如何完善DPK32型铺轨机直流牵引调速系统的安全保护

　　摘要 结合DPK32型铺轨机的实际应用，分析其组成部分—直流牵引调速系统安全保护的不足，针对此情况，设计一直流电流调整限幅器，并详细加以阐述。

　　关键词 DPK32型铺轨机;直流牵引调速系统;直流电流调整限幅器

　　1 DPK32型铺轨机简介

　　DPK32型铺轨机以铺设25米普通轨排为主，还可以铺设宽轨枕轨排及混凝土道岔，架设16米及以下钢筋混凝土梁。该套设备主要由主机、机动平车、倒装龙门三大部分组成。主机的吊轨小车、拖拉轨排机构、主机与机动平车的运行机构均由可调速直流串激牵引电动机拖动，它与可控硅整流装置、相关的控制、保护电路共同组成直流牵引调速系统。

　　2 直流牵引调速系统的基本组成与原理

　　2.1基本组成(如图所示)

　　KGSF： 简化示出的可控硅整流装置(虚线部分)

　　X3、X4：KGSF直流输出接线端子(电压U，电流I)

　　RP5： KGSF外给定电位器

　　Q1、Q2 三位主令开关

　　K 接触器线圈及相对应的触头

　　2.2 基本原理

　　2.2.1牵引电动机的启动

　　(1)按下SB1 1K吸合、自锁 KGSF启动 调节RP5 U=0

　　(2)拨动Q1，根据需要确定电动机的转向。选择“前”，2K与4K吸合;选择“后”，3K与5K吸合(电动转向根据牵引方向事先已调整好)

　　(3)拨动Q2，根据负载大小确定电动机连接方式。选择“串”，6K吸合;选择“并”，7K吸合。

　　2.2.2牵引电动机的运行

　　平缓调节RP5，使KGSF输出电压“U”上升或下降，牵引电机则以所需速度运转。正常情况下，KGSF的输出电流“I”将随输出电压“U”上升或下降。

　　2.2.3 牵引电机的停止

　　(1)平缓调节RP5 U=0

　　(2)关闭Q1及Q2，相应接触器释放

　　(3)根据需要，按下SB2 1K释放 KGSF停止运行

　　(4)根据具体情况，采取机械方式制动牵引电动机

　　3 直流牵引调速系统的缺陷

　　DPK32型铺轨机使用说明书中明确指出：在启动直流电动机前，必须先将KGSF输出“U”调为零，然后平缓调压至运行速度。需减速停车时，也需先平缓调节输出至零电压后方可采取制动措施。

　　基于安全保护，若有不同程度的违章操作将造成不同程度的机械事故，分析如下：

　　3.1 牵引电动机在非零电压下启动

　　根据串激直流电动机内部电压平衡方程式：ID=(UD-E枢)/R

　　ID：电动机电流

　　UD：电动机端电压

　　-E：电枢感应电动势，“-”表示方向与U相反

　　R：电动机绕组直流电阻

　　由于启动瞬时，电动机电枢来不及产生感应电动势，即E枢=0，且固有R很低，越高的启动电压将会引起更大的启动电流，从而对传动机构及电器系统产生冲击性损伤。

　　3.2 牵引电动机在运行中突然失去电压后，瞬时又在非零电压下启动(如进行“串”与“并”的转换)。

　　根据电磁感应定律，当直流电动机突然失去端电压，一方面使工作电流瞬时降为零，造成对传动机构及电器系统的冲击;另一方面直流电动机绕组将产生一反电势U反，以阻止端电压的消失，其方向与端电压同，因此，若瞬时再次启动，叠加后的电压UD+U反将使启动电压再次增大，根据串激直流电动机内部电压平衡方程(同上)，此电压将会激起更大的冲击电流，造成严重的机械事故。如：串入回路中的接触器触头烧毁、KGSF的破坏(可控硅元件的击穿)，甚至引起火灾等。

　　3.3 在电动机运行中进行“前”与“后”的转换

　　由于此时电动机在惯性作用下，处于反接制动状态，同时结合以上两点分析可知，其瞬时的过电流也会造成严重的机械事故。

　　4 直流电流调整限幅器

　　结合以上分析，总结其共性：无论哪种情况，势必引起KGSF输出电流的变化。根据非恒流的直流电流也存在电磁感应现象而设计的直流电流调整限幅器(见图中点划线内部分及TA1和TA2电流互感器)，可以实现多方位的保护。

　　4.1 工作原理

　　4.1.1 非激励状态

　　按下SB1，相电压经T变压、A整流、D(稳压集成电路)稳压、电容滤波后，加于R1、RP3、RP4、R2、VT3门极和VD5组成的串联电路两端，使VT3门极始终处于被接触状态，从而保证1K在相电压为正半周时经可靠导通的VT3形成回路，在相电压为负半周时，1K经VD6形成回路，所以1K可以在额定电压U额=380V电压下正常吸合与自锁，使KGSF正常启动。

　　4.1.2 保护状态

　　当KGSF负载正常时，其输出电压变化较平缓，TA1与TA2感应的微弱电流不足以使VD3或VD4导通，直流电流调整限幅器不实行保护。当KGSF负载异常(如输出正负极出现短路情况)，KGSF输出电流突变，即△I=di/dt足够，TA1与TA2感应的脉冲电流使VD3或VD4被触发导通，1与2两点电压被钳制在VD3或VD4导通电压降以内(<1.2V)，使VT3失去触发而在相电压为负半周时自然截止， 1K只能经VD6得到45%U额，故1K欠压释放，KGSF停止运行，从而起到保护作用。其保护动作时间相当于1 K欠压释放时间。

　　4.2电路特点

　　4.2.1 在直流电流限幅器有故障或执行保护时，VD5绿色发光二极管不亮，1K无法吸合，使检修直观。

　　4.2.2 电路无触点,工作可靠,寿命长。

　　4.2.3 电路简单,调整方便。

　　4.2.4 电路采用两个电流互感器TA1与TA2,需正确连接,以增加保护范围,提高安全系数。

　　4.3 保护范围

　　4.3.1 KGSF负载端短路及漏电保护

　　4.3.2 KGSF突然加载、过载或卸载保护

　　4.3.3 违反直流牵引电动机操作规程时做相应保护

　　结束语

　　直流电流调整限幅器经适当改变元件参数,可用于多个直流牵引电动机拖动系统,并可以推广使用。

　　作者简介：

　　黄德广(1969-)，男，中国土木工程集团有限公司,工程师，主要从事土木及轨道交通工程施工。

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