带缺相保护的转辙机驱动电路的制作方法

1.本实用新型属于轨道交通技术领域，具体涉及转辙机技术。


背景技术：

2.转辙机是铁路基础信号设备，起到道岔位置转换和安全表示的作用。其中交流转辙机如：s700k、zd(j)9、zy(j)等，目前在继电联锁中已有广泛应用。
3.以s700
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k为例，该转辙机的驱动控制电路由：室内控制电路、道岔动作电路和道岔表示电路三部分构成。通过室内控制电路发送联锁控制命令经线缆连接到继电器组合，实现继电器的道岔驱动和表示检测，以及断相和挤岔保护等功能，但是断相保护需要设置断相保护器。
4.构成继电联锁道岔驱动电路的设备体积大，接线复杂，因此有生产成本大、占用空间大，维护较困难，而且继电器动作容易打火，存在对设备及使用要求都比较高等问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种带缺相保护的转辙机驱动电路，不需要断相保护器也可实现断相、堵转保护，并有效避免继电器节点火弧出现。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：带缺相保护的转辙机驱动电路，包括数字输入单元，继电器、换向电路、电子开关电路、延时电路、延时自锁电路和检测电路；
7.所述数字输入单元设有输入信号do1和do2；
8.所述继电器接入转辙机电机的三相供电线路，并由输入信号do1和do2控制吸起或者闭合；
9.所述换向电路设有并联的第一输出接口和第二输出接口，所述第一输出接口由第一换向开关控制，所述第二输出接口由第二换向开关控制；
10.所述电子开关电路设有第一电子开关和第二电子开关；
11.通过控制输入信号do1和do2的输入次序，使换向电路的第一输出接口或者第二输出接口输出，并控制第一电子开关或者第二电子开关的吸合，从而实现转辙机电机换向操作；
12.所述输入信号do1顺次经过延时电路和换向电路，所述输入信号do2顺次经过延时自锁电路和换向电路；
13.所述检测电路在检测到转辙机电机线圈任意相出现断相或过流时切断延时自锁电路的输出，从而切断电子开关电路的输出使转辙机电机断电。
14.优选的，还包括转辙机位置表示等效电路，所述转辙机位置表示等效电路与转辙机驱动等效电路连接，所述转辙机驱动等效电路包括电机线圈w和u、电阻r、二极管d、转辙机接口x1、x2、x3，以及与转辙机接口x3连接的自动开闭器开关21_22、45_46，与转辙机接口
x2连接的自动开闭器开关31_32、15_16、13_14，与转辙机接口x1连接的自动开闭器开关23_24，所述转辙机位置表示等效电路包括与转辙机接口x3连接的电阻r1、二极管d1、电阻r4、元器件u1，与转辙机接口x2连接的电阻r2、电阻r5、二极管d2、元器件u2；所述元器件u1设有输出di1，所述元器件u2设有输出di2；
15.当转辙机处于定位位置且不驱动时，di2上形成脉冲波形；
16.当转辙机处于反位位置且不驱动时，di1上形成脉冲波形。
17.优选的，所述元器件u1、u2还包括三极管和与三极管的基级连接的二极管，所述三级管的发射极作为输出d11、d12。
18.优选的，所述检测电路包括对应电机线圈每个相设置并串联的电流互感器、整流桥、定值调整电路，且三个相的定值调整电路经或门输出，当转辙机电机线圈中任意一相流过的电流超过标准时，或门向延时自锁电路输出一个触发信号。
19.优选的，所述继电器为强制导向型安全继电器。
20.优选的，所述第一电子开关和第二电子开关均采用晶闸管电子开关。
21.本实用新型采用的技术方案，具有如下有益效果：
22.采用数字量自锁的基础上，对三相电流进行检测，在堵转和断相时检测到过流情况，此时硬件电路切断转辙机驱动，不需要断相保护器，硬件上可实现断相、堵转等保护。
23.采用数字量延时来保证电子开关比继电器节点先断后开的方法，能有效避免继电器节点火弧出现。
24.采用模块化设计，将实现转辙机驱动和表示等功能的电路组合起来集成在在一块驱动板电路上，改变之前采用重力型继电器、接线盒等分立器件和线缆构成的形式。特别是通过两个数字量输出次序控制转辙机切换方向的方法避免了各种继电器励磁和节点间的复杂接线，便于维护。能够解决接线复杂，维护困难的问题。
25.表示电路同驱动电路隔离，驱动电路数字量do1、do2和交流强电a、b、c相之间的隔离，一般通过使用继电器、光耦、电子开关利用继电器线包和触点开关间隙，光耦前端和后端等措施进行隔离，参见图中1和图3中所示的隔离器件，隔离简单，采集方便。
26.三相电机表示和驱动采用同一组继电器互切，保证驱动时不采集位置，采集位置时驱动无输出(图1和图3中的继电器采用的是同一组继电器，即图1中的继电器开关闭合时，图3中表示电路继电器打开，不会同时闭合和关闭)。
27.表示电路配合交流信号可减小检测周期，提高响应速度。按照目前的做法交流信号采用的都是220v/110v，50hz交流信号，完整的周期需要20ms；如果采用24v，20khz的信号周期只需要0.05ms。
28.采用小型的强制导向型安全继电器和晶闸管电子开关，相对体积较小。能够解决继电联锁道岔驱动电路设占用空间大的问题。
29.本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
30.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：
31.图1为转辙机驱动时的等效电路图；
32.图2为驱动检测电路框图；
33.图3为转辙机位置表示电路框图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.如图1至图3所示，带缺相保护的转辙机驱动电路，用于驱动转辙机设备，因转辙机在不同位置内部开关接线不同类似于开关组合，为了便于理解将无关的电路省略，可以用图1中驱动时转辙机等效框图中的电路以及图3中转辙机驱动等效电路简化表示转辙机电路。
36.其包括数字输入单元，继电器1、换向电路2、电子开关电路、延时电路5、延时自锁电路6、检测电路7。其中：
37.所述数字输入单元设有输入信号do1和do2；
38.所述继电器接入转辙机电机的三相供电线路，并由输入信号do1和do2控制吸起或者闭合；
39.所述换向电路设有并联的第一输出接口和第二输出接口，所述第一输出接口由第一换向开关控制，所述第二输出接口由第二换向开关控制；
40.所述电子开关电路设有第一电子开关3和第二电子开关4；
41.通过控制输入信号do1和do2的输入次序，使换向电路的第一输出接口或者第二输出接口输出，并控制第一电子开关或者第二电子开关的吸合，从而实现转辙机电机换向操作；
42.所述输入信号do1顺次经过延时电路和换向电路，所述输入信号do2顺次经过延时自锁电路和换向电路；
43.所述检测电路在检测到转辙机电机线圈任意相出现断相或过流时切断延时自锁电路的输出，从而切断电子开关电路的输出使转辙机电机断电。
44.本实施例中，转辙机等效电路为s700k型电动转辙机的等效电路。s700k的等效电路由转辙机内电机线圈和自动开闭器开关组成，自动开闭器开关41_42和43_44同时打开或关闭，11_12和13_14同时打开或关闭，这两组不会同时闭合或打开。根据这个特性，来实现驱动、表示和检测等功能。
45.可采用新型电子元器件代替旧器件，例如本实施例中继电器采用小型强制导向型安全继电器，第一电子开关和第二电子开关选用晶闸管电子开关。由于相对体积较小，大大减小了尺寸空间，能够解决继电联锁道岔驱动电路设占用空间大的问题。
46.通过do1和do2输出次序可控制换向电路的输出，从而实现转辙机电机换向操作。如当do2先于do1一定时间(例如150ms)输出时，换向电路的o2输出并控制第二电子开关4吸合，此时三相电源a相经由继电器开关/x1进入电机线圈u，b相经由x4接线圈v，c相经由x3接线圈w，实现定位操作。
47.当do1先于do2一定时间(例如150ms)输出时，换向电路的o3输出并控制第一电子开关3吸合，此时三相电源a相经x1进入电机线圈u，b相经由x2接线圈w，c相经由x3接线圈v。
48.因此do1和do2的先后输出次序，可以实现三相电机b、c两相的换相，实现转辙机驱动方向的切换。
49.换向电路在具体实现时，可以让do2控制一个切换继电器吸起并实现自锁保持吸合，使do2从常开触点o2输出；而do1的作用是在先输入的情况下使do2无法控制继电器吸起，使do2从默认触点o3输出。此外可以在关键路径上用光耦对do1和do2的输出情况进行回检。
50.由于强制导向型继电器的触点组合数量多、检测和控制方便，而晶闸管等电子器件的控制不易出现电弧，所以本实施例中驱动开关采用继电器和电子开关(如晶闸管)组合实现。为避免电弧影响使用寿命、引起隐患，必须保证电子开关比继电器开关后闭合和先断开一定时间(如40ms)。因为do1可直接控制继电器，所以在do1先输出情况下不会出现火弧。
51.因此在do2先输出的情况时，将do1经延时电路(例如50ms)去使能换向电路的输出，这就保证了do2最终到电子开关的信号将比do1到继电器延迟一定时间(例如略小于50ms)。
52.硬件电流检测和断相保护：
53.断相和过流时，由延时自锁电路同检测电路配合实现断相和过流保护。如图2所示，检测电路包括对应电机线圈每个相设置并串联的电流互感器、整流桥、定值调整电路，且三个相的定值调整电路经或门输出，当转辙机电机线圈中任意一相流过的电流超过标准时，或门向延时自锁电路输出一个触发信号。该信号可切断延迟自锁电路do2的输出，从而切断电子开关的输出使电机断电。
54.启动、堵转、断相都存在过流情况，为了避免电机一启动就断电，在do2刚输入时延时，图1延时自锁电路的ka和kb开关需要都闭合，其中kb自锁，kb延时约600ms(大于150ms)再切断让自锁电路kb单独供电。在600ms启动时间内，由于ka不受自锁电路被打开断电的影响，所以do2一直得以输出。由于转辙机从启动到转动结束正常时间一般为0.8s～2s，稳定后kb自锁电路单独供电，此时检测电路一有触发信号立即断开自锁电路，电机断电。
55.转辙机位置表示方法：
56.转辙机位置表示等效电路如图3所示，与转辙机驱动等效电路连接。所述转辙机驱动等效电路包括电机线圈w和u、电阻r、二极管d、转辙机接口x1、x2、x3，以及与转辙机接口x3连接的自动开闭器开关21_22、45_46，与转辙机接口x2连接的自动开闭器开关31_32、15_16、13_14，与转辙机接口x1连接的自动开闭器开关23_24。
57.转辙机位置表示等效电路可以理解为一些开关的组合，有定位，反位和四开三种状态，有相应的开关闭合和打开构成不同的回路，为了简化电路方便理解，参考图3所示，所述转辙机位置表示等效电路包括与转辙机接口x3连接的电阻r1、二极管d1、电阻r4、元器件u1，与转辙机接口x2连接的电阻r2、电阻r5、二极管d2、元器件u2。所述元器件u1设有输出di1，所述元器件u2设有输出di2。其中，所述元器件u1和元器件u2可以为光耦。
58.将转辙机接口x1、x2和x3同继电器组的常闭开关串联，因此当转辙机处于定位位置且不驱动时，自动开闭器开关31_32、15_16和33_34闭合，21_22、45_46和23_24打开，此时变压器t二次侧电源通过u2、r2到x2，再从开关31_32、15_16和33_34到电阻r、二极管d和r3，
然后经电机线圈w和u从x1构成回路，di2上形成脉冲波形；同理当转辙机处于反位位置且不驱动时，自动开闭器开关31_32、15_16和33_34打开，21_22、45_46和23_24闭合，此时变压器t二次侧电源通过r3、x1、w、u、23_24、45_46、21_22、x3、r1和u1构成回路，di1上形成脉冲波形。根据di1和di2输出可以判断当前转辙机位置。
59.为避免表示电路继电器触点产生电弧，应调整r1和r2阻值和功率控制回路电流电压不宜过大，另外需要注意对器件u1/u2的保护。ac信号源也可以调整成频率较高的信号，以提高位置检测速度。
60.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。