张小龙
中车兰州机车有限公司 甘肃，兰州，730050
摘要：在电力机车的设计过程中，必须对接触线圈进行保护，本文主要介绍电力机车直流接触器的工作原理，对电磁线圈的工作原理进行分析，将各类线圈的保护电路进行对比，设计出最符合电力机车电路保护的线圈接触器，从而保证接触器保护电路的实际应用效果。
关键词：接触器线圈保护；电力机车；设计应用
引言
随着社会科技的不断发展，使得电力机车产品不停的更新换代，由于直流接触器和交流接触器作为电力机车的重要构成元器件，其种类越来越多，因此在电力机车上的使用越来越广泛。但是在设备使用的过程中，如果接触器的闭合和断开出现电磁线圈过流、过压的现象，就会导致接触器线圈的烧损。本文主要根据HX-D3C型机车和HX-D1C型机车的机车供电系统中的接触器为例，分析不同接触器所采用的电路保护线圈，从而促进接触器线圈保护在电力机车设计中的应用。
1 接触器的工作原理
（1）电力机车电路接触器的工作原理是，使用电磁原理通过低压开关控制高压开关，当线圈内部通电之后，线圈就会产出电磁场，使得接触器的铁芯和衔铁在磁场的作用下，抵消复位弹簧的作用力吸合到一起，使得主接触点闭合辅助接触点断开，进而完成对电路的控制操作。
（2）当断开线圈的供电时，线圈两端的电压会消失，导致线圈失去电磁吸力，这时在复位弹簧的作用力下，衔铁会和接触器的铁芯断开连接，辅助接触点闭合，此时接触器处于断开状态。由于接触器可以做到频繁地接通大电流电路、快速切断交（直）流电主回路，因此在电力机车电路设计上的使用越来越普遍。
（3）电力机车电路接触器不仅可以接通和断开电路的连接，还可以通过低压操作起到保护电路的作用。接触器可以根据控制线圈进行分类，有直流电源进行控制操作的是直流接触器，由交流电源进行控制操作的便是交流接触器。
2 分析接触器的电磁线圈
2.1直流接触器
（1）在电力接车的直流接触器中，接触器从断开状态到通电吸合状态的过程中，线圈通电启动的阶段，由于电感中的电流不会突然变化，因此直流接触器线圈的电感比较大，电流的变化魂呈现出从零上升的趋势，I=U/R整个接触器的电流值曲线呈现出陡坡形式；
（2）在接触器转换状态衔铁和通电铁芯吸合时，线圈内部的电感会消失，线圈内部的电流U/R是稳定的电流值，由于直流接触器吸合通电后，线圈内部的电感就会消失，因此一般都会串联限流电阻用来限制接触器线圈内部的电流。I=U/R其中I为额定电流是一个定值，接触线圈内部存储的能量为1/2Li2，如果直流接触线圈断开连接后，线圈内部的能量就会释放，从而将会产生较大的过电压。
2.2交流接触器
（1）交流接触器和直流接触器不同，线圈内部的电流为
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,其中I表示线圈内部电流，U表示接触器两端的电压，R表示接触器线圈的电阻值,ω表示电源角的频率，L表示线圈内部的电感。在电源稳定的时候，电压和电源角的频率稳定不变，此时线圈内部的阻值变化只会和温度有关，由于温度对电阻的影响不大，因此线圈的电阻R近似是稳定不变。
（2）由于接触器线圈的电感和线圈的匝数的平方与电磁场磁路的磁导Am之间成成正比，接触器电磁线圈的匝数是固定的，因此线圈磁路的磁导Am会根据接触器的运转状态进行变化，同样电感L也会随着接触器工作状态的转换进行变化。在接触器处于工作状态的时候，接触器衔铁和铁芯吸合到一起，只有接触器处于断开状态时，衔铁和铁芯的间距才会达到最大，这时接触器线圈磁场的的阻值Rm是最大的,磁场里面的磁导Am是最小值，因此接触器线圈的启动电流也会是最大的。
（3）当接触器处于逐渐吸合的状态时，接触器的衔铁和铁芯之间的空气间隙会逐渐变小，这时候接触器线圈的磁场的磁阻Rm会慢慢变小，磁场内部的磁导Am会越来越大，此时线圈内部的电流会逐渐变小，只有接触器完全吸合处于工作状态时，接触器的衔铁和通电铁芯之间的空气间隙最小，这时接触器线圈中的磁阻是最小的，磁导反而是最大的，此时处于工作状态的接触器内部线圈的电流值是最小的。
3 接触器保护电路的类型
为了保护和接触器线圈并联的电路，必须要消除电压造成的影响，一般情况下，都会选择使用二极管组合回路、变阻器保护电路以及RC阻容吸收回路等，减少电压带来的影响，从而起到保护电路的作用。
3.1 RC阻容吸收回路型
如图1RC阻容电路及波形所属，为了有效控制接触器线圈dv/dt的输出阶段，可以在接触器电磁线圈的两端并联一个RC元件电路，从而有效的控制接触器在通断过程中产生的过高瞬间电压，缓和瞬间电压的变化使电压趋于平稳。
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3.2 二极管组合回路型
为了能够有效缓解接触器线圈过压的问题，可以如图2所示，在接触器线圈的两端并联一个二极管，用来平稳瞬间电压。当接触器处于断开状态，线圈当中的电流消失的时候，接触器线圈所产生的感应电动势可以被接触器线圈和二极管之间构成的回路消耗掉，起到保护线圈电路的作用。
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3.3 变阻器回路型
为了有效控制接触器的电压，可以在接触器线圈两端并联一个变阻器。通常情况下，在接触器的使用过程中都会在电路上并联压敏电阻，通过疏通接触器开关时线圈产生的瞬间电压，从而消耗掉线圈电感的能量，进而有效控制线圈的电压。
4 接触器保护电路的实际应用
（1）在HX-D1C型电力机车上使用的TGA9型牵引变流器，其主电路上连接的是意大利公司生产的LTH-800型接触器，接触器线圈的控制电源为110V，由于这款接触器会在电磁线圈上并联一个稳定电压的压敏电阻，因此如果接触器闭合和断开时产生的瞬间电压过高，压敏电阻就会起到吸收和稳定电压的作用，从而将线圈内部的电感能量消耗掉。
（2）为了保护接触器的电路，HX-D3C型电力机车会在供电柜内安装一种类似真空的接触器（EVS701型或者1-110DC型），这种类真空接触器依然是选择110V作为控制电源，此时测量接触器的线圈阻值为42.2欧姆，通电状态下接触器的电阻为382欧姆，给线圈提供97伏的电压，在接触器的衔铁和铁芯吸合时，测得接触器闭合和断开的瞬间，线圈（A1：A2）之间的电压有127 V 的突变，接触器完全闭合后，线圈两端的电压为97伏特，电阻R两端的电压保持87伏特，从以上数据可以得出在接触器吸合的瞬间，线圈可以达到3.01A的最大电流，如果接触器吸合后再电路上串联一个电阻，就可以将电流减小到0.23A，从而避免了接触器线圈被电压损坏的现象，起到了保护接触器工作电路的作用。
（3）在接触器的实际应用过程中，为了更好的保护接触器的线圈，避免线圈会被电压损坏。通常情况下，都会在接触器的两边增加过压吸收元件，从而充分保证接触器线圈处于安全的工作状态。
结束语
综上所述，通过对接触器电磁线圈过压保护的分析，我们得出了三种避免瞬间电压损坏接触器线圈的处理办法。通过二极管型、变阻器型保护电路以及RC阻容型保护电路，可以行之有效的解决电压对接触器线圈的损坏问题，起到一个很好的电路保护作用，为接触器的正常工作提供了有效保障，大大延长了电力机车接触器的使用时间。
参考文献：
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