摘要 結合DPK32型鋪軌機的實際應用，分析其組成部分—直流牽引調速系統安全保護的不足，針對此情況，設計一直流電流調整限幅器，并詳細加以闡述。

　　關鍵詞 DPK32型鋪軌機;直流牽引調速系統;直流電流調整限幅器

　　1 DPK32型鋪軌機簡介

　　DPK32型鋪軌機以鋪設25米普通軌排為主，還可以鋪設寬軌枕軌排及混凝土道岔，架設16米及以下鋼筋混凝土梁。該套設備主要由主機、機動平車、倒裝龍門三大部分組成。主機的吊軌小車、拖拉軌排機構、主機與機動平車的運行機構均由可調速直流串激牽引電動機拖動，它與可控硅整流裝置、相關的控制、保護電路共同組成直流牽引調速系統。

　　2 直流牽引調速系統的基本組成與原理

　　2.1基本組成(如圖所示)

　　KGSF： 簡化示出的可控硅整流裝置(虛線部分)

　　X3、X4：KGSF直流輸出接線端子(電壓U，電流I)

　　RP5： KGSF外給定電位器

　　Q1、Q2 三位主令開關

　　K 接觸器線圈及相對應的觸頭

　　2.2 基本原理

　　2.2.1牽引電動機的啟動

　　(1)按下SB1 1K吸合、自鎖 KGSF啟動 調節RP5 U=0

　　(2)撥動Q1，根據需要確定電動機的轉向。選擇“前”，2K與4K吸合;選擇“后”，3K與5K吸合(電動轉向根據牽引方向事先已調整好)

　　(3)撥動Q2，根據負載大小確定電動機連接方式。選擇“串”，6K吸合;選擇“并”，7K吸合。

　　2.2.2牽引電動機的運行

　　平緩調節RP5，使KGSF輸出電壓“U”上升或下降，牽引電機則以所需速度運轉。正常情況下，KGSF的輸出電流“I”將隨輸出電壓“U”上升或下降。

　　2.2.3 牽引電機的停止

　　(1)平緩調節RP5 U=0

　　(2)關閉Q1及Q2，相應接觸器釋放

　　(3)根據需要，按下SB2 1K釋放 KGSF停止運行

　　(4)根據具體情況，采取機械方式制動牽引電動機

　　3 直流牽引調速系統的缺陷

　　DPK32型鋪軌機使用說明書中明確指出：在啟動直流電動機前，必須先將KGSF輸出“U”調為零，然后平緩調壓至運行速度。需減速停車時，也需先平緩調節輸出至零電壓后方可采取制動措施。

　　基于安全保護，若有不同程度的違章操作將造成不同程度的機械事故，分析如下：

　　3.1 牽引電動機在非零電壓下啟動

　　根據串激直流電動機內部電壓平衡方程式：ID=(UD-E樞)/R

　　ID：電動機電流

　　UD：電動機端電壓

　　-E：電樞感應電動勢，“-”表示方向與U相反

　　R：電動機繞組直流電阻

　　由于啟動瞬時，電動機電樞來不及產生感應電動勢，即E樞=0，且固有R很低，越高的啟動電壓將會引起更大的啟動電流，從而對傳動機構及電器系統產生沖擊性損傷。

　　3.2 牽引電動機在運行中突然失去電壓后，瞬時又在非零電壓下啟動(如進行“串”與“并”的轉換)。

　　根據電磁感應定律，當直流電動機突然失去端電壓，一方面使工作電流瞬時降為零，造成對傳動機構及電器系統的沖擊;另一方面直流電動機繞組將產生一反電勢U反，以阻止端電壓的消失，其方向與端電壓同，因此，若瞬時再次啟動，疊加后的電壓UD+U反將使啟動電壓再次增大，根據串激直流電動機內部電壓平衡方程(同上)，此電壓將會激起更大的沖擊電流，造成嚴重的機械事故。如：串入回路中的接觸器觸頭燒毀、KGSF的破壞(可控硅元件的擊穿)，甚至引起火災等。

　　3.3 在電動機運行中進行“前”與“后”的轉換

　　由于此時電動機在慣性作用下，處于反接制動狀態，同時結合以上兩點分析可知，其瞬時的過電流也會造成嚴重的機械事故。

　　4 直流電流調整限幅器

　　結合以上分析，總結其共性：無論哪種情況，勢必引起KGSF輸出電流的變化。根據非恒流的直流電流也存在電磁感應現象而設計的直流電流調整限幅器(見圖中點劃線內部分及TA1和TA2電流互感器)，可以實現多方位的保護。

　　4.1 工作原理

　　4.1.1 非激勵狀態

　　按下SB1，相電壓經T變壓、A整流、D(穩壓集成電路)穩壓、電容濾波后，加于R1、RP3、RP4、R2、VT3門極和VD5組成的串聯電路兩端，使VT3門極始終處于被接觸狀態，從而保證1K在相電壓為正半周時經可靠導通的VT3形成回路，在相電壓為負半周時，1K經VD6形成回路，所以1K可以在額定電壓U額=380V電壓下正常吸合與自鎖，使KGSF正常啟動。

　　4.1.2 保護狀態

　　當KGSF負載正常時，其輸出電壓變化較平緩，TA1與TA2感應的微弱電流不足以使VD3或VD4導通，直流電流調整限幅器不實行保護。當KGSF負載異常(如輸出正負極出現短路情況)，KGSF輸出電流突變，即△I=di/dt足夠，TA1與TA2感應的脈沖電流使VD3或VD4被觸發導通，1與2兩點電壓被鉗制在VD3或VD4導通電壓降以內(<1.2V)，使VT3失去觸發而在相電壓為負半周時自然截止， 1K只能經VD6得到45%U額，故1K欠壓釋放，KGSF停止運行，從而起到保護作用。其保護動作時間相當于1 K欠壓釋放時間。

　　4.2電路特點

　　4.2.1 在直流電流限幅器有故障或執行保護時，VD5綠色發光二極管不亮，1K無法吸合，使檢修直觀。

　　4.2.2 電路無觸點,工作可靠,壽命長。

　　4.2.3 電路簡單,調整方便。

　　4.2.4 電路采用兩個電流互感器TA1與TA2,需正確連接,以增加保護范圍,提高安全系數。

　　4.3 保護范圍

　　4.3.1 KGSF負載端短路及漏電保護

　　4.3.2 KGSF突然加載、過載或卸載保護

　　4.3.3 違反直流牽引電動機操作規程時做相應保護

　　結束語

　　直流電流調整限幅器經適當改變元件參數,可用于多個直流牽引電動機拖動系統,并可以推廣使用。

　　作者簡介：

　　黃德廣(1969-)，男，中國土木工程集團有限公司,工程師，主要從事土木及軌道交通工程施工。

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