有軌電車用電控三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)控制方案*

臧曉艷，曹春偉，潘 碩，岳成林，李 碩

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，河北唐山 063035）

現(xiàn)代有軌電車作為公共交通的一種，在國外，尤其歐洲國家發(fā)展已較成熟；國內(nèi)處于發(fā)展初期，但呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭[1-3]。

現(xiàn)代有軌電車多為低地板設(shè)計，旅客上下車非常便捷[4]。但同時造成車下安裝空間極其有限，主要車載設(shè)備箱體布置于車頂。車輛高壓電路設(shè)置三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)箱，在運(yùn)行或段內(nèi)維護(hù)、檢修時，通過將三位置開關(guān)置于運(yùn)行、接地或庫用位，實(shí)現(xiàn)對車輛供電干線進(jìn)行供電或接地保護(hù)的功能。目前三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)箱只能安裝于車頂，且為手動操作。每次操作時，人員必須登頂，操作不便，且有安全隱患。

本方案設(shè)計一種電控三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置及相關(guān)控制電路，應(yīng)用于有軌電車，操作人員在司機(jī)室即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

1 開關(guān)箱設(shè)計

電控三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)箱（以下簡稱開關(guān)箱）安裝于車輛頂部，箱體內(nèi)包含一臺轉(zhuǎn)換開關(guān)，來自受電弓和車體接地點(diǎn)以及庫用插座的電纜引入轉(zhuǎn)換開關(guān)箱，分別接到“運(yùn)行”、“接地”、“庫用”3個位置上，由電機(jī)帶動開關(guān)觸頭(位置見圖1)在各位置間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)切換功能。當(dāng)車輛使用受電弓供電時，將觸頭轉(zhuǎn)至“運(yùn)行”位，受電弓電纜與車輛干線接通，由接觸網(wǎng)為牽引和輔助系統(tǒng)供電；當(dāng)車輛使用庫用插座時，將觸頭轉(zhuǎn)至“庫用”位，庫用插座電纜與車輛干線接通，為輔助電源系統(tǒng)供電；車輛斷電維護(hù)時，將觸頭轉(zhuǎn)至“接地”位，保證人員和車輛的安全。

開關(guān)箱外部未設(shè)置手動操作手柄，對外接口只有電纜連接器，箱體上部設(shè)有檢查門，方便接線操作以及檢查維護(hù)。

開關(guān)箱內(nèi)部轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，通過車輛控制電路，控制箱體內(nèi)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭在運(yùn)行位、接地位、庫用位3個位置之間轉(zhuǎn)換，箱體內(nèi)部裝有轉(zhuǎn)動扳手，在控制電路故障或斷電情況下，還有冗余的手動功能。需要手動操作的時候，打開檢修門，取出轉(zhuǎn)動扳手，套在手動操作接口上，即可手動操作。

2 控制邏輯

電控箱的控制邏輯為依據(jù)接收到的司機(jī)指令，判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)換開關(guān)所處位置，從而驅(qū)動開關(guān)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或不動作。圖2所示為車輛接收到接地指令對應(yīng)的控制邏輯圖，運(yùn)行位指令和庫用位指令類似。

3 控制方案

車輛控制方案如圖3所示。圖中，虛線框中為開關(guān)箱。虛線框外為車輛控制電路部分。

車輛控制電路包括：在司機(jī)操作臺設(shè)置一個三位置旋鈕（帶保護(hù)蓋），司機(jī)通過操作旋鈕，分別發(fā)出運(yùn)行、接地、庫用3種指令到轉(zhuǎn)換開關(guān)；車輛電氣柜內(nèi)設(shè)置有斷路器、接觸器、繼電器，用以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制和對電路的保護(hù)。3種位置指令和狀態(tài)反饋接入TCMS的IO，用以監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)。

操作司機(jī)臺上的控制旋鈕，將旋鈕置于運(yùn)行位，3種位置轉(zhuǎn)換開關(guān)接收到運(yùn)行位指令時，開關(guān)可能處于3種狀態(tài)之一。如果開關(guān)箱已經(jīng)置于運(yùn)行位，則開關(guān)箱內(nèi)運(yùn)行位常閉觸點(diǎn)斷開，電機(jī)不動作。如果轉(zhuǎn)換開關(guān)處于接地位或庫用位，則開關(guān)箱內(nèi)運(yùn)行位常閉觸點(diǎn)閉合，車輛電氣柜內(nèi)運(yùn)行位接觸器Q01得電，兩組常開觸點(diǎn)1、2和3、4閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動觸頭接通運(yùn)行位。當(dāng)觸頭轉(zhuǎn)動到位時，限位開關(guān)常閉觸點(diǎn)打開，作為轉(zhuǎn)換開關(guān)運(yùn)行位到位反饋，切斷運(yùn)行位接觸器Q01的供電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，觸頭鎖閉。

操作司機(jī)臺上的控制旋鈕，將旋鈕置于庫用位或接地位時，電機(jī)動作控制過程類似，此處不再贅述。

圖3 控制方案圖

4 結(jié)束語

設(shè)計一種應(yīng)用于有軌電車的電控三位置轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置及其控制方法，操作人員不必登頂進(jìn)行操作，在司機(jī)室通過旋鈕開關(guān)便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電動轉(zhuǎn)換功能。主要解決以下問題：

（1）使用遠(yuǎn)程電動控制，操作方便快捷，無需登頂操作。

（2）轉(zhuǎn)換開關(guān)箱為封閉式設(shè)計，密封性好，維護(hù)周期長，檢查門設(shè)在箱體上部，便于檢查維護(hù)。

以受電弓車輛為例進(jìn)行了介紹，該方案同樣適用于車載儲能、氫燃料電池、感應(yīng)式非接觸供電等其他供電方式的有軌電車。本方案已應(yīng)用于某有軌電車項(xiàng)目，并成功完成試驗(yàn)驗(yàn)證。