铁路机车用混合式直流接触器及其一体化方案的研究

摘要

直流接触器是铁路机车与车辆供电系统中广泛应用的电器元件，其可靠性及寿命直接影响整个系统的可靠性和寿命。电磁式直流接触器在开断过程中存在电弧磨损，且功率越大电弧磨损越严重，是造成直流电磁式接触器可靠性差、电寿命短的关键因素。为了消除或减小电弧的影响，本文设计了混合式直流接触器，即采用电子开关和机械触头并联，由数模混合逻辑电路控制，使机械触头通断瞬间，由电子开关承担负荷，稳态时由机械触头承担负荷，从而实现无电弧通断。其主要优点有：（1）无弧长寿命；（2）高可靠性；（3）绿色环保；（4）防爆。
　　目前国内对混合式直流接触器研究较少，而且没有成型的铁路机车用混合式直流接触器产品问世。本文根据健壮设计理论，结合顾客需求及机车上接触器使用环境，研究了电磁式接触器吸合时间和释放时间，选用合适的电力电子器件，设计并实现了以数模混合控制电路为核心的模块化混合式直流接触器样机，包括驱动、隔离、延时、电源转换、温度保护及浪涌电压电流保护等电路的参数设计和主要器件参数的容差设计。通过极限通断试验，验证了接触器4倍过载能力；通过可靠性电寿命试验，能够反映出混合式直流接触器电气寿命的变化趋势，即电气寿命基本上只和接触器的机械寿命有关，具有长寿命的优点；铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站的检验报告表明，样机符合TB/T2767-1996《机车用直流电磁接触器技术条件》的标准。
　　模块化混合式接触器，只能减小或消除电弧，不能解决接触器线圈功耗大、触头结构易污染、安装调试维修不方便等缺陷，为此进行了接触器一体化设计方案的研究，并对一种新型机车用的接触器进行了整体建模以及电磁系统的静动态仿真分析，将仿真分析的数据与实际测量数据进行对比，验证了仿真计算的正确性，为深入研究混合式接触器一体化技术奠定了基础。

目录

铁路机车用混合式直流接触器及其一体化方案的研究

铁路机车用混合式直流接触器及其一体化方案的研究

THE RESEARCH ON HYBRID DCCONTACTOR FOR RAILWAYLOCOMOTIVE AND ITS INTEGRATEDDESIGN

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题的研究目的及意义

1.2 课题的研究现状

1.2.1 接触器吸反力特性方面的研究

1.2.2 接触器电弧方面的研究

1.2.3 接触器的结构研究

1.2.4 接触器其它方面的研究

1.2.5 接触器前沿产品介绍

1.3 相关领域的研究进展及成果

1.3.1 健壮设计理论的发展状况

1.3.2 低压电器技术的发展状况

1.3.3 电力电子技术的发展状况

1.3.4 有限元分析的发展状况

1.4 本文主要研究内容

第2章 接触器模块化总体设计

2.1 引言

2.2 接触器的质量功能展开

2.3 系统设计

2.3.1 混合式接触器基本原理

2.3.2 混合式接触器几种实现方案

2.3.3 系统总体结构设计

2.4 试验设计

2.4.1 接触器固有特性测试的试验设计

2.4.2 样机试验标准

2.5 本章小结

第3章 电子模块设计

3.1 引言

3.2 电子开关设计

3.2.1 电力电子器件选型

3.2.2 驱动电路设计

3.2.3 隔离电路设计

3.3 电子控制电路设计

3.3.1 延时电路设计

3.3.2 电源转换电路设计

3.4 电子模块保护电路设计

3.4.1 温度保护电路设计

3.4.2 浪涌电压电流保护电路设计

3.5 本章小结

第4章 试验数据分析与研究

4.1 引言

4.2 电磁接触器固有特性数据分析

4.3 电子模块数据分析

4.3.1 压敏电阻特性分析

4.3.2 延时电路参数分析

4.3.3 延时电路容差分析

4.4 混合式接触器试验数据分析

4.4.1 混合式接触器无弧分析

4.4.2 极限通断数据分析

4.4.3 30万次电寿命数据分析

4.4.4 铁道部检验报告数据分析

4.5 本章小结

第5章 接触器一体化设计的方案研究

5.1 引言

5.2 模块化设计中存在的问题

5.3 一体化设计总体方案

5.4 电磁式接触器仿真分析

5.4.1 接触器系统建模

5.4.2 电磁系统静态仿真分析

5.4.3 电磁系统动态仿真分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士间的科研成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢