地铁车辆电气电子元件材料选用和设计浅析

地铁车辆上应用的电气电子元件种类繁多，依据的标准各制造厂和地铁公司规范也不尽一致，本文仅针对国内部分地铁车辆的设计和制造运营分析其材料选用和基本设计准则。

一、电气元件

电气设计规范符合相应标准。电子设备的设计、制造符合EN 50155标准，其中温度等级为T3以上。

1.1 电容器

一般使用干式钽电容或陶瓷电容。对于高电容值电容，采用长寿命等级的铝电解电容或纸质电容。电力电容使用寿命大于100，000小时的电容器，并使用无毒浸渍剂。

1.2 电阻

牵引、制动和辅助系统的功率电阻（大于300W）的选用符合标准IEC 60322，其他电阻减低额定值的50%使用。制动电阻的设计要便于拆卸和清洁。

1.3 变压器和电感器

变压器和电感器的选用符合标准IEC 60310。

1.4 半导体

不使用锗（Ge）半导体。分离式半导体根据不同用途设置相应的保护。不使用靠元件“迭配”来使电路具有正确、有效功能的电路。

1.5 印刷电路板

元器件的固定方式，能经得起在长期的地铁运营环境中反复冲击和振动；装配好的印刷电路板，两边涂绝缘、保护涂料，该涂料能被热的电烙铁烫穿，涂料的溶媒对元器件无不利影响；接插件采用标准型号，选择时考虑车辆运营所在地的环境条件和列车寿命期内所需的插/拔次数；印刷电路板和模块用适当的方式保持固定；不采用加“飞线”的方法来纠正设计错误；所有电子元件需经过老化处理，满足EN50155标准。

1.6 微处理器和运算/逻辑单元集成电路

设计要点：电路系统提供大于牵引控制软件所需存储容量20%扩充量；单元封装在易于更换模块的金属壳体内；整个单元由标准的包装系统机箱来支撑。

电路中的PROM均是可拆卸的，便于编程。

I/O信号借助于控制装置上专用的I/O模块来传送。

输入/输出模块的要求：进行过/欠电压、电压突变、短路和开路的保护；进行必要的电压变换；减少噪声和干扰信号。

编程

需结构清晰，易于识别。系统包括Watch-dog的功能。

1.7 干扰要求

设计和布线考虑避免在运行中产生相互干扰。

瞬变过程抑制的要求：对于产生EMI的设备的设计均考虑其EMI的发射；电磁阀和操作器件的线圈装续流二极管或电弧抑制设备；在发生源抑制瞬变过程；电子设备的设计能经受车辆运行环境所能遇到的EMI或瞬变过程。

二、控制和保护电气

2.1 接触器

接触器定义为功率≥5KW的任何开关设备。

接触器能方便地进行检查、拆卸和更换。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

所有接触器上都安装灭弧罩：

触头均消除弹跳，以防止发生金属熔敷和电蚀。

各种接触器绕组均使用固态抑制装置，以防沿低压网络产生的瞬变电压。

2.2 继电器

继电器限定为开关功率

触点计算准确，避免低电平负载；对不同性质的负载进行合理的换算。关键回路的控制继电器采用高可靠性安全性继电器。

各种继电器的绕组使用固态抑制装置，以防沿低压网络产生的瞬变电压。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

所有延时继电器优先R-C延时或固态延时式的。

绝缘材料具有阻燃性能；达到耐温等级温度上限。触点过负载能力能100次成功（交流为200次）切换两倍额定负载电流。

所有继电器的电气寿命不少于106次，且电路的设计将使这些继电器至少满足10年以上的使用寿命。

2.3 开关

不并联使用触点开关以传输等于或大于制造厂规定的电流额定值。

开关上配置一个“定位键”，作用是当开关安装以后，使开关体在开关机械转动时能受制约而固定不动。

触点电流值大于10mA，防止触点发生氧化的现象。

开关每个端子上最多接二根导线。

2.4 保护电路断路器和高速断路器

保护断路器要求非常坚固，能充分地满足预期的运行要求； 所有电路断路器的通和断位置永久性刻在断路器的手柄或外壳上；每个断路器只保护一个回路，任何回路只用一个断路器保护；每对断路器的触头都有相适应的灭弧装置，以防飞弧；断路器额定电流值在断路器安装之后清晰和永久可见；

高速断路器

适用于牵引电路；采用单触点串联连接；由低压控制；独立安装或安置在高压箱内。

保护断路器板的布置

保护断路器的布置按安全原则设计；在保护断路器旁有一条线槽，放置每条断路器的导线；底座易于拆卸，便于维护和保养。

2.5 熔断器

熔断器仅用在绝对需要的地方且均有熔断指示。空气隙和漏电距离按相应国际标准的要求。每个熔断器的额定值清晰、持久地印刻在其表面。

三、综合

除以上所述，电气电子元件材料和设计应符合地铁运用环境条件，符合国际国内相关电气和防火及冲击振动的标准规定，所选择的电气装置（继电器、接触器、断路器、接插件、熔断器）的技术数据和说明书（产品样本）应归档保存，以便追踪校核。车辆用所有各类电气配件在装车前均经试验、检查，并验收合格。

参考文献

[1]EN 50155-机车车辆上使用的电子设备

[2]IEC 60322：2001 机车车辆-铁道车辆电气设备-开式结构功率电阻器规则

[3]IEC 60310 铁路车辆上的牵引变压器与电感器