防粘连继电器技术研究

(整期优先)网络出版时间:2023-04-19
/ 2

防粘连继电器技术研究

王延超 ,侯欣延

中车大连电力牵引研发中心有限公司  辽宁大连  116052

摘要】继电器通过触点的闭合和断开实现控制电路对强电电路的控制,其在轨道车辆控制电路中有着广泛的应用。提出一种继电器防止粘连解决方案,对继电器设计进行改进,以克服现有应用中继电器粘连导致其无法断开的问题。可对电力机车控制电路进行升级改造,在控制中降低继电器粘连的可能,尤其利于在故障安全导向断开的工况中使用

关键词继电器;粘连;机车;控制;

【作者简介】王延超1984~),男;中车大连电力牵引研发中心有限公司工程师;研究方向:硬件技术


一、引言

继电器通过触点的闭合和断开实现控制电路对强电电路控制,在轨道车辆控制电路中有着广泛的应用轨道车辆(包含动车组,电力机车,地铁车辆等)控制电路中的继电器要适应振动、高温、低温、潮湿以及油、盐、水等侵蚀性恶劣环境,并且需要具有寿命长、高可靠、体积小、低功耗、具有强电磁兼容性、阻燃性、响应速度快等性能1。继电器一旦故障,立即会引起列车的控制系统部分功能的瘫痪,甚至会引起整个列车不能正常运行2

继电器的常见故障是继电器粘连,继电器粘连是指继电器的触点粘住断不开,继电器粘连的原因是受电压或电流冲击负载作用,在闭合和断开继电器瞬间会产生电弧,电弧对触点进行烧蚀,导致继电保护回路动作冲击大,产生触点粘连现象,影响了正常的继电器闭合和断开,造成继电器失效3

本文提出一种继电器防止粘连问题解决方案,对继电器设计进行改进,以克服现有应用中继电器粘连导致继电器断不开的问题,可对电力机车控制电路进行升级改造,在控制中降低继电器的彻底粘连的可能性

二、方案架构

防粘连继电器分为如下几部分

1)触点

2)电感线圈

3)控制端;

4接点;

防粘连继电器由多个线圈和触点构成,至少需要N个电感线圈、2N个内部触点和外壳,外壳上设置有两个外部接点和两个控制端,N为大于或等于2的正整数

N个电感线圈串联,串联后与两个控制端连接,每个电感线圈用于控制两个内部触点的断开或闭合,两个控制端用于对所述N个电感线圈通电

每个电感线圈控制的其中一个内部触点串联后形成第一触点组件每个电感线圈控制的另一个内部触点串联后形成第二触点组件,第一触点组件和第二触点组件并联后与两个外部接点连接两个外部接点和负载连接。原理框图如图1所示。

图1 原理框图

三、设计原理

N=2时介绍原理。两个电感线圈L1和L2,共有4个内部触点K1、K2、K3和K4,电感线圈L1和L2串联后的两个接线端与外壳上的外部控制端3、4连接,电感线圈L1用于控制内部触点K1和K2的断开或闭合,电感线圈L2用于控制内部触点K3和K4的断开或闭合,内部触点K1和K3串联形成第一触点组件,内部触点K2和K4串联形成第二触点组件,第一触点组件和第二触点组件并联,并联后形成的两个接线端与外壳上的两个外部接点1、2连接。

外部控制端3、4用于和电源连接,通过控制端3、4向电感线圈L1和L2通电,当电感线圈L1和L2通电后,电感线圈L1和L2中会流过一定的电流,从而产生电磁效应,电磁效应会产生磁场,如果内部触点K1-K4为常开触点,那么在磁场的作用下,内部触点K1-K4会关闭,如果内部触点K1-K4为常闭触点,那么在磁场的作用下,内部触点K1-K4会断开。相应的,如果通过外部控制端3、4对电磁线圈L1和L2断电,对于常开的内部触点K1-K4会断开,对于常闭的内部触点K1-K4会闭合。

图1所示例子中以N的取值为2为例进行说明,当然N还可以取更大的值,随着N值的增大,继电器发生粘连故障的可能性会越低,随着N值的增大,也会导致继电器的体积、成本增大,在实际使用过程中,可以根据需要选择N的取值。

两组触点组件并联后与外部接点1、2连接,可以降低每组触点组件上流过的电流,从而可以进一步降低粘连的可能性。另外,该触点串联还可以提高继电器的耐压等级,由于内部触点K1和K3串联,内部触点K2和K4串联,串联的分压作用可以两倍的提高继电器的耐压等级。假设只有电感线圈L1,那么内部触点K1和K2的耐压电压为1000V,如果有两个电感线圈L1和L2,由于每个内部触点K1和K3串联,假设K1和K3的耐压电压都为1000V,那么继电器的耐压电压就为2000V。同理,电感线圈的个数越多,那么继电器的耐压电压就会越大,相应的,每组触点组件上的电流就越小。

文提出的继电器,包括N个串联的线圈,每个线圈控制两个内部触点的断开和闭合,每个电感线圈控制其中一个内部触点串联后形成第一触点组件,每个电感线圈控制的另一个内部触点串联后形成第二触点组件,第一触点组件和第二触点组件并联后与两个外部接点连接,当其中一个电感线圈断电后其控制的内部触点粘连时,由于N个电感线圈串联,其他电感线圈也断电,相应的控制对应的内部触点断开,由于同一触点组件内部的串联关系,

粘连触点连接的外部节点也会断开,从而能够保证继电器正常工作。防粘连的继电器特别适合在故障时继电器需要断开的工况应用。

四、试验测试

由于本文提出的防粘连继电器并没有实际生产试制,所以采用现有双触点继电器串联后,对其原理进行试验测试试验原理如下图所示。

试验过程:

1)使用开关控制继电器线圈电压

2)使继电器触点工作在临界电压下

3)对继电器进行断开、闭合疲劳测试,使用周期性脉冲信号控制其动作

4)逐渐提高电流负载值,直至某个触点粘连。

2 实验室测试

试验测试发现,在不断地提高电流负载后,当某个触点粘连时,与其串联的触点仍能够可靠断开。

五、结语

继电器粘连问题急需解决,特别是在故障安全导向需要断开继电器的工况

本文提出的方案针对继电器粘连问题提出了有效的解决方案,并不对电感线圈的电感值和类型进行限制,对防粘连继电器的设计应用及推广具有重要意义。

参考文献

[1]卢晨葛俊良朱合标. BMS绝缘检测对继电器粘连检测判断的影响车载子系统[J]. 电子世界, 2019,(10).

[2] 赵志鹏王翔. 应用于复兴号的C3车载设备紧急制动技术研究[J]. 第十三届中国智能交通年会大会论文集, 2018, 535-541