鐵路信號(hào)大站直流電源屏設(shè)計(jì)

（西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

鐵路信號(hào)電源屏是為鐵路信號(hào)設(shè)備供電的重要設(shè)備，是鐵路信號(hào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證，也是鐵路運(yùn)輸安全運(yùn)行的基本保障，由于電源不可靠，造成信號(hào)設(shè)備不能正常工作，輕則打亂正常運(yùn)輸秩序，重則會(huì)導(dǎo)致列車脫軌、顛覆或沖突，將造成極其嚴(yán)重的行車事故，帶來(lái)不可挽回的損失。

鐵路信號(hào)大站直流電源屏主要為大站直流信號(hào)設(shè)備供電，為直流信號(hào)繼電器、直流轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源和閉塞電路供電。大站信號(hào)直流電源屏首先要保證供電的可靠性，確保供電的正常；其次，大站信號(hào)直流電源屏要確保提供的電壓穩(wěn)定，不能因外電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)荷變動(dòng)而影響直流信號(hào)設(shè)備正常的工作；再次，大站信號(hào)直流設(shè)備要保證供電設(shè)備安全，不能使電設(shè)備燒壞或影響其正常工作。同時(shí)，確保工作人員的安全，不能出現(xiàn)危及電務(wù)人員的安全隱患[1]。

鐵路信號(hào)大站直流電源屏主要有繼電器動(dòng)作電源模塊、直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源模塊、閉塞電路模塊和指示燈電路模塊四大模塊構(gòu)成，各個(gè)模塊各盡其職，發(fā)揮各自的作用。

1 繼電器動(dòng)作電源模塊

該電路模塊主要為直流信號(hào)繼電器供電。主要包括三部分：三相全波整流電路、過(guò)流防護(hù)電路和過(guò)壓防護(hù)電路。其主要器件中1ZK、3ZK 為斷路器，JDB 為三相變壓器，1GZ 為三相整流橋，1FL 為分流器，JDJ 為直流無(wú)極繼電器。

電路的主要工作原理是采用三相三線制將380V 的三相交流電加到1ZK 上，然后供到三相變壓器JDB 上，三相變壓器采用星形接法；三相變壓器變壓以后供給三相整流橋1GZ，經(jīng)過(guò)1GZ 整流以后，通過(guò)1GZ 的“+”端子輸出直流電，經(jīng)過(guò)3ZK 將直流電供給所需的直流信號(hào)繼電器上。電壓表用來(lái)檢測(cè)輸出電壓的大小，電流表用來(lái)測(cè)量輸出電流的大小。而JDJ 繼電器主要用來(lái)控制供電是否正常指示燈。

1.1 三相全波整流電路

三相全波整流電路有六個(gè)整流二極管構(gòu)成；三相全波整流電路導(dǎo)電規(guī)律是由電壓最高的一相出發(fā)，經(jīng)過(guò)有關(guān)的整流元件和負(fù)載，回到電壓最低的一相去。在負(fù)載上就得到較為平直的電壓，其瞬時(shí)值就是瞬間的線電壓，負(fù)載上電壓的平均值比變壓器副邊的相電壓有效值提高了2.34倍。

三相全波整流電路的輸出電壓比較平直，脈動(dòng)系數(shù)僅為0.057，而單相半波整流電流為1.57，單相全波整流電路為0.67，所以本電路沒(méi)有濾波電路。每隔1/6 周期，三相電壓的高低對(duì)比發(fā)生一次變化，整流二極管的導(dǎo)電順序就變動(dòng)一次，每次只變動(dòng)導(dǎo)通兩個(gè)管子中的一個(gè)，每個(gè)二極管在一個(gè)周期中只有1/3 時(shí)間是導(dǎo)通的。因此，流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流只是負(fù)載電流的1/3。各個(gè)二極管所承受的最高反向電壓發(fā)生在線電壓的最大值時(shí)，為相電壓最大值的倍，也就是說(shuō)輸出電壓平均值的1.05 倍。

1.2 過(guò)流防護(hù)電路

在整流電路發(fā)生過(guò)載、負(fù)載短路或元件短路的情況下，流過(guò)整流元件的電流往往超過(guò)額定值很多倍，就有可能損壞整流元件，因此必須采取過(guò)流防護(hù)保護(hù)，可采用斷路器來(lái)進(jìn)行過(guò)流防護(hù)。輸入斷路器1ZK 用來(lái)防護(hù)元件短路的情況，輸出斷路器3ZK 用來(lái)防護(hù)過(guò)載和負(fù)載短路的情況。過(guò)流時(shí)，斷路器分?jǐn)?，斷開電源，從而使整流電路得到防護(hù)。

1.3 過(guò)壓防護(hù)電路

接通或斷開整流電路以及斷路器分?jǐn)唷㈦娫磦?cè)侵入的浪涌電壓等，都會(huì)造成過(guò)電壓，將超過(guò)額定值許多倍，過(guò)電壓會(huì)擊穿整流元件，為此在整流電路輸出端并聯(lián)了C1 和R1 串聯(lián)而成的浪涌吸收器，來(lái)進(jìn)行過(guò)壓防護(hù)。

直流電壓表V1 和直流電流表A1 用來(lái)測(cè)量輸出電壓和電流，和A1并聯(lián)的是分流器1FL。在測(cè)量較大的直流電流時(shí)，用分流器來(lái)擴(kuò)大電流表的量程，因分流器分流，流過(guò)電流表的電流只是其中一部分，這是分流器和電流表精密配合的體現(xiàn)。

三相全波整流電路額定輸出電壓為24V，改變整流變壓器JDB 原邊的抽頭可獲得26V、28V。

2 直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源模塊

該電路模塊主要為直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)供電。主要包括三部分：三相全波整流電路、過(guò)流防護(hù)電路和過(guò)壓防護(hù)電路。其主要器件中2ZK、4ZK 為斷路器，DZB 為三相變壓器，2GZ 為三相整流橋，2FL 為分流器，DZJ 為直流無(wú)極繼電器。

圖1

圖2

電路的主要工作原理是采用三相三線制將380V 的三相交流電加到2ZK 上，然后供到三相變壓器DZB 上，三相變壓器DZB 采用星形接法；變壓以后供給三相整流橋2GZ，經(jīng)過(guò)2GZ 整流以后，通過(guò)2GZ 的“+”端子輸出直流電，經(jīng)過(guò)4ZK 將直流電供給所需的直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)（如圖1）。電壓表用來(lái)檢測(cè)輸出電壓的大小，電流表用來(lái)測(cè)量輸出電流的大小，而DZJ 繼電器主要用來(lái)控制供電是否正常指示燈。

三相全波整流電路的工作原理與直流繼電器動(dòng)作電源模塊的原理一樣，只不過(guò)通過(guò)引入三相三線制的380V 交流電，經(jīng)三相全波整流，輸出220V 直流電，供給電動(dòng)轉(zhuǎn)轍。同時(shí)選用的器件的容量、規(guī)格有差異。通過(guò)改變整流變壓器DZB 的不同抽頭，可獲得210V、230V 和240V 電壓[2]。

而過(guò)流防護(hù)電路和過(guò)壓防護(hù)電路與直流繼電器動(dòng)作電源模塊的原理一樣，只不過(guò)選用的器件的容量、規(guī)格有差異，在此不詳細(xì)敘述。

3 閉塞電路模塊

閉塞電源模塊由變壓器ZFB 隔離、變壓，其副邊有四個(gè)線圈，其中線圈Ⅱ的輸出經(jīng)過(guò)整流器4GZ 供給閉塞電源I，線圈Ⅲ的輸出經(jīng)過(guò)整流器5GZ 供給閉塞電源Ⅱ，線圈Ⅳ的輸出經(jīng)過(guò)整流器6GZ 供給上行方向電源，線圈Ⅳ的輸出經(jīng)過(guò)整流器7GZ 供給下行方向電源。各個(gè)線圈都有24V、36V、48V、60V 的不同抽頭，可根據(jù)實(shí)際需要選用。其主要器件中9ZK、5ZK、6ZK、7ZK、8ZK 為斷路器，ZFB 為單相變壓器，4GZ、5GZ、6GZ、7GZ 為單相整流橋，Z1J、Z1J、SFJ、XFJ 為直流無(wú)極繼電器。W1、W2 為電位器。

電路的主要工作原理是將220V 的單相交流電電加到9ZK 上，然后供到單相相變壓器ZFB 上；變壓以后分別供給單相整流橋4GZ、5GZ、6GZ、7GZ，經(jīng)過(guò)4GZ、5GZ、6GZ、7GZ 整流以后，通過(guò)4GZ、5GZ、6GZ、7GZ 的“+”端子輸出直流電，經(jīng)過(guò)5ZK、6ZK、7ZK、8ZK 將直流電供給所需的閉塞電路上。而Z1J、Z1J、SFJ、XFJ 繼電器主要用來(lái)控制供電是否正常的指示燈（如下圖3）。

4 指示燈電路模塊

指示燈電路模塊主要用來(lái)指示繼電器動(dòng)作電源模塊、直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源模塊和閉塞電路模塊是否正常供電。DB 為點(diǎn)燈變壓器，向各表示燈提供電源。

電路的主要工作原理是將220V 的單相交流電電加到10ZK 上，然后供到單相相變壓器DB 上；變壓以后分別供給1BD、2BD、3BD、4BD、5BD、6BD。

圖3

當(dāng)繼電器動(dòng)作電源模塊給直流繼電器供電正常時(shí)，JDJ繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈1BD 亮；當(dāng)直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電源模塊給直流轉(zhuǎn)轍機(jī)供電正常時(shí)，DZJ繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈2BD 亮；當(dāng)閉塞電路模塊中閉塞I 供電正常時(shí)，Z1J 繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈3BD 亮；當(dāng)閉塞電路模塊中閉塞Ⅱ供電正常時(shí)，Z2J 繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈4BD亮；當(dāng)閉塞電路模塊中上行方向供電正常時(shí)，SFJ 繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈5BD 亮；當(dāng)閉塞電路模塊中下行方向供電正常時(shí)，XFJ 繼電器勵(lì)磁吸起，其指示燈6BD 亮；其中SFJ 電路中串聯(lián)W1 電位器，XFJ 電路中串聯(lián)W2 電位器，主要目的是為了調(diào)整它們的動(dòng)作值（如上圖2）。