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一、引言

電力機車的牽引變壓器、牽引電動機、整流硅機組、平波電抗器、制動電阻等均為強迫冷卻的電氣設備，機車運行中這些電氣設備將產生大量的熱量損耗。為了保證電氣設備正常工作，必須將這些熱量及時散到車外。所以通風系統是機車上不可缺少的一個部分。為了監測通風系統是否正常工作，安裝了風速繼電器。風速繼電器是一種保護繼電器，它串接于機車的上載電路中，用于監測風機對整流柜是否正常送風，牽引電機是否良好通風等等。通過監測風壓是否存在，可監視通風電路是否正常，達到對以上電器保護的目的。目前，國產553、55;等型電力機車上安裝的是機械式風速繼電器，其故障率高主要表現在:

1.微動開關質量不過關、行程短、易發生誤動作和機械卡滯。

2.機械部分脆弱，有時壓不住微動開關的頂桿、滾輪易脫開。

3.整定值不易調整。現在，由于該繼電器故障率高，乘務員一般甩掉該繼電器，其后果是不能檢測風機是否良好工作，達不到保護功能，因而造成牽引電機、硅整流裝置等大型設備燒損。所以，采用新型的可靠性能良好的電子電路代替原機械式風速繼電器，已成當務之急。基于這些原因，1994年鄭州科研所與局機務處、鄭州北機務段聯合開發，研制了一種新型電力機車風速繼電器—《FDJ一1型電力機車風速電子繼電器》。該電子繼電器是采用全電子電路，集先進的檢測與轉換技術、電子技術于一體的新一代產品，克服了原機械式繼電器的缺點和不足，達到了可靠工作，有效地保護機車設備的作用。該風速電子繼電器于1995年5月在鄭州通過鐵路局技術鑒定。

二、運用條件

1.適用于553、55;等型電力機車。

2.對應于風速5米/秒，7米/秒，繼電器可靠動作。

3.工作電源:十nov直流，50MA

4.工作方式:連續

5.工作環境溫度:o~+70℃

6.振動加速度:g簇19

7.沖擊加速度簇3g

三、工作原理

“風速電子繼電器”主要由電源、采樣環節、放大、比較、輸出控制等電路組成。其原理框圖如圖(1)所示。壓力信號由壓力傳感器采集輸出，經橋式測量電路、二級放大電路、比較電路后，送出一控制信號。

1.電源:韶山3、韶山4等型電力機車的電源是直流十11了。本電子繼電器各環節使用的電源分別是+12v、十2.8，。為此，我們設計了兩組工作電源。主工作電源取110，直流電壓輸入，輸出+12v，供電路工作用。輔助電源取十12v輸入，經變換后，輸出+2.8v，供傳感器工作用。

2.采樣環節:采樣環節是本課題的一個關鍵。據現場調研結果表明:風道中的風速有5米/秒，7米/秒兩種。通過檢測風壓即可達到檢測通風系統是否正常工作的目的。為此，我們首先確定以風壓作為檢測對象。壓力傳感器是我們首選的采樣器件。我們考察了國內眾多傳感器生產廠家，經過分析、篩選，最后選定應變片式的壓力傳感器作為我們的采樣器件。這種壓力傳感器的傳感元件是半導體應變片。半導體應變片的基本原理是:對一塊半導體的某一軸向施加一定的載荷而產生應力時，其電阻率會發生一定的變化，這種現象稱為半導體的壓阻效應。不同類型的半導體，不同的載荷施加方向，壓阻效應也不一樣。壓阻效應大小用壓阻系數來表示。目前，使用最多的是單晶硅半導體。在制造半導體應變片時，沿所需的晶軸方向，在硅錠上切出小條作為應變片的電阻材料。我們使用的應變片即是這種。半導體應變片的突出優點是:靈敏系數高，可測微小應變、機械滯后小、體積小。使用時，’我們將壓力傳感器，放置于風道中。當有風吹過時，彈性元件磷銅片受到風的壓力而產生形變，粘貼在磷銅片上的半導體應變片，由于受到貼片處的彎曲應力而產生壓阻效應，電阻發生變化。但是，這種電阻的變化非常小，為了精確地測量出這些微小的變化，我們采用了橋式測量電路。(如圖2)橋式測量電路有四個電阻。其中兩臂接入應變片(上圖R，、RZ)，另外二臂為固定電阻(無電阻變化△R3一。，△R4一0)。電橋的一個對角線接入工作電壓誠u一2.8v)，則另一個對角線為輸出電壓△。:據分析知:RIR。_△R，△R。R。△”一頂萍命乏(貢一可十△斌RJ一△獲李)u一R4/-當R，一RZ=R3=R;，△R3一△R;=0時，御坐競全魚橋式測量電路在測量前，需先使電橋調零。為此，我們接入了調零電位器，改變電位器上滑動觸點的位置，即可使電橋達到平衡。在風道中無風時，電橋處于平衡狀態，輸出電壓△u一。，有風時，電橋即有電壓輸出。

3.放大、比較、輸出環節放大、比較、輸出環節主要由運放、電阻、繼電器等元件構成。由電橋輸出的微弱信號，經兩級放大后，送到比較端，和給定信號相比較，比較結果控制繼電器的動作。給定信號的選擇:據實驗結果顯示，經放大輸出的壓力信號，靜態時最大為2.29v，動態有風時輸出最小為6.09v。因此，我們選擇的給定信號為5v，動作允許裕量為l.lv。

四、結構設計

我們進行結構設計的基本思想是:整機便于安裝、調試，最大限度地減少機車維護人員的額外負擔。因此，“電子風速繼電器”在結構上具有以下特點:1.主機采用了活頁結構，檢測、維修方便。2.安裝尺寸與原機械式風速繼電器完全相同。3.設計了給定信號調試孔，做到快速、方便地調整給定的比較電壓。

五、結束語

經過半年多的運用考核證明，本風速電子繼電器設計合理，工作可靠，故障率低。使用本繼電器，對提高機車運用效率和行車安全亦具有重要意義。