孟進(jìn)波

(中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司 太原車輛段，山西 太原 030012)

接觸器是在鐵路客車中起切換電路、保護(hù)等作用的主要電氣元件，廣泛應(yīng)用于各輸配電裝置中，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。隨著鐵路的高速發(fā)展，對電器的質(zhì)量及可靠性要求越來越高，而接觸器發(fā)生故障時(shí)，由其控制的電器將無法運(yùn)行，直接影響旅客出行舒適度。因此，規(guī)范鐵路客車接觸器的運(yùn)用檢修管理、提高檢修質(zhì)量至關(guān)重要。

1 接觸器基本工作原理

接觸器是僅有一個(gè)休止位置，能接通、承載和分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件(包括過載運(yùn)行條件)下的電流的一種非手動(dòng)操作的機(jī)械開關(guān)電器。鐵路客車使用的接觸器為電磁式接觸器，由電磁鐵產(chǎn)生的力接通或斷開主觸頭。按主觸點(diǎn)連接回路的形式分為直流接觸器和交流接觸器，分別采用磁吹式滅弧和柵片式滅弧，基本由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)組成[1]。當(dāng)鐵芯線圈通入電流時(shí)，線圈建立磁場，靜鐵芯在磁力的作用下，克服彈簧力，將動(dòng)鐵芯吸合，動(dòng)觸點(diǎn)隨動(dòng)鐵芯的吸合與靜觸點(diǎn)閉合。當(dāng)線圈斷電或外加線圈電壓降低太多時(shí)，在反作用彈簧的作用下，動(dòng)鐵芯釋放，動(dòng)、靜觸點(diǎn)斷開。

2 檢修中常見故障及原因分析

2.1 直流接觸器接線錯(cuò)誤故障

(1) 主觸點(diǎn)錯(cuò)接線故障。運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)綜合控制柜內(nèi)的客室電熱接觸器(型號為CZT-30)燒損，原因?yàn)榻泳€方向錯(cuò)誤影響直流接觸器的滅弧能力。直流接觸器接線端子位置標(biāo)有“+”、“-”標(biāo)識，分別表示直流電流的流入、流出方向。接觸器進(jìn)線方式有上進(jìn)下出，下進(jìn)上出、左進(jìn)右出等情況，若作業(yè)人員更換接觸器接線前未驗(yàn)電，導(dǎo)致電流流入、流出方向相反，會造成滅弧性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 因?yàn)橹绷鹘佑|器采用磁吹式滅弧方式，“電、磁、力”三者關(guān)系密切，根據(jù)左手定則(圖1)，磁場中的帶電粒子會受到來自磁場的作用力，這個(gè)力被稱為洛倫茲力。若接線方向錯(cuò)誤，電流的方向與接觸器規(guī)定的電流方向相反，在接觸器分?jǐn)嗟臅r(shí)候，磁場對電流的作用力方向也相反，磁場力不能將電弧吹進(jìn)滅弧室，而是吹到了滅弧室反方向的塑料殼體上，導(dǎo)致滅弧能力嚴(yán)重下降，造成接觸器故障[2]。

圖1 左手定則

(2) 接觸器線圈接線顛倒。綜合控制柜內(nèi)的電池欠壓保護(hù)直流接觸器(型號為S137C1-110 V)的工作線圈正負(fù)接線顛倒，造成線圈兩端并聯(lián)的續(xù)流二極管正向?qū)ǎ勾拥碾娮柙陂L時(shí)間通電狀態(tài)下過熱燒損。而接觸器線圈作為一個(gè)電感，斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢能量得不到及時(shí)的消除，儲存在線圈內(nèi)易造成線圈的老化燒損，還易造成電路中的其他低壓電器元件被擊穿。線圈接線錯(cuò)誤短時(shí)間內(nèi)不易被發(fā)現(xiàn)，原因是根據(jù)接觸器的工作原理，即使線圈正負(fù)接線顛倒，但是線圈仍有電流通過，只是磁通方向發(fā)生了改變，N極與S極發(fā)生互換[3-4]。但不管是N極還是S極，依舊對鐵質(zhì)金屬有吸力，同樣可以吸合銜鐵完成接觸器動(dòng)作的目的。

2.2 接觸器非正常電磁噪聲

接觸器產(chǎn)生噪聲的原因一般是由于鐵芯接觸不良(粉塵、油污或生銹)、觸頭彈簧壓力過大或是鐵芯的短路環(huán)有問題。

鐵芯的短路環(huán)通常是由康銅或鎳鉻合金制成，通常用在交流接觸器上，其作用是消除銜鐵產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。對于單相交流電磁機(jī)構(gòu)，磁通是交變的，磁通過0時(shí)吸力也變?yōu)?，吸合后的銜鐵在反作用彈簧的作用下被拉開，磁通過0后吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時(shí)銜鐵又吸合。這樣隨著交流電周期的變化，銜鐵會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。

周期與頻率的換算公式為：

f=1/T

(1)

式中：f——頻率，Hz；

T——周期。

我國工頻交流電頻率為50 Hz，即電流在每s內(nèi)交變50次，根據(jù)上式求出周期T=1/50=0.02(s)=20(ms)。圖2為正弦交流電的周期。

lm.交流電最大值。圖2 正弦交流電的周期

由圖2可知，在1個(gè)周期內(nèi)，有2個(gè)過0點(diǎn)。因此，每次過0點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)間t=T/2=20/2=10(ms)。可見，交流接觸器銜鐵每10 ms就會振動(dòng)一次，可得出每s振動(dòng)100次(1 s=1 000 ms)。如果短路環(huán)損壞，在如此高頻率的振動(dòng)下對線圈和觸頭的壽命影響非常大。

2.3 錯(cuò)裝電壓制式不符合的接觸器

(1) 照明控制柜內(nèi)的半夜燈接觸器不能可靠吸合。檢查原因?yàn)樵撎幗佑|器的線圈工作電壓為AC 220 V，而裝用的接觸器線圈額定工作電壓為AC 380 V，交流線圈接觸器吸合電壓值的范圍為0.85Ue～1.1Ue(Ue為額定工作電壓)。因此，吸合范圍內(nèi)的最低電壓值為：0.85×380=323(V)。該處施加的電壓AC 220 V

(2) DC 600 V/AC 380 V逆變電源的交流輸出主接觸器燒損。分析原因?yàn)樵撎帒?yīng)裝用直流接觸器，工作電壓為DC 110 V，而實(shí)際裝用的接觸器線圈額定工作電壓為AC 220 V。常規(guī)情況下，交流接觸器施加交流電源之后，線圈阻抗是本身電阻和交流感抗之和。一是根據(jù)導(dǎo)體電阻公式R=ρ(L/S)，可知電阻R與長度L成正比，與橫截面積S成反比。直流接觸器線圈線細(xì)、匝數(shù)多，本身電阻較大，而交流接觸器線圈線粗、匝數(shù)少，本身電阻較小，錯(cuò)裝會造成通過電流較大。二是現(xiàn)場交流接觸器施加的是直流電源，根據(jù)純電感公式XL=2πfL(XL為感抗，f為頻率，L為電感量),電感線圈對高頻電流阻力很大，而對直流電流，相當(dāng)于f=0，XL=0。這樣線圈阻抗只是本身電阻，而交流接觸器線圈本身電阻又比直流接觸器線圈電阻小，所以通過電流較大，接觸器線圈很快會燒損。

2.4 機(jī)械卡滯故障

檢修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電車機(jī)組控制屏內(nèi)的冷卻風(fēng)機(jī)高速接觸器不吸合，造成柴油機(jī)組高水溫報(bào)警故障。分析原因?yàn)?TF49型接觸器底座上兩側(cè)各有1個(gè)互鎖裝置，只有滅弧罩安裝可靠后，滅弧罩兩側(cè)的推桿恰好將此保險(xiǎn)互鎖裝置頂開，動(dòng)鐵芯才能上下移動(dòng)。但運(yùn)用中此接觸器的滅弧罩有一側(cè)推桿安裝時(shí)未完全嵌入卡槽內(nèi)，由于振動(dòng)，在推桿彈簧的反作用力下推桿從卡槽內(nèi)脫出，滅弧罩被機(jī)械聯(lián)鎖，導(dǎo)致動(dòng)鐵芯被卡滯不能位移，導(dǎo)致故障。

2.5 線圈阻值變化導(dǎo)致接觸器燒損

DC 600 V車下電源逆變器為空調(diào)提供三相交流電源，常發(fā)生故障，導(dǎo)致車廂溫度升高，旅客投訴。段配屬581輛DC 600 V客車，2020年上半年僅接觸器故障就發(fā)生了17件/次。某車途中逆變電源1報(bào)故障碼“OE”，意為輸入輸出接觸器故障，實(shí)測主接觸器(型號C295A/G/110EC-U2)線圈阻值為17.59 kΩ，是標(biāo)稱阻值(692 Ω)的25倍，入庫后再次測量線圈已經(jīng)徹底燒斷。分析原因?yàn)榫€圈內(nèi)部漆包線匝間短路，勵(lì)磁電流變大，因電流的熱效應(yīng)與電流強(qiáng)度的平方成正比，電流變大，溫度升高，線圈發(fā)熱致使表層變色，而導(dǎo)體的電阻可近似地認(rèn)為與溫度成正比，所以隨溫度的上升，漆包線的電阻也不斷增加，漆包線絕緣強(qiáng)度快速下降，直至線圈燒毀。

2.6 接觸器釋放緩慢

TYJX-B型應(yīng)急電源箱內(nèi)的直流接觸器在線圈斷電時(shí)釋放緩慢(正常釋放時(shí)間應(yīng)小于30 ms)。分析原因?yàn)榫€圈兩端未按圖紙要求并聯(lián)阻容保護(hù)器，使鐵芯內(nèi)剩磁增大。線圈中的鐵芯是為了增加線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，鐵磁物質(zhì)的導(dǎo)磁率是非鐵磁物質(zhì)的幾十到幾百萬倍，所以鐵磁物質(zhì)的磁性非常強(qiáng)。線圈斷電時(shí)，磁通要減少，感應(yīng)電動(dòng)勢推送出來的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場阻止其減少，導(dǎo)致剩磁存留于鐵芯內(nèi)，因沒有安裝阻容保護(hù)器而不能及時(shí)消除，大量剩磁在鐵芯中抑制了接觸器的正常釋放動(dòng)作，易造成線圈老化、主觸點(diǎn)分?jǐn)嗖患皶r(shí)產(chǎn)生高溫拉弧，燒毀電氣設(shè)備。

3 預(yù)防措施及建議

客車接觸器型號多、品種雜，使用過程中會出現(xiàn)各種問題，所以應(yīng)規(guī)范接觸器的檢修，從而降低接觸器故障率，建議：

(1) 滿負(fù)載通電試驗(yàn)1 h以上，點(diǎn)溫檢查溫升部位有無異常。

(2) 接觸器標(biāo)注的電壓是指主觸點(diǎn)的額定電壓，不要與線圈的工作電壓混淆，選型時(shí)接觸器的額定電壓應(yīng)大于負(fù)載的額定電壓。

(3) 接觸器主觸點(diǎn)額定電流應(yīng)大于感性負(fù)載的額定電流。接觸器在頻繁啟動(dòng)、頻繁正反轉(zhuǎn)工作時(shí)，電流較大。為防止觸點(diǎn)的損壞，應(yīng)將主觸點(diǎn)額定電流降低一級使用。

(4) 若電磁噪聲產(chǎn)生，檢查短路環(huán)是否有裂紋，否則更新鐵芯或短路環(huán)。

(5) 更換接觸器時(shí)應(yīng)根據(jù)具體安裝空間接線情況，從統(tǒng)型圖紙電器元件明細(xì)表中選配適合的接觸器。

(6) 在E3修基礎(chǔ)上增加測量接觸器線圈的阻值是否符合要求的工序。

(7) 接觸器發(fā)生機(jī)械卡滯時(shí)，檢查滅弧罩的安裝是否可靠到位。