崔新

（西安中車永電捷通電氣有限公司，陜西 西安710000）

1 概述

隨著鐵道車輛的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，旅客列車的乘坐舒服性越來(lái)越好，空調(diào)機(jī)組在鐵道車輛上得到廣泛的應(yīng)用。雖然我國(guó)的列車空調(diào)技術(shù)起步晚，現(xiàn)在還相對(duì)處于落后狀態(tài)；但這些年我國(guó)列車空調(diào)技術(shù)發(fā)展速度也很快，技術(shù)也越來(lái)越成熟。隨著近年來(lái)軌道交通行業(yè)的全面國(guó)產(chǎn)化，空調(diào)機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化也是勢(shì)在必得。在空調(diào)機(jī)組國(guó)產(chǎn)化后，低壓繼電器作為空調(diào)裝置的重要部件，長(zhǎng)期來(lái)從日本、美國(guó)等地采購(gòu)，購(gòu)貨周期長(zhǎng)，價(jià)格較貴。隨著軌道交通行業(yè)國(guó)產(chǎn)化步伐的快速發(fā)展，低壓繼電器的國(guó)產(chǎn)化，可以大大縮短了購(gòu)貨周期，并且國(guó)產(chǎn)化低壓繼電器價(jià)格較低。繼電器(Relay)，也稱電驛，是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。低電壓繼電器，簡(jiǎn)稱UV，它的主要用途在于當(dāng)系統(tǒng)的異常電壓下降時(shí)，低電壓繼電器動(dòng)作而使斷路器斷開，保護(hù)空調(diào)控制裝置免遭損壞。該低壓繼電器使用于空調(diào)裝置中，用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)電壓，網(wǎng)絡(luò)輸入電壓值A(chǔ)C400V，波動(dòng)范圍（-37%～+24%）的條件，網(wǎng)絡(luò)電壓經(jīng)過(guò)變壓器后輸入到低壓繼電器，低壓繼電器輸出至空調(diào)控制裝置的觸頭為常開。當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，繼電器輸出閉合，空調(diào)裝置正常運(yùn)行；當(dāng)輸入電壓低時(shí)，繼電器輸出斷開，空調(diào)裝置降模式運(yùn)行。

2 低壓繼電器硬件電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的低壓繼電器應(yīng)用于CRH380CL 空調(diào)機(jī)組，低壓繼電器檢測(cè)電壓為AC195.5V±1V，滯回電壓AC18V±1V。該低壓繼電器低壓檢測(cè)范圍為AC150V～AC210V，即通過(guò)調(diào)節(jié)外部的旋鈕電阻，來(lái)選擇檢測(cè)的低壓范圍，可廣泛應(yīng)用于其它低壓檢測(cè)裝置。

電路設(shè)計(jì):

由于該器件放置于空調(diào)裝置的繼電器盤，因此體積較小，PCB 板面積不到3m2，在硬件電路設(shè)計(jì)中有以下難點(diǎn)：a.基準(zhǔn)電壓精度要求較高且不隨外圍環(huán)境的變化而變化；b. 繼電器供電電源電路的設(shè)計(jì)。

2.1 基準(zhǔn)電壓電路?；鶞?zhǔn)電壓是用來(lái)檢測(cè)外部輸入電壓的參考值，要求波動(dòng)小、精度高且不受外部環(huán)境的影響。將外部輸入需要檢測(cè)的交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器，先把高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流堆將交流電壓調(diào)理成直流電壓，整流堆在器件選型時(shí)，要注意隨著溫度的增加漏電流不變，否則會(huì)導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓隨著溫度的變化而波動(dòng)。由于該輸出電壓是比較器的基準(zhǔn)端，因此在輸出端加了RC 濾波和支撐電容以及穩(wěn)壓管等，使電壓不會(huì)隨著輸入電壓的波動(dòng)，導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓值有較大波動(dòng)。在電壓的輸出端加穩(wěn)壓管，防止外界電壓過(guò)高而損壞電路中其他器件。詳細(xì)電路見圖1。

2.2 檢測(cè)調(diào)節(jié)電路。檢測(cè)調(diào)節(jié)電路用來(lái)調(diào)節(jié)外部輸入欠壓值檢測(cè)值，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變輸入至比較器正端的電壓。VR1、VR2、VR3 為調(diào)節(jié)檢測(cè)低壓的范圍，其中VR1 旋鈕電阻，安裝在繼電器的外部，可以從外部進(jìn)行調(diào)節(jié)需要檢測(cè)的電壓值，該值確定后，使用固體膠（耐高溫KE-45-T）將其固定；VR2、VR3焊接在繼電器的內(nèi)部，其中VR2 是粗調(diào)，VR3 是微調(diào)；檢測(cè)低壓范圍：AC140V～AC220V。本項(xiàng)目要求的檢測(cè)電壓為AC195.5V±1V，滯回電壓AC18V±1V。電路見圖2。

圖2 檢測(cè)電壓調(diào)節(jié)電路

2.3 繼電器控制電路。繼電器控制電路通過(guò)比較器的輸出來(lái)控制三極管的導(dǎo)通與截止，比較器的IN- 為參考電壓輸入端，與外部輸入電壓VIN進(jìn)行比較，判斷被檢測(cè)電壓值后，來(lái)控制繼電器的通斷，輸出至空調(diào)控制裝置。由于比較器的輸出高電平為9.1V，因此需要在比較器的輸出端和三極管之間加穩(wěn)壓管和限流分壓電阻。

圖3 控制電路

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求，低壓繼電器需滿足滯回電壓。輸入電壓高于AC391V，輸入至低壓繼電器電壓為AC195.5V，繼電器輸出閉合，當(dāng)輸入電壓低于AC355V 時(shí)，輸入至低壓繼電器電壓為AC177.5V，繼電器輸出斷開。該低壓繼電器除了可以用來(lái)檢測(cè)網(wǎng)壓外，還具有檢測(cè)過(guò)分相功能。測(cè)試結(jié)果見圖4。

圖4 過(guò)分相測(cè)試

3 性能對(duì)比

目前動(dòng)車組空調(diào)控制裝置中的低壓繼電器使用的是三菱生產(chǎn)的，國(guó)產(chǎn)化繼電器與三菱繼電器的性能基本相同，并且國(guó)產(chǎn)化繼電器的檢測(cè)低壓的范圍比三菱的繼電器范圍廣。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 檢測(cè)范圍對(duì)比

按照次輪五級(jí)修標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行公里數(shù)為480 萬(wàn)公里，一般在20～30 公里一個(gè)分相區(qū)，全壽命內(nèi)動(dòng)作次數(shù)：25 萬(wàn)次以上。國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)輸出觸點(diǎn)動(dòng)作次數(shù)與三菱繼電器相同，動(dòng)作次數(shù)為30 萬(wàn)次。國(guó)產(chǎn)化低壓繼電器輸出觸點(diǎn)電流參數(shù)與三菱相同，見表2。

表2 觸點(diǎn)電流

4 結(jié)論

根據(jù)上述性能對(duì)比，國(guó)產(chǎn)化低壓繼電器的性能及其壽命與目前動(dòng)車組空調(diào)裝置使用的三菱繼電器相同。并且國(guó)產(chǎn)化繼電器具有價(jià)格低，采購(gòu)周期短等特點(diǎn)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)高鐵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的步伐又推進(jìn)了一步。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院繼電器行業(yè)研究小組分析認(rèn)為，我國(guó)繼電器產(chǎn)業(yè)從“制造大國(guó)”向“創(chuàng)造大國(guó)”轉(zhuǎn)變的步伐將逐漸加快，從出口拉動(dòng)向內(nèi)需、出口并駕齊驅(qū)的局面將日益凸顯，特別是高端產(chǎn)品攻克提升后，內(nèi)需推動(dòng)的趨勢(shì)會(huì)更加明朗。