聯(lián)，(4C)、(AC4B)、(4GK)相串聯(lián)，(5C)、(AC5B)、(5GK)相串聯(lián)，(6C)、(AC6B)、(6GK)相串聯(lián)后，(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)另端全部并聯(lián)接在原機車控制電路編號“2008”正極端，(1GK)、(2GK)、(3GK)、(4GK)、(5GK)、(6GK)另端全部并聯(lián)接在原機車控制電路編號“283”負極端，構(gòu)成六臺牽引電機過流自動關(guān)斷主電源電路；把復位按扭(TA1)、(TA2)、(TA3)、(TA4)、(TA5)、(TA6)一端相并聯(lián)接在(K8)開關(guān)24V電源正極，三極管(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)、(BG5)、(BG6)發(fā)射極并聯(lián)接在電源負極構(gòu)成六單元保護器復位與供電線路；把常常開按扭(QA1)、(QA2)、(QA3)、(QA4)、(QA5)、(QA6)一端并聯(lián)接在(WR7)電位器的一端取2V模擬過流信號電源構(gòu)成六單元保護器自檢性能電路；由上述(WMH)蕊塊專有技術(shù)，六單元靈敏過流保護器電路，過流自動關(guān)斷主電源電路，保護器復位與供電線路，保護器自檢性能電路組合聯(lián)接成六單元可調(diào)式直流牽引電機靈敏過流保護網(wǎng)絡(luò)的特征。
3.按權(quán)利要求1所述牽引發(fā)電機勵磁電源自動控制切換電路的特征是執(zhí)行繼電器工作線卷(AC1)與控制繼電器(RJ1)的常開觸頭(RJ1B)相串聯(lián)，(AC2)與(RJ2B)串聯(lián)，(AC3)與(RJ3B)串聯(lián)，(AC4)與(RJ4B)串聯(lián)，(AC5)與(RJ5B)串聯(lián)，(AC6)與(RJ6B)串聯(lián)后，其六只(AC)工作線卷另端全部并聯(lián)接在電源負極，六只(RJB)常開觸頭另端全部并聯(lián)接在110V電源正極，構(gòu)成勵磁通路自動翻轉(zhuǎn)電路；而控制牽引發(fā)電機勵磁電源通路的直流接觸器工作線卷(LC)供電電路是從原機車保護電路編號“2039”正端開始→(LC)線卷→(AC1A)、(1CA)、(1GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(AC2A)、(2CA)、(2GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(AC3A)、(3CA)、(3GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(AC4A)、(4CA)、(4GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(AC5A)、(5CA)、(5GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(AC6A)、(6CA)、(6GK)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→(LJ1)、(K8)并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→原機車保護控制電路編號“272”負極構(gòu)成牽引發(fā)電機勵磁通路的控制線路。
4.按權(quán)利要求1所述故障牽引電機工位號顯示與紅燈報警電路特征是發(fā)光數(shù)碼管(MR1)與報警紅燈(1DX)并聯(lián)后又與控制繼電器常開觸頭(RJ1C)串聯(lián)，(MR2)、(2DX)并聯(lián)后與(RJ2C)串聯(lián)，(MR3)、(3DX)并聯(lián)后與(RJ3C)串聯(lián)，(MR4)、(4DX)并聯(lián)后與(RJ4C)串聯(lián)，(MR5)、(5DX)并聯(lián)后與(RJ5J)串聯(lián)，(MR6)、(6DX)并聯(lián)后與(RJ6C)串聯(lián)后，數(shù)碼管和紅燈另一端全部并聯(lián)接在電源負極，而六只常開觸頭另一端全部并聯(lián)接入6V電源正極。
5.按權(quán)利要求1所述音響報警電路的特征是控制繼電器常開觸頭(RJ1D)、(RJ2D)、(RJ3D)、(RJ4D)、(RJ5D)、(RJ6D)全部并聯(lián)后，一端接在音響塊(IC)正端，另端經(jīng)過降壓電阻(R7)串聯(lián)音響停止開關(guān)(K7)后由(K7)接入工作電壓6V正極，音響塊負端與電源負相接。
6.按權(quán)利要求1所述系統(tǒng)裝置投入與退出運行電路的特征是雙刀雙擲開關(guān)(K8)，其一組開關(guān)并接在常閉觸頭(LJ1)里，另一組串接在24V電源正極，當(K8)閉合時，系統(tǒng)裝置得電投入運行，斷開時則失壓退出運行。
專利摘要本系統(tǒng)裝置專為我國鐵路運輸部門的東風內(nèi)燃機車大功率直流牽引電機分別作短路、過流保護，若行車中某臺牽引電機短路過流時，裝置能快速準確將該機電源切斷并自動接通勵磁電路，使其它牽引電機繼續(xù)工作，保證機車不間斷運行，并在司機室顯示出故障電機工位號和聲光報警而研制。系統(tǒng)裝置保護性能好，自動化程度高，工作靈敏可靠，防震壽命長，能與原機車電路對接并可分可合。主要由過流保護網(wǎng)絡(luò)、勵磁自動控制切換電路和數(shù)碼顯示、聲光報警電路組成。
文檔編號H02H3/04GK2134738SQ9222813
公開日1993年5月26日 申請日期1992年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月16日
發(fā)明者汪茂輝, 汪四榮 申請人:汪茂輝, 汪四榮