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        APM車輛接地檢測(cè)電路的研究

        2021-09-10 21:54:12劉東亮趙俊鵬朱冬進(jìn)包佳健王振
        交通科技與管理 2021年8期
        關(guān)鍵詞:檢測(cè)

        劉東亮 趙俊鵬 朱冬進(jìn) 包佳健 王振

        摘 要:軌道交通車輛良好的接地狀態(tài)是保證車輛運(yùn)行的安全條件之一。APM膠輪系統(tǒng)與鋼輪系統(tǒng)的輪對(duì)型式不同,為了保持膠輪系統(tǒng)的接地,通過(guò)接地靴滑觸接地保證接地的連續(xù)性,另外,APM車輛接地和回流分開,因此為了獲得接地靴的接地狀態(tài),研究了一種專門檢測(cè)接地靴接地狀態(tài)的電路檢測(cè)接地狀況,本文研究了一種軌道交通領(lǐng)域APM膠輪系統(tǒng)車輛的接地靴狀態(tài)檢測(cè)裝置,并對(duì)所實(shí)現(xiàn)的電路進(jìn)行了陳述。

        關(guān)鍵詞:接地;APM;膠輪;檢測(cè)

        地鐵車輛一般為鋼輪運(yùn)行系統(tǒng),整個(gè)車輛的接地系統(tǒng)通過(guò)鋼輪直接和大地接地,由于APM膠輪系統(tǒng)不通過(guò)輪對(duì)保持接地,而通過(guò)單獨(dú)設(shè)置接地靴保持接地狀態(tài)良好,而接地靴是通過(guò)滑觸的方式和接地軌進(jìn)行接觸并且和回流是分開的,動(dòng)態(tài)接觸的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的,需要對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),因此研究了一種接地靴和接地軌接觸狀態(tài)檢測(cè)的電路來(lái)獲得APM車輛接地靴接地的狀態(tài),此狀態(tài)可以作為車輛控制策略的輸入以確保車輛的安全運(yùn)行。

        1 接地環(huán)路分析

        APM車輛接地回路通過(guò)車輛的2個(gè)接地靴(GROUND SHOE 1 和GROUND SHOE 2)、接地板(GROUND PAD 1 和GROUND PAD 2)、剛性接地軌(RIGID GROUND RAIL)接地行成一個(gè)環(huán)路,接地板和車體(VEHICLE BODY)連接,通過(guò)在接地環(huán)路上產(chǎn)生一個(gè)7 kHz電流信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電流回路的狀態(tài)檢測(cè)。如下圖所示設(shè)置一個(gè)接地檢測(cè)電路板(GSLDB)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的觸發(fā),并且通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)將電流信號(hào)反饋到接地回路中,如上圖1所示。每個(gè)接地檢測(cè)裝置有一個(gè)GSLDB和有一個(gè)外部變壓器(TRANSFORMER)組成,每輛車設(shè)置兩套接地檢測(cè)裝置。

        單車接地回路中的電流信號(hào)方向如下圖2所示。

        多條回路對(duì)接地檢測(cè)電路板同樣有效,接地檢測(cè)電路因此對(duì)連掛的車輛有效,為了更清晰的理解,可以參見(jiàn)圖3的4個(gè)接地檢測(cè)裝置的兩個(gè)電流路徑(藍(lán)色和紫色),紅色和橙色的電流路徑類似。例如:當(dāng)去掉或者接地電阻大于4 Ω并大于5 s,藍(lán)色接地檢測(cè)裝置對(duì)應(yīng)的接地靴將會(huì)導(dǎo)致藍(lán)色的接地檢測(cè)裝置報(bào)警。

        2 接地檢測(cè)控制電路原理

        利用PWM控制器芯片UC1842驅(qū)動(dòng)MOS開關(guān)管,使印刷電路板(PCB)上反激式變壓器正常工作,連接至外部電流互感器原邊;外部電流互感器的副邊接到列車車輪與鐵軌兩端,當(dāng)外部電流互感器副邊兩端的阻值RG發(fā)生變化時(shí),使電流互感器副邊的電流發(fā)生變化,根據(jù)變壓器的基本原理,電流互感器的原邊電流也發(fā)生變化,然后利用電流檢測(cè)電阻R11,通過(guò)R11電壓值的變化來(lái)檢測(cè)其電流的變化,然后通過(guò)利用兩個(gè)運(yùn)算放大器控制電壓的變化,實(shí)現(xiàn)LED的點(diǎn)亮熄滅及繼電器的閉合斷開控制。

        當(dāng)電阻RG>4 Ω時(shí),互感器副邊電流減小,原邊電流增大,R11電壓值增大,通過(guò)QA1A積分運(yùn)算放大器電路和QA1B比較器,最終輸出低電平(R14與R15之間電壓),因此LED延遲5 s后熄滅,繼電器斷開;

        當(dāng)電阻RG<4 Ω時(shí),互感器副邊電流增大,原邊電流減小,R11電壓值減小,通過(guò)QA1A積分運(yùn)算放大器電路和QA1B比較器,最終輸出高電平(R14與R15之間電壓),因此LED延遲5 s后點(diǎn)亮,繼電器閉合;

        當(dāng)按下測(cè)試按鈕SW1時(shí),因?yàn)閁C1842的反饋電壓VFB變小,導(dǎo)致UC1842的輸出脈沖方波寬度變大,使反激式變壓器兩端電壓增大,最終導(dǎo)致R11兩端的電壓增大,通過(guò)QA1A積分運(yùn)算放大器電路和QA1B比較器,最終輸出低電平(R14與R15之間電壓),因此LED延遲5 s后熄滅,繼電器斷開。

        電路板主要電流回路和輸入在圖4中顯示,電路板在一款“1842”脈沖寬度調(diào)制控制芯片上運(yùn)行。芯片設(shè)定在7 Hz最大占空比為50%。一個(gè)0.2 Ω的電阻用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)Q1開關(guān)的電流。電路使用兩個(gè)變壓器,一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)固定的電阻給接地檢測(cè)電路,另一個(gè)位于接地檢測(cè)裝置上的變壓器。每個(gè)變壓器都提供額外的線圈接到二極管上,二極管可以將電流反饋回電路后將能量消耗。

        其中,點(diǎn)位1和2分別為控制電源DC24V的正和負(fù),點(diǎn)位4、5、6為變壓器原邊輸出,點(diǎn)位10、11為內(nèi)部繼電器K1的輸出,點(diǎn)位7和8短接,點(diǎn)位3和9短接。

        檢測(cè)是在雙運(yùn)放電路上完成的,圖4所示。QA1A積分運(yùn)算放大器電路作為一個(gè)積分電路和連接到0.2 Ω的感應(yīng)電阻(R11,圖4)。當(dāng)前端檢測(cè)電流環(huán)路檢測(cè)電阻接近4 Ω,電阻上的電壓和電路板上控制好的電壓進(jìn)行比較以使QA1A積分運(yùn)算放大器電路的狀態(tài)改變。

        當(dāng)前端電流回路電阻小于4 Ω,QA1A積分運(yùn)算放大器電路的輸出是有效的,并且穩(wěn)壓二極管調(diào)節(jié)器通過(guò)一個(gè)時(shí)間常數(shù)輸出一個(gè)恒定的10 V電壓給QA1B。選擇合適的電阻和電容值來(lái)保證QA1B能夠有5 s的延遲改變狀態(tài)。QA1B用來(lái)通過(guò)晶閘管Q2提供一個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出給繼電器K1。相反的,當(dāng)電流回路電阻超過(guò)4 Ω,過(guò)程是相反的,時(shí)間常數(shù)保證輸出繼電器K1保持4 s~6 s。

        第二個(gè)變壓器安裝在電路板上產(chǎn)生一個(gè)固定的電阻給第一個(gè)變壓器作為一個(gè)短路接地環(huán)路電阻來(lái)斷開電路。通過(guò)Q1的峰值電流是5 A,當(dāng)?shù)碗娮锠顟B(tài),電流比較大,“1842”芯片會(huì)限制占空比小于50%,并保持5 A的最大電流。當(dāng)電能量從接地回路返回,壓敏電阻TZ1和TZ2一起使用并聯(lián)在電阻CR3上用來(lái)限制Q1上的電壓。在最惡劣的情況下Q1短路,熔斷器F1用來(lái)提供故障安全保護(hù)。這確保電路在斷電并且繼電器不被激活,并指示故障。

        如果每個(gè)單獨(dú)的電流環(huán)路的電阻小于4 Ω,每個(gè)接地檢測(cè)電路板將會(huì)發(fā)出一個(gè)24 V的電壓信號(hào)。如果接地檢測(cè)裝置的24 V輸入電源消失或者接地環(huán)路電阻大于4 Ω大于5 s,接地檢測(cè)電路板將會(huì)斷開輸出觸點(diǎn)。每輛車上的兩個(gè)接地檢測(cè)輸出的觸點(diǎn)串聯(lián),只要有一個(gè)斷開,就給車輛控制系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。并設(shè)置5 s的延遲時(shí)間保證車輛接地靴在運(yùn)行過(guò)程中有可能發(fā)生跳動(dòng)而產(chǎn)生誤報(bào)警,保證給車輛控制系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確性。

        3 結(jié)論

        傳統(tǒng)的接地檢測(cè)電路只檢測(cè)接地狀態(tài)的通斷,不檢測(cè)接地電路的接觸電阻,但是由于接地靴在接地軌上有可能跳動(dòng)導(dǎo)致接觸不良,僅僅通過(guò)檢測(cè)開關(guān)量有可能給車輛誤報(bào)警,因而設(shè)計(jì)了一種可以檢測(cè)接地電阻大小并且設(shè)置延遲的電路,通過(guò)將接地狀態(tài)7 kHz電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)電阻值改變晶閘管控制繼電器狀態(tài)信號(hào)發(fā)送到車輛控制系統(tǒng),此電路應(yīng)用在以APM車輛為代表的膠輪系統(tǒng)中,可以很好的為車輛提供了接地狀態(tài)檢測(cè),為車輛安全運(yùn)行提供信號(hào)輸入。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張坤,袁文燁,劉翔,等.懸掛式單軌牽引回流接地故障檢測(cè)保護(hù)機(jī)制研究[J].機(jī)車電傳動(dòng),2018(6):84-88.

        [2]王龍,陳金龍,張賓,等.跨座式單軌車接地保護(hù)設(shè)計(jì)[J].機(jī)車電傳動(dòng),2018(6):111-114.

        [3]孫國(guó)斌,楊其林,馬法運(yùn).軌道交通車輛變流系統(tǒng)接地故障檢測(cè)機(jī)制的研究[J].鐵道車輛,2018(7):1-5.

        [4]樊燁.配電網(wǎng)接地線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)及裝置開發(fā)研究[J].華南理工大學(xué),2018(6):81.

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