繼電時序電路中RC(電阻-電容)電路的作用

晏子峰 葉云龍 楊衛東

(1.上海軌道交通無人駕駛列控系統工程技術研究中心，200071，上海；2.卡斯柯信號有限公司,200071,上海 ∥ 第一作者，高級工程師)

我國城市軌道交通車站的計算機聯鎖系統多采用繼電器電路來驅動室外設備。繼電器電路通過改變繼電器的鐵心結構，使繼電器具備一定的緩吸和緩放特性，且該緩吸和緩放時間一般在1 s以內。對于特定的繼電器電路來說，該延時的時間太短，不能滿足繼電器電路的時序要求。這就需要在繼電器線圈兩端并聯RC(電阻-電容)電路來延長繼電器的緩放時間。

1 繼電器電路中的RC電路

計算機聯鎖系統的繼電器電路并聯的RC電路是由1個電容器和1個電阻器組成的一階RC串聯電路。略去QDJ(切斷繼電器)電路串接的相關接點，得到典型的RC電路如圖1所示。圖中，C為電容，R為電阻，KZ表示控正，KF表示控負。

圖1 QDJ的RC電路原理圖

RC電路的特點：由于有電容存在，所以不能流過直流電流；電阻和電容都對電流存在阻礙作用；總阻抗由電阻和容抗確定，且總阻抗隨電流頻率變化而變化。

RC電路的主要作用：

1) 吸收回路。在電路關斷的瞬間，感性負載(繼電器線圈)會產生1個自感電動勢，對外界釋放磁場儲能； RC電路作為吸收回路，可將這部分能量以熱能的方式消耗掉。

2) 延時電路。這也是繼電器電路中使用RC電路的主要目的。RC電路通過放電來實現延時。延時時間可通過調整電容或電阻的大小來調整。

一階RC電路的零輸入響應計算式如下：

1)

式中：

UR+r——RC電路中電阻與繼電器線圈兩端的電壓；

U0——電路初始電壓；

t——RC電路的緩放時間；

Rr——繼電器線圈電阻；

C——RC電路的電容。

當繼電器線圈的電壓為Ur時，繼電器線圈電流為：

Ir=Ur/Rr=UR+r/(R+Rr)

2)

以圖1中的QDJ電路為例，計算該RC電路的t。

QDJ為JWXC-1700無極繼電器，其R=850 Ω。根據GB/T 7417—2010《鐵路信號AX系列繼電器》的定義，此型號繼電器落下時的線圈電壓Ur=3.4 V[1]。QDJ的落下時間就是QDJ線圈上的電壓從24.0 V降為3.4 V時的時間，故U0=24.0 V。當R=51 Ω，C=1 000 μF時，由式(1)及式(2)計算可得，該RC電路t=1.7 s。

根據時序要求，應通過選擇R和C來確定QDJ要吸起的時間。

2 典型繼電器中RC電路的作用

2.1 QDJ中RC電路作用

在聯鎖系統交流道岔控制電路中的多機牽引切斷保護電路中， QDJ線圈兩端的并聯RC支路的作用有兩個：①當多機牽引道岔剛啟動時，如QDJ可靠吸起，則可確認每個牽引點的轉轍機正常工作；②當道岔剛啟動時，如有個別牽引點的轉轍機發生故障，則QDJ及時落下；因每個牽引點的DQJ1(1#道岔啟動繼電器)自閉電路中都串入了QDJ的前接點，故可通過切斷所有牽引點的動作電路，來防止尖軌被正常工作的轉轍機拉彎，從而起到了保護尖軌的作用。

當聯鎖系統發出道岔轉換動作指令時，各個牽引點的DQJ1錯峰吸起， BHJ(保護繼電器)也依次吸起；當所有牽引點的BHJ吸起后， ZBHJ(總保護繼電器)吸起。從第一個開始動作的牽引點BHJ吸起到ZBHJ吸起的這段時間里，QDJ通過線圈兩端并聯的電容放電來保持吸起。當ZBHJ吸起后，QDJ通過ZBHJ的前接點繼續吸起，用QDJ前接點來構成各牽引點DQJ1線圈的自閉電路。

該電路電容大小選用的原則是，電容放電時間需大于第一個開始動作的牽引點BHJ吸起到ZBHJ吸起的時間差。多機牽引道岔每個牽引點間的錯峰動作時間為0.1 s，因此，兩機牽引和三機牽引的道岔電容從開始放電到QDJ落下的時間應控制在1 s以內，超過三機牽引的道岔電容從開始放電到QDJ落下的時間應控制在2 s以內。這對于切斷保護電路的時序是比較合理的，既能滿足電路正常動作時序，又能在電路發生故障時起到切斷保護的作用。

經計算，兩機牽引和三機牽引的道岔電容量選500 μF，超過三機牽引的道岔電容量選1 000 μF。

2.2 接碼繼電器中的RC電路作用

在25 Hz相敏軌道電路疊加電碼化電路[2]中，正向接車進路電碼化中的JMJ(接碼繼電器)為JWXC-1700無極繼電器，其動作原理如圖2所示。首先，當LXJ(列車信號繼電器)吸起、ZXJ(正線信號繼電器)吸起后，JMJ勵磁吸起；隨后，列車依次通過道岔區段軌道繼電器DGJ1、DGJ3和DGJ5。因無極繼電器無延緩落下性能，故在列車通過時一旦出現輕車跳動情況， JMJ就會短暫落下，從而導致發送器到室外的發碼通道斷開，使機車信號收不到碼，出現掉碼故障。

常規緩放繼電器斷電后的緩放時間在1 s以內，無法滿足JMJ電路要求。為此，在JMJ線圈兩端并聯RC支路(如圖3所示)，使JMJ緩放時間達到2～3 s。這樣，列車在依次通過DGJ1、DGJ3和DGJ5的過程中，即使出現輕車跳動情況，JMJ仍能夠穩定吸起，保證機車信號不出現掉碼故障。

圖3 正向接車進路JMJ改進原理圖

2.3 在道岔啟動繼電器電路中RC電路的負面作用

在交流道岔控制電路中，DQJ1自閉電路中增設了時間繼電器TJ。當道岔在規定的時間內動作到位時，TJ只計時不吸起;當道岔在規定的時間內無法動作到位時，TJ計時并吸起，以切斷DQJ1的自閉電路，使DQJ1落下道岔停止動作[3]。

如圖4所示，計算機聯鎖系統檢查道岔動作條件滿足后，DQJ1通過3-4線圈得電吸起，TJ在BHJ吸起后開始計時。若道岔在設定的時間(13 s或30 s)未轉換到位，則TJ吸起并用其后接點切斷DQJ1的1-2線圈自閉電路，使DQJ1落下，切斷電動機電路，從而使轉轍機停止轉動，起到超時保護的作用。

圖4 DQJ1自閉電路中增設TJ原理圖

TJ中的局部計時電路如圖5所示。當DQJ1吸起時，通過接點62和接點73，以24 V電壓為電容C1充電。

圖5 TJ計時電路原理圖

在DQJ1的自閉電路中串接TJ的后接點時，道岔動作計時的過程也是TJ中電容C1充電的過程。在充電電路接通瞬間用示波器測試可得，DQJ1前接點閉合時通過接點的沖擊電流峰值為6 A。該沖擊電流持續時間雖然非常短，但電流值超過了DQJ1普通接點承受的最大電流值(1 A)。而且，每次道岔動作，TJ內電容的充放電都會對DQJ1的該組接點造成沖擊。當通過繼電器接點的電流超過接點的耐流值時，每次電流通過接點都對接點上的金屬材質產生熔化過程。經過多次沖刷熔化后，接點表面粗糙不平，前接點和中接點接觸時的接觸電阻逐漸發生變化。對于道岔動作頻繁的車站，繼電器接點長期工作在此工況下，接點阻值逐漸增大，阻值超標的概率也會增大，嚴重時會出現DQJ1自閉電路異常，進而導致道岔因故中途停止轉換。

為了避免這類問題，可使用帶限時保護功能的DBQ(道岔斷相保護器)。DBQ可以替代DQJ1自閉電路中的TJ(如圖6所示)，DQJ1的1-2線圈自閉電路只串接BHJ的接點。當DQJ1吸起并轉入自閉電路、道岔開始動作后，DBQ內的計時器開始計時。若道岔在設定的時間(13 s或30 s)內未轉換到位，則DBQ停止直流電壓輸出并控制BHJ落下，使BHJ前接點切斷DQJ1的自閉電路，使DQJ1落下，進而切斷電動機電路，以防止電動機因長時間運行而燒毀。

圖6 1DQJ自閉電路中拆除TJ原理圖

3 結語

從RC電路的作用可知，RC電路是繼電器電路中不可或缺的一部分。通過增加RC電路，可使繼電器延時落下。通過選取合適大小的電容和電阻值，可以滿足繼電器電路對時序的要求。RC電路在充放電的過程中產生的沖擊電流，會損耗繼電器接點，有負面作用。因此，需要從繼電器常態等其他因素綜合考慮電路的整體結構。