風(fēng)速繼電器運用條件研究

風(fēng)速繼電器運用條件研究

一、引言

電力機車的牽引變壓器、牽引電動機、整流硅機組、平波電抗器、制動電阻等均為強迫冷卻的電氣設(shè)備，機車運行中這些電氣設(shè)備將產(chǎn)生大量的熱量損耗。為了保證電氣設(shè)備正常工作，必須將這些熱量及時散到車外。所以通風(fēng)系統(tǒng)是機車上不可缺少的一個部分。為了監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)是否正常工作，安裝了風(fēng)速繼電器。風(fēng)速繼電器是一種保護繼電器，它串接于機車的上載電路中，用于監(jiān)測風(fēng)機對整流柜是否正常送風(fēng)，牽引電機是否良好通風(fēng)等等。通過監(jiān)測風(fēng)壓是否存在，可監(jiān)視通風(fēng)電路是否正常，達(dá)到對以上電器保護的目的。目前，國產(chǎn)553、55;等型電力機車上安裝的是機械式風(fēng)速繼電器，其故障率高主要表現(xiàn)在:

1.微動開關(guān)質(zhì)量不過關(guān)、行程短、易發(fā)生誤動作和機械卡滯。

2.機械部分脆弱，有時壓不住微動開關(guān)的頂桿、滾輪易脫開。

3.整定值不易調(diào)整。現(xiàn)在，由于該繼電器故障率高，乘務(wù)員一般甩掉該繼電器，其后果是不能檢測風(fēng)機是否良好工作，達(dá)不到保護功能，因而造成牽引電機、硅整流裝置等大型設(shè)備燒損。所以，采用新型的可靠性能良好的電子電路代替原機械式風(fēng)速繼電器，已成當(dāng)務(wù)之急?；谶@些原因，1994年鄭州科研所與局機務(wù)處、鄭州北機務(wù)段聯(lián)合開發(fā)，研制了一種新型電力機車風(fēng)速繼電器—《FDJ一1型電力機車風(fēng)速電子繼電器》。該電子繼電器是采用全電子電路，集先進(jìn)的檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、電子技術(shù)于一體的新一代產(chǎn)品，克服了原機械式繼電器的缺點和不足，達(dá)到了可靠工作，有效地保護機車設(shè)備的作用。該風(fēng)速電子繼電器于1995年5月在鄭州通過鐵路局技術(shù)鑒定。

二、運用條件

1.適用于553、55;等型電力機車。

2.對應(yīng)于風(fēng)速5米/秒，7米/秒，繼電器可靠動作。

3.工作電源:十nov直流，50MA

4.工作方式:連續(xù)

5.工作環(huán)境溫度:o~+70℃

6.振動加速度:g簇19

7.沖擊加速度簇3g

三、工作原理

“風(fēng)速電子繼電器”主要由電源、采樣環(huán)節(jié)、放大、比較、輸出控制等電路組成。其原理框圖如圖所示。壓力信號由壓力傳感器采集輸出，經(jīng)橋式測量電路、二級放大電路、比較電路后，送出一控制信號。

1.電源:韶山3、韶山4等型電力機車的電源是直流十11了。本電子繼電器各環(huán)節(jié)使用的電源分別是+12v、十，。為此，我們設(shè)計了兩組工作電源。主工作電源取110，直流電壓輸入，輸出+12v，供電路工作用。輔助電源取十12v輸入，經(jīng)變換后，輸出+，供傳感器工作用。

2.采樣環(huán)節(jié):采樣環(huán)節(jié)是本課題的一個關(guān)鍵。據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果表明:風(fēng)道中的風(fēng)速有5米/秒，7米/秒兩種。通過檢測風(fēng)壓即可達(dá)到檢測通風(fēng)系統(tǒng)是否正常工作的目的。為此，我們首先確定以風(fēng)壓作為檢測對象。壓力傳感器是我們首選的采樣器件。我們考察了國內(nèi)眾多傳感器生產(chǎn)廠家，經(jīng)過分析、篩選，最后選定應(yīng)變片式的壓力傳感器作為我們的采樣器件。這種壓力傳感器的傳感元件是半導(dǎo)體應(yīng)變片。半導(dǎo)體應(yīng)變片的基本原理是:對一塊半導(dǎo)體的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時，其電阻率會發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。不同類型的半導(dǎo)體，不同的載荷施加方向，壓阻效應(yīng)也不一樣。壓阻效應(yīng)大小用壓阻系數(shù)來表示。目前，使用最多的是單晶硅半導(dǎo)體。在制造半導(dǎo)體應(yīng)變片時，沿所需的晶軸方向，在硅錠上切出小條作為應(yīng)變片的電阻材料。我們使用的應(yīng)變片即是這種。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點是:靈敏系數(shù)高，可測微小應(yīng)變、機械滯后小、體積小。使用時，’我們將壓力傳感器，放置于風(fēng)道中。當(dāng)有風(fēng)吹過時，彈性元件磷銅片受到風(fēng)的壓力而產(chǎn)生形變，粘貼在磷銅片上的半導(dǎo)體應(yīng)變片，由于受到貼片處的彎曲應(yīng)力而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)，電阻發(fā)生變化。但是，這種電阻的變化非常小，為了精確地測量出這些微小的變化，我們采用了橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻。其中兩臂接入應(yīng)變片，另外二臂為固定電阻。電橋的一個對角線接入工作電壓誠u一)，則另一個對角線為輸出電壓△。:據(jù)分析知:RIR。_△R，△R。R?！鳌币豁斊济一R4/-當(dāng)R，一RZ=R3=R;，△R3一△R;=0時，御坐競?cè)~橋式測量電路在測量前，需先使電橋調(diào)零。為此，我們接入了調(diào)零電位器，改變電位器上滑動觸點的位置，即可使電橋達(dá)到平衡。在風(fēng)道中無風(fēng)時，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓△u一。，有風(fēng)時，電橋即有電壓輸出。

3.放大、比較、輸出環(huán)節(jié)放大、比較、輸出環(huán)節(jié)主要由運放、電阻、繼電器等元件構(gòu)成。由電橋輸出的微弱信號，經(jīng)兩級放大后，送到比較端，和給定信號相比較，比較結(jié)果控制繼電器的動作。給定信號的選擇:據(jù)實驗結(jié)果顯示，經(jīng)放大輸出的壓力信號，靜態(tài)時最大為，動態(tài)有風(fēng)時輸出最小為。因此，我們選擇的給定信號為5v，動作允許裕量為。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計

我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思想是:整機便于安裝、調(diào)試，最大限度地減少機車維護人員的額外負(fù)擔(dān)。因此，“電子風(fēng)速繼電器”在結(jié)構(gòu)上具有以下特點:1.主機采用了活頁結(jié)構(gòu)，檢測、維修方便。2.安裝尺寸與原機械式風(fēng)速繼電器完全相同。3.設(shè)計了給定信號調(diào)