25Hz相敏轨道电路第三章25赫电源系统.docx
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25Hz相敏轨道电路第三章25赫电源系统
第三章25赫电源系统
25赫电源由铁磁参数变频器将50赫电源变成25赫电源。
变频器按磁路系统分为两种,一种是分离磁路,即口字型变频器;另一种是混合磁路,即田字型变频器。
田字型变频器因结构的特点,25赫电压中含有50赫谐波分量小,一般不大于2.5%,可用于25赫轨道电路中局部线圈供电,25赫轨道电路的轨道供电可用口字型变频器。
当然也可以采用田字型变频器。
第一节分离磁路变频器工作原理
铁磁变频器是由两个相同的口字型铁芯构成两个单独的磁路Ⅰ和Ⅱ,此两个铁芯上共有三个绕组,其中外侧两个芯柱上为一次绕组线圈W1(50周绕组),两绕组正向串联后经整流二极管D接于220伏50赫交流电源,中间芯柱上为谐振绕组WC(25周绕组),并与电容C并联,构成25周谐振槽路,如图3-1所示。
图3-1图3-2
由于一次侧面绕组是正向串联,并匝数相同铁芯相同,所以产生的磁通Φ1与Φ2相等,在中心柱上的磁通Φ1与Φ2方向相反,相互抵消,因此在一、二次绕组之间没有直接的磁通耦合作用,其能量传递是在参数激励振荡过程中完成的,由激励振荡开始到稳定其过程如下:
1、当电源合闸瞬间,交流220V50Hz电流I1经二极管D流入一次绕组WI,在其上产生磁通Φ1和Φ2,由于两个绕组WI相同是正向串联,因此在中间芯柱中的磁通Φ1与Φ2方向相反,但由于两个铁芯不完全对称,因此在中间芯柱中的两个方向的磁通Φ1、Φ2不可能完全抵消,必有一部分磁通(如Φ2>Φ1)在绕组WC中感应出电压,根据左手定则,产生12(磁生电),从而有电流12向电容器C充电,右边正,左边负,于是磁场能转变成电场能。
参见图3-2。
2、当电源电流经负半周时,见图3-3由于半波整流,此时一次绕组WI没有输入电流,I1=0,所以Φ1=Φ2=0,储存在电容C里的电能释放出来,转变成磁场能,这时电容C以IC向谐振绕组WC放电,从而使在中间芯柱上产生磁通ΦC。
根据右手定则ΦC的方向向下(电生磁)。
图3-3图3-4
3、在电容C未放完电的情况下,电源电流又经过正半周时见图3-4,在一次绕组WI中又有I1流入,于是又产生磁通Φ1、Φ2,使在铁芯“II”中的磁通是Φ2+ΦC,在铁芯“I”中的磁通Φ1-ΦC,于是使铁芯II饱和,电感L变小,铁芯I不饱和,L大。
I磁路WI与WC产生互感。
因为电源的输入能量必须大于输出能量,所以Φ1>ΦC,因此根据左手定则(磁生电),12的方向为图上方向。
给C充电,于是VC左端为正,右边为负,为规定值的正值。
4、当电源电流又经过负半周时见图3-5,一次侧又没有输入电流I1=0,Φ1=Φ2=0,储存在电容器C上有电能再次向绕组WC放电,在中间芯柱上产生了磁通ΦC,根据右手定则,此时ΦC方向与图3-2时的方向相反(电生磁),这时互感为0。
5、在C未放完电并电源正半周到来时见图3-6,线圈WI中又有I1流入,于是在铁芯中产生了Φ1,Φ2,此时在铁芯II中的Φ2与ΦC相反,使铁芯II不饱和,L大。
在铁芯I中的Φ1与ΦC同相,铁芯I饱和,电感变小,因为(电源的输入能量大于输出能量)Φ2>ΦC,根据左手定则,使线圈WC中又感应出电流I2,又给电容C充电,完成了磁场能转变成电场能,VC的值为规定方向的负值。
这时,II磁路上的W1对WC有互感。
图3-5图3-6
6、当电源电流又经半周时,见图3-7又回到上面2所述过程,C给WC放电,在中间磁柱上产生ΦC。
图3-7图3-8
将图3-2至3-7划为波形图,如图3-8
(1)为50Hz220V的波形
(2)为输入电源I1的波形
(3)为谐振电容上波形,即25赫输出波形
(4)为磁路I、II的电感变化
(5)(+)为I磁路上W1,对WC的互感
(-)为II磁路上W1,对WC的互感
图中A为图3-4时波形;B为图3-5时波形;C为图3-6时波形;D为图3-7时波形;
由图3-8中A到D,我们可以看出:
a.一次侧输入50Hz电流变化二个周期,才能使二次侧谐振槽路完成一个振荡周期,因此输入电源的50Hz交流电变成了25Hz输出的交流电。
b.二次侧线圈电感的变化与互感的变化周期同50赫。
c.在起振过程中,外部电源的输入能量必须大于系统本身消耗的能量,才能保证完成起振过程,使其建立起稳定的振荡周期。
第二节混合磁路变频器工作原理
混合磁路变频器即称田字型变频器,其磁路结构为十字型,有50Hz一次绕组W1,及谐振槽路绕组(二次绕组)WC两个绕组,一次绕组W1,二次绕组WC呈直角布置,如图3-9所示。
一次绕组经过二极管D接入交流50Hz220伏电源,二次绕组与电容C并联构成25赫谐振槽路。
图3-9
由于田字型变频器一次与二次绕组按90°位置布置,一次绕组输入的交流产生的磁通Φ1不与二次绕组相交,这样就排除了口字型变频器在一次绕组有局部短路时在二次绕组感应出50赫交流电的可能.
混合磁路变频器的工作原理与分离磁路变频器的工作原理一样,也是以参数谐振为基础,这种变频器在建立振荡时磁路可分为两种特性的磁分路.在输入50赫频率的一个周期内,一次绕组W1产生的磁通Φ1,二次绕组WC产生的磁通ΦC在II-IV分路内相加,即Φ1+ΦC,在I-III内分路相减即Φ1-ΦC,而在下一周期内两磁分路增加,相减相反,相加的磁分路处于饱和状态,相减的磁分路处于未饱和状态,未饱和电感L大,在WC绕组上产生感应电势.
由激励振荡开始到稳定其过程如下:
1、图3-9说明如下:
在电源合闸瞬间,交流50赫220伏电流正半周时,I1经过二极管D,流入一次绕组W1,产生磁通Φ1,Φ1’。
在磁路对称时Φ1=Φ1’。
铁芯装好后Φ1与Φ1’基本相等,Φ1Φ1’的方向根据右手定则如图上方向,实际上Φ1与Φ1’不可能完全相等,若Φ1略大于Φ1’,这时在Φ1>Φ1’的磁通在谐振绕组感应出电压来,根据左手定则产生I2方向如图中所示,I2向电容C充电,左为正,右为负,磁场能转变为电场能。
2、交流电流负半周时,由于二极管的半波整流作用,I1=0如图3-10所示。
一次绕组I1=0,所以由I1引起的Φ1,Φ1’皆为0,这时存储在谐振电容C里的电能以IC方向向WC放电。
由IC的作用产生了磁通ΦC,根据右手定则ΦC方向在II-IV磁分路内向下。
图3-10图3-11
3、在电容上电能未放完的情况下,电源电压V1正半周输入到一次绕组中,如图3-11所示:
由于I1的作用产生Φ1,磁通Φ1的方向向下,ΦC磁通也向下,Φ1,ΦC的方向向下,这时II-IV磁分路内Φ1与ΦC相加。
而在I-III磁分路内,Φ1与ΦC相减。
Φ1与ΦC相加使II-IV磁分路饱和,此时L小,Φ1与ΦC相减I-III磁分路不饱和,此时L大。
同时由于电源的输入能量必须大于系统本身消耗的能量,即Φ1>ΦC,所以在I-III磁分路中,磁通的总方向为Φ1方向。
变化的磁通在WC感生电势,产生电流I2。
I2的方向根据磁生电的左手定则如图上所示,I2给C充电,则右为正,左为负。
4、
当电源电压又经D进行半波整流,使I1为0时,如图3-12所示,由于I1=0,则Φ1=0,谐振电容上的电能再次向WC放电,根据电生磁的右手定则,在II-IV磁分路上,ΦC向上。
图3-12图3-13
5、在C上电能未放完时,电源电压V1的正半波使W1中又有I1流过,如图3-13所示,由于I1流过W1,所以又产生Φ1,并且在II-IV磁分路中,Φ1的方向向下,这时在II-IV磁分路内,Φ1与ΦC方向相反,磁通相减,处于未饱和状态,同时由于Φ1>ΦC,所以在II-IV磁分路中,磁通的总方向为Φ1方向。
II-IV磁分路中变化的磁通在WC上感应出电势,根据磁生电的右手定则产生I2电流,I2向C充电,电容器左边为正,右边为负。
6、当电源电压V1进入负半周时,如图3-10所示,结果与第二步相同,变频器的工作由第3步至第6步重复进行。
在输入50HZ电压V1时,在输出端25赫的V2电压来,完成了对50HZ的分频作用。
第三节25赫电源屏
25赫电源屏有采用口子型铁芯电源屏或采用田字型铁芯的电源屏,将各种25赫电源屏的规格列于表3-1
表3-1
型号
容量(VA)
名称
变频器
供应轨
道区段
铁芯
PXG-600/25
I型
600
25HZ小站
电源屏
300*2
备用300*2
20个以下
口字型
PZG-900/25
II型
900
25HZ中站
电源屏
每套300*1
600*1
备用300,600各1
20~40
口字型
PDG-1800/25
III型
1800
25HZ大站
电源屏
主屏600*3
需2屏
40~80
口字型
PGT-2400/25
PJT-1800/25
2400(轨道)
1800(局部)
25HZ特大站电源屏
600*4600*3(各用1)
>80
口字型
TBP-50/25-600
I型
600
25HZ小站
电源屏
300*2
备用300*2
20以下
田字型
TBP-50/25-900
II型
900
25HZ中站
电源屏
300*1,600*1备用300*1,600*1
20~40
田字型
TBP-50/25-1800
III型
1800
25HZ大站
电源屏
主屏600*3
需2屏
40~80
田字型
TBP-50/25-4200
IV型
4200
25HZ特大站电源屏
主屏1400*3需备屏
>80
田字型
25赫电源屏的控制电路
控制电路包括定相电路,转极电路,负载接通电路及短路切除电路。
1、定相电路和转极电路
为了保证二元二位继电器的局部线圈电压超前轨道线圈电压90°,要求局部和轨道两个独立的变频器进行定相。
原理电路见图3-14
图3-14(a)
(b)(d)(c)
图3-14
图3-14(e)
图中:
XJJ-相位检查继电器JRJC-66/345二元二位继电器
ZJ-转极继电器JWJXC-480无极加强接点
GKJ-轨道控制继电器JWJXC-480无极加强接点
FJJ-负载检查继电器JZXC-480整流继电器
1、为了使两个变频器输出电压相差90°,需将两个变频器的一次侧输入交流电压相位差180°相连接,如图中JZ220连轨道变频器的1端,并通过整流管D2连局部分频器的3端。
而JF220连局部变频器的1端,并通过整流器D1连接轨道变频器的3端。
因局部和轨道变频器的结构相同,因此两变频器输入电压相差180°,两变频器的二次侧输出电压相位相差90°,此时Uj可能超前Ug90°,也可能滞后Ug90°。
如图3-15所示:
图3-15
图(a)为Uj超前轨道Ug90°
(b)为Ug超前轨道Uj90°
2、为了得到局部变频器的输出电压Uj超前轨道变频器的输出电压Ug90°,设置了相位检查继电器(XJJ)和转极继电器(ZJ)。
XJJ采用JRJC-66/345二元二位继电器,局部线圈电压由局部变频器供给110V25赫电压,轨道变频器电压由轨道变频器供给20伏25赫电压。
当Uj超前Ug90°XJJ↑(吸起)说明输出电压相位正确,此时转极继电器ZJ↓(落下),这时GJZ,GJF仍然送不到外线,要检查外线是否短路。
轨道电源控制继电器GKJ和负载短路检查继电器FJJ完成负载接通和短路切除的作用。
当变频器工作后,将轨道变频器产生的25赫220V电源,经5R及FJJ的后接点41-43,整流继电器的83、73,使FJJ吸起。
FJJ↑→GKJ↑→向外送出GJZ,GJF电源。
(此时GJZ,GJF的外线没有短路)(交流9.2V↑,4.6V↓)
此时:
1、FJJ的41,43断开,41,42相连,将电阻7R接向电路,使FJJ继电器的电压降至6~8伏。
2、为了避免FJJ衔铁电阻引起线圈烧坏,在FJJ线圈并联31-33接点及9R,11R,13R电阻。
3、若外线短路→FJJ↓→GKJ↓,在GKJ转极过程中,变频器又起振→FJJ↑→GKJ↑→外线短路未解除。
外线短路时,分频器停振,FJJ↓→GKJ↓,使FJJ,GKJ跳跃。
所以FJJ线圈两端并5C,使FJJ缓吸。
区间变频器的定相电路
25赫相敏轨道电路要求局部电压必须导前轨道电压90°此时二元二位继电器方能使扇片打上止轮,表示轨道继电器吸起。
25赫变频机电原理电路如图3-16所示(合上开关)。
图3-16
1TBP为轨道变频机,2TBP为局部变频机,动作情况:
1、合闸瞬间Uj导前Ug90°→1XJJ↑→1ZJ↑,使外线供GJZ、JJF,Uj导前Ug90°
2、合闸瞬间Ug导前Uj90°2XJJ↑→2ZJ↑在内部使Ug反向180°使输出外线仍为GJZ、GJF,实现Uj导前Ug90°
变频机的使用:
1、变频机工作电压范围是随50赫绕组(一次绕组)匝数多少而定的,一次绕组匝数多时,起振电压高。
变频机工作电压范围偏高;一次绕组匝数少时,起振电压低,变频机工作电压范围偏底。
2、谐振电容要选择适当,电容大,过载能力强,但引起电容电流增加,使谐振圈温度升高。
电容过小时,导致50Hz谐波成分大。
100VA谐振电容为20uF,300VA谐振电容为40uF。
采用CZJJ-10uF-750V交流纸介电容。
3、输出电压与铁芯的饱和磁通密度有关。
如输出电压高时,可减少谐振电容上的电压值;输出电压低时,调整电压抽头,增加电容上电压。
4、变频机停振原因:
负载短路;一次侧二极管击穿或断线;谐振电容C击穿或断线;停电后不起振,(一次电压低)减少一次绕组匝数。
5、因变频机波形失真度大(特别是口字型变频机),测试时需采用近效值电磁式仪表。
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