电机驱动转换开关在直流传动机车上应用的探索

张东坡

（中国北车集团大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116022）

引言：

铁道部在2004年启动和谐机车项目，包括在电力及内燃机车在内的所有和谐型机车都不一而同的都采用交流传动系统，但是直流传动机车因其现阶段保有量大，且全国各个机务段、地方铁路等运用单位都拥有丰富的运用经验、具备相应的检修设备，直流传动机车还是占据着一定的市场份额。但是直流传动机车故障也是比较多的，其中影响机车正常运用的故障里，转换开关故障所占的比例不小，如何减少因转换开关故障造成的机破成为困扰机车维护人员和供应商的难题。

1.转换开关介绍：

1.1 转换开关的作用

转换开关的作用是转换接通电路，一是通过改变机车牵引电机电枢绕组的电流方向从而改变牵引电机的转向，实现机车运行方向的转换。二是通过将牵引电机的电枢绕组与主整流柜和电阻制动回路间切换，实现机车牵引工况和电阻制动工况的转换。对于采用直流传动的机车来说，转换开关是机车不可或缺的一部分。

1.2 电机驱动转换开关

图1 驱动模块

由电机驱动的转换开关有两部分组成：驱动模块和开关模块，其中驱动模块如图1所示，包含了一个转动方向可以改变的74V直流有刷电动机，通过齿轮减速装置驱动水平的输出轴，处在两个不同方向上的机械止动件会限制该连接轴的旋转，在电机旋转到机械限位时模块内的离合器动作，电机仍然会继续动作，直到触发通过与输出轴相连关接的凸轮轴控制连锁装置，切除电机电源。连锁装置的端部有一个指针，用来指示当前转换开关的位置。驱动模块端部有一个突出的方轴，可以通过手动旋转这个方轴把转换开关转到中立位，以便于每个模块的拆解和安装。

图2 开关模块

如图2所示的开关模块额定电流是1200A，模块顶部安装有透明防护罩，方便维护人员检查触头状态。开关模块具有灭弧功能，应以在主控接触器发生故障时保护触头。其中静触头有三个小触头组成，可以形成多个通路，用来减少触点间的压降，另外开关模块具有牵引电动机切除的功能，当某一牵引电机发生故障时，可以通过一个控制加载弹簧的继电器，来实现某一电机的切除。转换开关模组可以根据牵引电动机的数量可以由1个驱动模块和2~6个开关模块组成，这些模块通过自身的分段轴连接，形成转换开关模组。驱动模块内的电机驱动输出轴，带动模组中所有模块同时转动，所有的模块一旦转到指定位置，开关模块内的触头不会因为失电等原因而分离。

2.电动转换开关相对于气动转换开关的优点

2.1 能够更好的保护触头。对于气动转换开关来讲，转换开关的动作指令由司控器直接发出，驱动转换开关的电空阀动作，工况转换随着司控器的动作即刻完成；与传统的转换开关不同，由电动转换开关在指令发出后需要3~7s的转换时间，相当于把牵引和制动工况转换的过程延长，避免因快速将司控器手柄从牵引区拉到制动区造成转换开关带电转换，消除了转换开关触头拉弧放电造成触头烧损的隐患。

2.2 可靠性高。气动转换开关通过电空阀接通风缸和转换开关的气缸，通过压力为375kPa~600kPa的压缩空气驱动转轴实现转换开关动作，需要辅助低压风缸对转换开关供风，还要安装相应的空气管路，另外电空阀橡胶密封件的寿命也短，容易发生因漏风串风等故障，另外电空阀排风口的堵塞也会造成转换开关无法完全动作，动静触头间压力不足，造成触头间拉弧放电烧损转换开关触头，造成机车线路运行时机破。采用电机驱动的转换开关转换的过程是通过电机模块内的电机通过减速齿轮带动处在同一连接轴下的6个开关模块转动实现电机的换向或工况转换功能。

2.3 减少维护保养工作量，提升可维护性。气动转换开关需要定期检查风缸压力、测量触头压力值、触头烧蚀情况，确保转换开关动作后动静触头间紧密贴合，保证转换开关的电流导通能力。而电动转换开关则只需要对触头进行检查。

2.4 安装所需空间小。以大连厂出口新西兰机车为例，其采用的气动转换开关的型号为TKH6-820/770，每台机车需要四组转换开关，两组用来换向、另外两组用来转换工况，且需要辅助低压风缸以及相应的空气管路、压力表等，结构复杂占用空间较大。采用电机驱动的转换开关，只需要两组转换开关，不需要其他辅助设备。另外由于电机驱动的转换开关拥有切除单个牵引电机功能，并不需要主控接触器就能够实现故障牵引电机的切除，因此主控接触器可以减少到2个用于在主牵引回路发生故障时切断负载。可以为其他电气部件的安装节省出部分空间，便于电器柜内电气部件的排布，也方便工作人员对电气柜内部件的维护。

2.5 电动转换开关同气动转换开关的对比。

如表1所示。

3.电机驱动的转换开关应用的可行性

3.1 采用电机驱动转换开关的机车运用状况。

电机驱动的转换开关在大连机车车辆厂生产的HXN3、HXN3B等型号的交流传动机车上得到广泛的应用，运行良好，并未出现重大故障。新西兰国家铁路公司KiwiRail有部分直流传动机车采用电机驱动的转换开关，极少有转换开关触头烧损等相关故障，与之相比在相同条件下运行的部分采用气动转换开关的机车，虽然增加了延时继电器用以保护触头，但是仍没有很好解决转换开关触头烧损的问题。

3.2 采用电机驱动转换开关的机车电路设计难度。

因为具有相同的工作原理，由传统气动的转换开关更换为电机驱动的转换开关，机车主传动电路可以不做任何的修改，只需更改部分主回路线缆在电器柜内的布置方式，另外相对于采用气动转换开关的机车，控制电路部分也有很大的简化。

4.结论

对于传统压缩空气驱动转换开关来说，电机驱动的转换开关所具备的优点是其无法比拟的，电动转换开关在提高直流主传动机车的可靠运用及可维护性的程度上是显而易见的，在机车电路设计上也不需要太大的改动，国内厂矿及地方铁路用户对于目前在价格和维护成本上具备一定优势直流传动机车比较认同，随着国内铁路机车车辆企业积极拓展海外市场，出口机车的份额也会进一步增加，综上所述采用电机驱动的转换开关在直流主传动机车上应用的前景十分广阔。

［1］张曙光。DF（4B）型机车反响转换开关零位时自动转换的处理建议［J］,机车电传动 2001年05期。

［2］魏金星，袁国海，吴山虎，DF（8B）型机车转换开关犯卡的原因分析及防止措施［J］，内燃机车，2003年04期。

［3］俞明昌，电力机车两位置转换开关烧损原因分析［J］，机车电传动，1988年03期。