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一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置
申请号	CN202311762925.5	申请日	2023-12-20	公开(公告)号	CN117748517A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	大连交通大学;			发明人	邵银萍; 尹旭伟;
摘要	本发明涉及轨道交通控制技术领域，且公开了一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，包括所述电源供电模块包括电网输电端口、总配电柜、UPS储能单元和子配电柜，所述主控电路模块包括牵引供电单元、线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器，所述开关控制模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻。该用于轨道交通控制的信号电路控制装置，利用斩波器的升降压处理能够为三号逆变器提供稳定的输入电压，同时第一三极管与第二三极管能够起到信号开关的作用，进而通过调节第一三极管与第二三极管，实现切换信号的效果。
权利要求	1.一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，包括电源供电模块、控制电路模块和开关控制模块，其特征在于：所述电源供电模块包括电网输电端口、总配电柜、UPS储能单元和子配电柜；所述主控电路模块包括牵引供电单元、线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器；所述开关控制模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻。 2.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述电网输电端口电性连接有输电主线路，所述输电主线路电性连接有防雷补偿器，所述防雷补偿器用于保护输电线路设备，所述输电主线路与总配电柜电性连接，所述总配电柜与UPS储能单元电性连接，用于输送电能。 3.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述UPS储能单元包括蓄电池组和一号逆变器，用于电能储备和电压转换，所述子配电柜与UPS储能单元电性连接，用于将电能稳压后供应给负载使用，所述子配电柜电性连接有输电子线路。 4.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述子配电柜与主控电路模块电性连接，所述牵引供电单元包括主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK和二号逆变器，所述主熔断器F用于保护电路安全，且主熔断器F与隔离开关IES电性连接，所述隔离开关IES用于隔离电路与连接设备。 5.根据权利要求4所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述隔离开关IES与高速断路器HSCB电性连接，所述高速断路器HSCB用于对电路过流保护，所述高速断路器HSCB电性连接有差动电流保护器CBR和电流传感器CMD，所述电流传感器CMD与线路接触器LIK电性连接，所述线路接触器LIK用于通过小电流控制大电流设备，所述二号逆变器电性连接有牵引电机，所述二号逆变器用于将直流电能转换为交流电能，并向牵引电机电能。 6.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述线路滤波器包括滤波电抗器LFL和滤波电容器LFC，用于降低线路干扰，且线路滤波器设置有充电限流单元，所述充电限流单元包括接触器CCK与电阻CCZ，用于限制电压峰值。 7.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述斩波器与线路滤波器电性连接，用于电阻制动和过电压保护，所述滤波器包括一号滤波器和二号滤波器，所述一号滤波器分别与斩波器和三号逆变器连接。 8.根据权利要求7所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述二号滤波器分别与三号逆变器和隔离变压器电性连接，所述隔离变压器，用于防雷和滤波保护，且隔离变压器电性连接有桥式整流器，用于将交流电转换成直流电。 9.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述第一三极管与第二三极管的源极分别与信号输入端口和信号输出端口相连接，所述第一三极管的漏极与第二三极管的漏极相连接，所述第一三极管的栅极通过第一电容接地，所述第二三极管的栅极通过第二电容接地，所述第一电阻分别与第一三极管的栅极和第一电容相连接，所述第二电阻分别与第二三极管的栅极和第二电容相连接。 10.根据权利要求9所述的一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，其特征在于：所述第一电阻与第二电阻相连接，所述第四三极管的栅极连接信号选择端口，且第四三极管的漏极与第三三极管的栅极相连接，所述第三三极管的漏极分别与第一电阻和第二电阻相连接，所述电源输入端口通过第三电阻与第三三极管的漏极相连接，所述第三三极管的源极接入低电平，所述第三三极管的栅极通过第四电阻接入低电平，所述第四三极管的源极接入高电平。
说明书全文	一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置技术领域 [0001] 本发明涉及轨道交通控制技术领域，具体为一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置。背景技术 [0002] 近年来，随着城市现代化建设的快速发展，城市轨道交通正逐步全面进入网络化运营时代，在大幅提升交通运力和出行便利的同时，也给运营调度带来了新的问题和挑战，在网络化运营及“无缝换乘”的条件下，乘客出行路径更加呈现多样性，随着城市现代化建设的快速发展，轨道交通正逐步全面进入网络化时代，在轨道交通系统中是通过信号电路控制保证整个系统的顺利有序运行 [0003] 经检索，根据中国专利公开号为CN115320675A的发明专利中公开了一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，该发明专利中的信号电路控制装置是通过设计小型安与门模块，更加符合ATS系统需求，可以保证ATS系统的安全，可靠的运行，并且具有通用性，可以方便集成到其他对控制安全性要求较高的系统中，但是该信号电路控制装置在负载变化或者电压波动时，无法保证逆变器有稳定的输入电压，并且不方便在开关模块上进行信号切换，故而提出一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置。发明内容 [0004] (一)解决的技术问题 [0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，具备在电路负载和电压变化时进行维稳并方便信号切换的优点，解决了上述背景技术中的用于轨道交通控制的信号电路控制装置在负载变化或者电压波动时，无法维持电压输入稳定，同时不方便切换开关信号的问题。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为实现上述在电路负载和电压变化时进行维稳并方便信号切换目的，本发明提供如下技术方案：一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，包括电源供电模块、控制电路模块和开关控制模块，所述电源供电模块包括电网输电端口、总配电柜、UPS储能单元和子配电柜； [0008] 所述主控电路模块包括牵引供电单元、线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器； [0009] 所述开关控制模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻。 [0010] 优选的，所述电网输电端口电性连接有输电主线路，所述输电主线路电性连接有防雷补偿器，所述防雷补偿器用于保护输电线路设备，所述输电主线路与总配电柜电性连接，所述总配电柜与UPS储能单元电性连接，用于输送电能。 [0011] 优选的，所述UPS储能单元包括蓄电池组和一号逆变器，用于电能储备和电压转换，所述子配电柜与UPS储能单元电性连接，用于将电能稳压后供应给负载使用，所述子配电柜电性连接有输电子线路。 [0012] 优选的，所述子配电柜与主控电路模块电性连接，所述牵引供电单元包括主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK和二号逆变器，所述主熔断器F用于保护电路安全，且主熔断器F与隔离开关IES电性连接，所述隔离开关IES用于隔离电路与连接设备。 [0013] 优选的，所述隔离开关IES与高速断路器HSCB电性连接，所述高速断路器HSCB用于对电路过流保护，所述高速断路器HSCB电性连接有差动电流保护器CBR和电流传感器CMD，所述电流传感器CMD与线路接触器LIK电性连接，所述线路接触器LIK用于通过小电流控制大电流设备，所述二号逆变器电性连接有牵引电机，所述二号逆变器用于将直流电能转换为交流电能，并向牵引电机电能。 [0014] 优选的，所述线路滤波器包括滤波电抗器LFL和滤波电容器LFC，用于降低线路干扰，且线路滤波器设置有充电限流单元，所述充电限流单元包括接触器CCK与电阻CCZ，用于限制电压峰值。 [0015] 优选的，所述斩波器与线路滤波器电性连接，用于电阻制动和过电压保护，所述滤波器包括一号滤波器和二号滤波器，所述一号滤波器分别与斩波器和三号逆变器连接。 [0016] 优选的，所述二号滤波器分别与三号逆变器和隔离变压器电性连接，所述隔离变压器，用于防雷和滤波保护，且隔离变压器电性连接有桥式整流器，用于将交流电转换成直流电。 [0017] 优选的，所述第一三极管与第二三极管的源极分别与信号输入端口和信号输出端口相连接，所述第一三极管的漏极与第二三极管的漏极相连接，所述第一三极管的栅极通过第一电容接地，所述第二三极管的栅极通过第二电容接地，所述第一电阻分别与第一三极管的栅极和第一电容相连接，所述第二电阻分别与第二三极管的栅极和第二电容相连接。 [0018] 优选的，所述第一电阻与第二电阻相连接，所述第四三极管的栅极连接信号选择端口，且第四三极管的漏极与第三三极管的栅极相连接，所述第三三极管的漏极分别与第一电阻和第二电阻相连接，所述电源输入端口通过第三电阻与第三三极管的漏极相连接，所述第三三极管的源极接入低电平，所述第三三极管的栅极通过第四电阻接入低电平，所述第四三极管的源极接入高电平。 [0019] (三)有益效果 [0020] 与现有技术相比，本发明提供了一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，具备以下有益效果： [0021] 该用于轨道交通控制的信号电路控制装置，通过电网输电端口分别通过总配电柜、UPS储能单元和子配电柜输送电能，由子配电柜与主控电路模块连接，分别利用线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器对电路进行滤波转换处理，斩波器的升降压处理能够为三号逆变器提供稳定的输入电压，进而保证负载变化或电压波动时，电路中的电压能够维持稳定，同时第一三极管与第二三极管能够起到信号开关的作用，进而通过调节第一三极管与第二三极管，实现切换信号的效果。附图说明 [0022] 图1为本发明结构电源供电模块框架图； [0023] 图2为本发明结构主控电路模块框架图； [0024] 图3为本发明结构主控电路模块局部框架图； [0025] 图4为本发明结构主控电路模块示意图； [0026] 图5为本发明结构主控电路模块左半局部示意图； [0027] 图6为本发明结构主控电路模块右半局部示意图。 [0028] 图中：SA‑浪涌吸收器；IES‑隔离开关；HSCB‑高速断路器；LFL‑滤波电抗器；CCZ‑充电电阻；CCK‑充电接触器；LIK‑线路接触器；VMID‑电压传感器；DBZ‑制动电阻；CMD‑电流传感器；SS‑速度传感器；M1～M4‑交流电动机：CBR‑差动电流保护器：FCZ‑过压保护电阻：LFC‑滤波电容器。具体实施方式 [0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0030] 请参阅图1‑6，一种用于轨道交通控制的信号电路控制装置，包括电源供电模块、控制电路模块和开关控制模块，电源供电模块包括电网输电端口、总配电柜、UPS储能单元和子配电柜； [0031] 主控电路模块包括牵引供电单元、线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器； [0032] 开关控制模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻。 [0033] 进一步的，电网输电端口电性连接有输电主线路，输电主线路电性连接有防雷补偿器，防雷补偿器用于保护输电线路设备，输电主线路与总配电柜电性连接，总配电柜与UPS储能单元电性连接，用于输送电能。 [0034] 具体的，防雷补偿器的原理是内间隙(又称灭弧间隙)置于产气材料制成的灭弧管内，外间隙将管子与电网隔开，雷电过电压使内外间隙放电，内间隙电弧高温使产气材料产生气体，管内气压迅速增加，高压气体从喷口喷出灭弧，其主要作用是保护电容器，吸收操作过电压和雷击过电压，串联电抗器的作用，抑制合闸涌流和高次谐波，保护电容器不过流。 [0035] 进一步的，UPS储能单元包括蓄电池组和一号逆变器，用于电能储备和电压转换，子配电柜与UPS储能单元电性连接，用于将电能稳压后供应给负载使用，子配电柜电性连接有输电子线路。 [0036] 具体的，UPS即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应，当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电，当市电中断(事故停电)时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。 [0037] 进一步的，子配电柜与主控电路模块电性连接，牵引供电单元包括主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK和二号逆变器，主熔断器F用于保护电路安全，且主熔断器F与隔离开关IES电性连接，隔离开关IES用于隔离电路与连接设备。 [0038] 具体的，当电路发生故障或者异常时，伴随着电流不断升高，并且升高到的电流有可能损坏电路中的一些重要器件或者贵重器件，有可能烧毁电路甚至造成火灾，利用金属导体作为熔体串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，进而保护电路； [0039] 在牵引时，电网通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及二号逆变器给牵引电机供电，在再生制动时以相反的路径使电网吸收电机反馈的能量。 [0040] 进一步的，隔离开关IES与高速断路器HSCB电性连接，高速断路器HSCB用于对电路过流保护，高速断路器HSCB电性连接有差动电流保护器CBR和电流传感器CMD，电流传感器CMD与线路接触器LIK电性连接，线路接触器LIK用于通过小电流控制大电流设备，二号逆变器电性连接有牵引电机，二号逆变器用于将直流电能转换为交流电能，并向牵引电机电能。 [0041] 具体的，LFL是线路滤波电抗器，LFC是线路滤波电容器，两者构成线路滤波器，接触器CCK与电阻CCZ构成充电限流环节，在受电弓升起、高速断路器闭合后，为防止过大的充电电流冲击使滤波电容器受损，首先闭合CCK，待电容电压达到一定值后，闭合线路接触器LIK，将限流电阻CCZ短接，T1、D1、T6、D6构成二号逆变器，在牵引工况将直流电能变换为电压和频率可调的交流电能供给牵引电机，在电制动工况，电机作发电机运行，逆变器以整流方式将电能反馈给电网(再生制动)或消耗在电阻上(电阻制动)。 [0042] 进一步的，线路滤波器包括滤波电抗器LFL和滤波电容器LFC，用于降低线路干扰，且线路滤波器设置有充电限流单元，充电限流单元包括接触器CCK与电阻CCZ，用于限制电压峰值。 [0043] 具体的，线路滤波器包括线路滤波电抗器和电容器，其主要作用是滤平输入电压并抑制过电压，抑制谐波电流并限制故障电流，利用充电限流单元限制充电电压峰值，进而保护电路。 [0044] 进一步的，斩波器与线路滤波器电性连接，用于电阻制动和过电压保护，滤波器包括一号滤波器和二号滤波器，一号滤波器分别与斩波器和三号逆变器连接。 [0045] 具体的，斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，直流斩波是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为DC/DC变换，斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式，Ts(周期)不变，改变Ton(通用，Ton为开关每次接通的时间)，二是频率调制方式，Ton不变，改变Ts(易产生干扰)； [0046] 其具体的电路由以下几类: [0047] 1)Buck电路:降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同； [0048] 2)Boost电路:升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同； [0049] 3)Buck‑Boost电路:降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相同，电感传输； [0050] 4)Cuk电路:降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，输出电压与输入电压极性相反，电容传输； [0051] 使用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20‑30)％，直流斩波器不仅能起调压的作用(即开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用； [0052] 其中DC‑DC‑AC方式升降斩波中，升压斩波的系统应用在DC750V供电网压的场合，降压斩波的系统应用在网压为DCI500V的场合，采用升/降压斩波的目的都是为了使逆变器的输入电压稳定，当负载变化或电压波动时，保证新波器有稳定的输出电压。 [0053] 进一步的，二号滤波器分别与三号逆变器和隔离变压器电性连接，隔离变压器，用于防雷和滤波保护，且隔离变压器电性连接有桥式整流器，用于将交流电转换成直流电。 [0054] 具体的，T7、D8构成新波器，DBZ为制动电阻，新波器的主要功能是用于电阻制动，用它来调节制动电流的大小，另一个功能是作过电压保护之用，如果在逆变器的直流回路中有短时的过电压，则波器工作，通过它对电阻DBZ放电，待过电压消除后新波器截止； [0055] TZ是晶闸管，FCZ是过电压保护电阻，当直流环节发生过电压，经新波器放电后仍不能消除，则晶闸管TZ导通，直流回路通过FCZ放电，因为晶闸管只能触发导通，而不能用门极触发方式关断，因此TZ触发后必须立即断开高速断路器HSCB，否则会造成直流回路持续放电； [0056] Rc是固定并联在滤波电容器LFC上的放电电阻，为保证安全，要求在主电路断电后LFC两端电压在5min内降到50V以下，由此可以确定放电的时间常数及放电电阻值，IES是隔离/接地开关，在需要主回路接地时将它转换到接地位置，CBR为差动电流传感器，用以检测直流回路流入与流出的电流差，以检测接地等故障CMD为电流传感器，VMD为电压传感器，SS为速度传感器。 [0057] 进一步的，第一三极管与第二三极管的源极分别与信号输入端口和信号输出端口相连接，第一三极管的漏极与第二三极管的漏极相连接，第一三极管的栅极通过第一电容接地，第二三极管的栅极通过第二电容接地，第一电阻分别与第一三极管的栅极和第一电容相连接，第二电阻分别与第二三极管的栅极和第二电容相连接。 [0058] 具体的，第四三极管是控制MOS管，如果选择信号选择端口是低电平时，第四三极管导通，高电平的电压就加到第三三极管的栅极，此时第三三极管导通，低电平通过第三三极管和第一电阻，使得第一三极管导通，同时也会通过第三三极管和第二电阻，使得第二三极管导通，此时，电路可以通过信号。 [0059] 进一步的，第一电阻与第二电阻相连接，第四三极管的栅极连接信号选择端口，且第四三极管的漏极与第三三极管的栅极相连接，第三三极管的漏极分别与第一电阻和第二电阻相连接，电源输入端口通过第三电阻与第三三极管的漏极相连接，第三三极管的源极接入低电平，第三三极管的栅极通过第四电阻接入低电平，第四三极管的源极接入高电平。 [0060] 具体的，如果选择信号选择端口是高电平时，第四三极管就会截止，低电平通过第四电阻将第三三极管的栅极拉成低电平，使得第三三极管不导通，此时，电源输入端的电压通过第三电阻和第一电阻使得第一三极管的栅极为高第一三极管就会截止，同样，电源输入端的电压通过第三电阻和第二电阻让第二三极管的栅极为高，第二三极管也会截止，这样第一三极管和第二三极管就起到信号开关的作用。 [0061] 该用于轨道交通控制的信号电路控制装置，通过电网输电端口分别通过总配电柜、UPS储能单元和子配电柜输送电能，由子配电柜与主控电路模块连接，分别利用线路滤波器、斩波器、滤波器、三号逆变器和隔离变压器对电路进行滤波转换处理，斩波器的升降压处理能够为三号逆变器提供稳定的输入电压，进而保证负载变化或电压波动时，电路中的电压能够维持稳定，同时第一三极管与第二三极管能够起到信号开关的作用，进而通过调节第一三极管与第二三极管，实现切换信号的效果。 [0062] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0063] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。