专利名称：内燃机车过流保护与自动控制系统装置的制作方法
技术领域：
本发明是对我国铁路运输部门的东风内燃机车六台大功率直流牵引电机分别作短路、过流故障时自动关断故障电机电源并自动接通牵引发电机励磁电路而使其它牵引电机继续工作，保证机车不间断运行，同时在前后司机室显示出故障电机工位号和声光报警的保护与自动控制系统装置。
我国铁道部已投入运营的东风内燃机车对牵引电机的短路过流保护是设计在牵引发电机三相交流电的输出线上，用(1LH)、(2LH)二只电流比为5000／5的电流互感器在发电机三相交流输出线上用V接法作为电流信号检测元件，用继电器(LJ)作过流执行元件，而(LJ)的镇定动作电流是6.5A，继电器(LJ)的一付常闭触头串接在控制牵引发电机励磁电路的直流接触器(LC)线卷电路里(参照附图二东风4型内燃机车有关部份电路图和本发明附图一)。
因过流继电器(LJ)的动作电流值是6.5A，而(LH)电流互感器变流比是5000／5，要满足(LJ)6.5A的动作条件，那么(LH)的一次则(主电路)电流就必须≥6500A，也就是说六台牵引电机主电路的过流必须≥6500A时(LJ)才能动作；(LJ)一过流动作，其常闭触头(LJ1)就断开直流接触器(LC)线卷电源，至使牵引发电机励磁电路断开，发电机不发电，六台牵引电机全部不工作，柴油机卸载，达到牵引电机过流保护目的。(参阅中国铁道出版社1986年北京出版的“东风4型内燃机车结构和原理”下册，第194页的过流保护电路章节)
国产东风4型内燃机车每台牵引电机功率是410KW，额定电流是800A，六台牵引电机额定总电流是4800A；而铁路系统投入运营的大量内燃机车在日常实际工作中，其总电流常常只使用在3000A左右，根据机车实际使用情况可以计算出6500A(LJ动作镇定电流)减去3000A(实际使用总电流)得到3500A(故障动作电流)，就是说机车在正常运行工况下须出现一个≥3500A的故障电流时，过流继电器(LJ)才会动作保护。我们知道机车在运行中，一般不会二台或二台以上牵引电机同时发生短路、环火等过流故障，绝大多数是某一台牵引电机发生过流事故，而单台牵引电机要满足≥3500A至使(LJ)过流动作条件，那么该台牵引电机就必须出现一个≥3500A的故障电流，3500A故障电流加上本机使用电流500A，单机总电流达4000A，即这时单台电机必须承受≥4000A的大电流状况下过流继电器(LJ)才能动作保护，这个≥4000A大电流是单台电机额定电流800A的五倍，这对处于工作环境条件很恶劣状况下的牵引电机来说，很可能(LJ)还来不及动作就足以使牵引电机绝缘破坏或烧毁，这是原过流保护电路对单台牵引电机保护性能极差的原因，是缺陷之一。
原保护电路缺陷之二是(LJ)一过流动作，其常闭触头成常开，切断了牵引发电机励磁直流接触器(LC)工作线卷电源，使整个励磁电路跳开，发电机不发电，六台牵引电机均不工作，若处理不妥当，机车可能停车，出现停运事故。
原保护电路缺陷之三是(LJ)一过流动作，六台牵引电机全部停止工作，这时司机要从司机室跑到电器柜上人工手动(1GK)至(6GK)开关排除过流故障电机，而(GK)手动开关处于高电位，对司机的人身是不够安全的；况且在司机室更没有明显的故障电机工位号显示和声光报警，使司机人工摔掉故障电机失去准确性。
本发明的目的是要克服原过流保护电路的上述三点缺陷，提供一套能与原过流保护电路相对接的，对六台牵引电机可单独实施灵敏过流保护与自动控制切换牵引发电机励磁电路，保证机车不间断运行的全自动控制系统装置。
本发明优点有(1)使用六个单元的可调式直流电机灵敏保护器对六台牵引电机单独作短路过流保护，每台电机过流动作值从400A～1050A独立可调。(2)在快速准确切断过流故障电机主电源的同时，又自动接通牵引发电机的励磁电源使发电机继续发电，保证其它牵引电机不间断运行，不要人工去手动(1GK)～(6GK)排故开关，保证了司机人身安全。(3)在前后司机室的显警屏上有数码管显示出故障电机的工位号并声光报警。(4)有复位按扭可对故障电机进行复位工作；有自检按扭可对单元保护器性能进行检查。
以下结合附图，对本发明系统装置详细叙述附
图1是本发明系统装置与东风4机车原过流保护的有关电路对接后的工作原理图，附图2是东风4型内燃机车有关部份电路图。
参照附图1、附图2一、(1)东风4型机车原过流保护控制的有关电路标出器件有(1D)、(2D)、(3D)、(4D)、(5D)、(6D)是六台410KW直流牵引电机；(11FL)、(12FL)、(13FL)、(14FL)、(15FL)、(16FL)是六台牵引电机主电路电流表分流器；(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)是控制六台牵引电机主电路直流接触器的工作线卷，而(1C1)、(2C1)、(3C1)、(4C1)、(5C1)、(6C1)是其常开主触头，(1CA)、(2CA)、(3CA)、(4CA)、(5CA)、(6CA)是辅助常开触头；(1GK)、(2GK)、(3GK)、(4GK)、(5GK)、(6GK)是手动排故开关；(LJ1)是过流保护继电器的常闭触头；(LC)是控制牵引发电机励磁电源直流接触器工作线卷；(2)本发明系统装置电路标出的器件有(WMH1)、(WMH2)、(WMH3)、(WMH4)、(WMH5)、(WMH6)是六台牵引电机灵敏过流保护器蕊块；(RJ1)、(RJ2)、(RJ3)、(RJ4)、(RJ5)、(RJ6)是过流保护灵敏继电器工作线卷；而(RJ1A)、(RJ2A)、(RJ3A)、(RJ4A)、(RJ5A)、(RJ6A)；(RJ1B)、(RJ2B)、(RJ3B)、(RJ4B)、(RJ5B)、(RJ6B)；(RJ1C)、(RJ2C)、(RJ3C)、(RJ4C)、(RJ5C)、(RJ6C)；(RJ1D)、(RJ2D)、(RJ3D)、(RJ4D)、(RJ5D)、(RJ6D)是其常开触头；(AC1)、(AC2)、(AC3)、(AC4)、(AC5)、(AC6)是六单元自动控制执行继电器工作线卷，而(AC1A)、(AC2A)、(AC3A)、(AC4A)、(AC5A)、(AC6A)是其常开触头，(AC1B)、(AC2B)、(AC3B)、(AC4B)、(AC5B)、(AC6B)是其常闭触头；(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)、(BG5)、(BG6)是保护器硅三极管；(WR1)、(WR2)、(WR3)、(WR4)、(WR5)、(WR6)是过流镇定调整电位器；(WR7)是自检调整电位器；(QA1)、(QA2)、(QA3)、(QA4)、(QA5)、(QA6)是保护器性能自检按扭；(TA1)、(TA2)、(TA3)、(TA4)、(TA5)、(TA6)是保护器复位按扭；(R1)、(R2)、(R3)、(R4)、(R5)、(R6)是降压电阻；(Z1)、(Z2)、(Z3)、(Z4)、(Z5)、(Z6)、(Z7)、(Z8)、(Z9)、(Z10)、(Z11)、(Z12)是保护二极管；(R7)音响块降压电阻；(K8)是装置投入与退出运行开关；(K7)是音响报警停止开关；(MR1)、(MR2)、(MR3)、(MR4)、(MR5)、(MR6)是六工位显示数码管；(1DX)、(2DX)、(3DX)、(4DX)、(5DX)、(6DX)是六单元红灯警示；(G)是报警喇叭；(IC)是音响集成块。
二、电路工作原理(1)合上装置投入工作开关(K8)，六单元保护器接入24V工作电压，同时(K8)又把常闭触头(LJ1)短接。(2)从编号“283”、“2008”接线输入控制电压110V使工作线卷(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)得电吸合，使主触头(1C1)、(2C1)、(3C1)、(4C1)、(5C1)、(6C1)闭合接通六台牵引电机主电路，又使其辅助触头(1CA)、(2CA)、(3CA)、(4CA)、(5CA)、(6CA)闭合，接通励磁直流接触器工作线卷(LC)电源使牵引发电机励磁电路导通，牵引发电机得到励磁电压后发出三相交流电经全波整流成直流电输送给六台牵引电机工作使机车进入运行工况。(3)由元件(11FL)、(WR1)、(QA1)、(WMH1)、(R1)、(RJ1A)、(BG1)、(RJ1)、(TA1)、(Z1)、(Z7)组成(1D)牵引电机(即第一单元)可调式灵敏过流保护器电路；数码管(MR1)是(1D)的工位号，(1DX)是(1D)报警红灯，(IC)与(G)是共用警笛声报警器，继电器(AC1)是(1D)过流保护励磁自动控制切换执行器件，其余(2D)、(3D)、(4D)、(5D)、(6D)的五个单元灵敏过流保护器电路元件和线路组成均与(1D)第一单元相同，五个单元工位号显示、红灯音响报警、过流保护励磁自动控制切换执行的器件和线路构成也与(1D)第一单元相同；由六个单元的灵敏过流保护器和励磁自动控制切换电路及工位显示、声光报警电路组合联接成本系统装置。(4)单台牵引电机过流保护和励磁自动控制切换的工作原理现以(3D)第三单元为例首先调整好(WR3)电位器，使(3D)过流动作值≥900A为佳(因额定电流是800A)；设机车在运行中若(3D)短路或过流时其值≥900A，在分流器(13FL)里产生一个约70MV电压输送给(WMH3)蕊块，这时(WMH3)的工作性能是当(3D)电流＜900A时，使三极管(BG3)基极为“O”电位，(BG3)处于载止状态，串接在集电极回路里的继电器(RJ3)线卷无电流不工作，这时(3D)是在正常运行工况；若(3D)电流≥900A时，(WMH3)使(BG3)基极跳变到高电位使其饱和导通，这时(RJ3)有电流通过吸合动作；由于继电器(RJ3)吸合工作，使其常开触头(RJ3A)、(RJ3B)、(RJ3C)、(RJ3D)变成常闭，这时促使系统控制电路发生如下变化当(RJ3A)闭合时，(BG3)三极管基极从(R3)降压电阻获取正电位自锁饱和导通使(RJ3)继电器线卷吸合不放；当(RJ3B)闭合时执行继电器线卷(AC3)得110V电压吸合工作，又由于(AC3)吸合工作，使其本身常开触头(AC3A)成常闭，常闭触头(AC3B)成常开，又因(AC3B)跳开，使直流接触器工作线卷(3C)失压而释放，并使主触头(3C1)跳开，自动关断(3D)牵引电机电源，达到保护(3D)目的；如上所述，这时(AC3A)已闭合，而(3C)线卷失压释放后又使串接在励磁控制回路里辅助触头(3CA)跳开，因(AC3A)与(3CA)触头是并联，这时(AC3A)的自动闭合短接了(3CA)的断开，自动切换了牵引发电机励磁控制电路的电源通路，此时不必司机再去手动(3GK)开关短接(3CA)的跳开了，完成了(3D)过流时自动切断本机电源的同时又自动接通牵引发电机励磁电源工作过程，保证了另外五台牵引电机继续正常运行；如上所述，由于(RJ3C)的闭合，使(MR3)数码管得6V电压“3”字亮，并联的(3DX)红灯亮，实现了故障电机工位号显示和红灯报警；如上所述，由于(RJ3D)闭合，使音响块(IC)和喇叭得电发出音响报警。(5)当按下(TA3)复位按扭时，三极管(BG3)和继电器(RJ3)失压复位，(3D)电机复位工作，放开(TA3)按扭时，若(3D)电机存在严重过流故障则又重复上述过流保护工作过程而使(3D)断电停机；若(3D)电机属瞬时短路过流故障，放开(TA3)后，(3D)可恢复正常运行。(6)按下自检按扭(QA3)时，(WMH3)蕊块从(WR7)电位器上得到一个70MV模拟过流电压使三极管(BG3)饱和导通，线卷(RJ3)吸合工作，发出声光报警；若(RJ3)不吸合无声光报警，说明第三单元保护器本身有故障，须及时检修。(7)断开(K8)开关，使六个单元过流保护器失去24V工作电压退出运行，同时失去(LJ1)常闭触头短接点，使过流保护的工作程序和性能恢复到机车原来状况，由(K8)开关控制着系统装置的投入与退出运行工况。(8)(1D)、(2D)、(4D)、(5D)、(6D)五个单元的保护器性能与工作原理，励磁自动控制切换程序及工位号显示，声光报警原理均同上述(3D)第三单元。
权利要求1.一种适用于东风内燃机车六台直流牵引电机作灵敏过流保护和自动控制切换励磁电路的系统装置，其特征是由六单元可调式直流牵引电机灵敏过流保护器联接成过流保护网络，牵引发电机励磁电源自动控制切换电路，故障电机工位号显示与红灯报警电路，音响报警电路，系统装置投入与退出运行电路联接而成。
2.按权利要求1所述，六单元可调式直流牵引电机灵敏过流保护器联接成过流保护网络的特征应该首先论证其中一个单元的灵敏过流保护器的电路特征是牵引电机(D)主电路里的电流分流器(FL)的正负极与保护器蕊块(WMH)正负端对应联接构成(D)电机短路、过流电信号输入电路，在电信号正极输入线里串联一只(WR)电位器用于调节输入电信号的大小而达到过流动作值从400A～1050A连续可调的目的；保护器蕊块(WMH)工作性能指标是当强电流大于过流动作整定值时则输出一个正电位给三极管(BG)基极，促使(BG)饱和导通，当强电流小于过流动作整定值时则输出“O”电位给三极管(BG)基极使之载止不工作，又从工艺上对(WMH)蕊块进行封结固化集成处理，构成本发明的(WMH)蕊块专有技术；三极管(BG)发射极并接在电源负端，灵敏控制继电器(RJ)线卷串接在(BG)集电极与复位按扭(TA)线路里，而(TA)另一端接在投入与退出运行开关(K8)上获取24V正极工作电压；电阻(R)把24V降压后供给(WMH)蕊块正极工作电压，继电器(RJ)常开触头(RJA)跨接在(R)和(BG)基极之间，当(RJA)闭合时(BG)基极即从(R)电阻上获取正电位自锁饱和导通；常闭复位按扭(TA)串接在正电源与继电器(RJ)线卷和电阻(R)线路里，按下(TA)时即切断了该单元保护器工作电压而构成保护复位电路；由上述三极管(BG)，继电器线卷(RJ)，按扭(TA)，常开触头(RJA)，(BG)集电极对(RJ)线卷的自感电势保护二极管(Z)及基极发射极保护二极管(Z)，电阻(R)构成单元保护器电子开关电路；模拟过流信号电压2V正极经(WR7)电位器衰减以后通过常开按扭(QA)与(WMH)蕊块正极相接，2V负极则与(WMH)负端联接构成单元自检电路；由上述元件和电路特征构成独立的单元可调式直流电机灵敏过流保护器，另外五个单元保护器的元件及电路特征与此相同；过流保护网络的特征还有把工作线卷(1C)和常闭触头(AC1B)，手动排故开关(1GK)三元件串联，(2C)、(AC2B)、(2GK)相串联，(3C)、(AC3B)、(3GK)相串联，(4C)、(AC4B)、(4GK)相串联，(5C)、(AC5B)、(5GK)相串联，(6C)、(AC6B)、(6GK)相串联后，(1C)、(2C)、(3C)、(4C)、(5C)、(6C)另端全部并联接在原机车控制电路编号“2008”正极端，(1GK)、(2GK)、(3GK)、(4GK)、(5GK)、(6GK)另端全部并联接在原机车控制电路编号“283”负极端，构成六台牵引电机过流自动关断主电源电路；把复位按扭(TA1)、(TA2)、(TA3)、(TA4)、(TA5)、(TA6)一端相并联接在(K8)开关24V电源正极，三极管(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)、(BG5)、(BG6)发射极并联接在电源负极构成六单元保护器复位与供电线路；把常常开按扭(QA1)、(QA2)、(QA3)、(QA4)、(QA5)、(QA6)一端并联接在(WR7)电位器的一端取2V模拟过流信号电源构成六单元保护器自检性能电路；由上述(WMH)蕊块专有技术，六单元灵敏过流保护器电路，过流自动关断主电源电路，保护器复位与供电线路，保护器自检性能电路组合联接成六单元可调式直流牵引电机灵敏过流保护网络的特征。
3.按权利要求1所述牵引发电机励磁电源自动控制切换电路的特征是执行继电器工作线卷(AC1)与控制继电器(RJ1)的常开触头(RJ1B)相串联，(AC2)与(RJ2B)串联，(AC3)与(RJ3B)串联，(AC4)与(RJ4B)串联，(AC5)与(RJ5B)串联，(AC6)与(RJ6B)串联后，其六只(AC)工作线卷另端全部并联接在电源负极，六只(RJB)常开触头另端全部并联接在110V电源正极，构成励磁通路自动翻转电路；而控制牵引发电机励磁电源通路的直流接触器工作线卷(LC)供电电路是从原机车保护电路编号“2039”正端开始→(LC)线卷→(AC1A)、(1CA)、(1GK)并联网络→(AC2A)、(2CA)、(2GK)并联网络→(AC3A)、(3CA)、(3GK)并联网络→(AC4A)、(4CA)、(4GK)并联网络→(AC5A)、(5CA)、(5GK)并联网络→(AC6A)、(6CA)、(6GK)并联网络→(LJ1)、(K8)并联网络→原机车保护控制电路编号“272”负极构成牵引发电机励磁通路的控制线路。
4.按权利要求1所述故障牵引电机工位号显示与红灯报警电路特征是发光数码管(MR1)与报警红灯(1DX)并联后又与控制继电器常开触头(RJ1C)串联，(MR2)、(2DX)并联后与(RJ2C)串联，(MR3)、(3DX)并联后与(RJ3C)串联，(MR4)、(4DX)并联后与(RJ4C)串联，(MR5)、(5DX)并联后与(RJ5J)串联，(MR6)、(6DX)并联后与(RJ6C)串联后，数码管和红灯另一端全部并联接在电源负极，而六只常开触头另一端全部并联接入6V电源正极。
5.按权利要求1所述音响报警电路的特征是控制继电器常开触头(RJ1D)、(RJ2D)、(RJ3D)、(RJ4D)、(RJ5D)、(RJ6D)全部并联后，一端接在音响块(IC)正端，另端经过降压电阻(R7)串联音响停止开关(K7)后由(K7)接入工作电压6V正极，音响块负端与电源负相接。
6.按权利要求1所述系统装置投入与退出运行电路的特征是双刀双掷开关(K8)，其一组开关并接在常闭触头(LJ1)里，另一组串接在24V电源正极，当(K8)闭合时，系统装置得电投入运行，断开时则失压退出运行。
专利摘要本系统装置专为我国铁路运输部门的东风内燃机车大功率直流牵引电机分别作短路、过流保护，若行车中某台牵引电机短路过流时，装置能快速准确将该机电源切断并自动接通励磁电路，使其它牵引电机继续工作，保证机车不间断运行，并在司机室显示出故障电机工位号和声光报警而研制。系统装置保护性能好，自动化程度高，工作灵敏可靠，防震寿命长，能与原机车电路对接并可分可合。主要由过流保护网络、励磁自动控制切换电路和数码显示、声光报警电路组成。
文档编号H02H3/04GK2134738SQ9222813
公开日1993年5月26日 申请日期1992年7月16日 优先权日1992年7月16日
发明者汪茂辉, 汪四荣 申请人:汪茂辉, 汪四荣