接触器作为一种自控控制开关电器广泛应用于电力传输和工业生产中,其工作性能和可靠性直接影响整个电力系统机能和可靠性。电磁接触器在闭合和开断过程中存在电弧磨损,尤其在直流大功率的应用场合下,电弧对触头损害更为严重,成为决定大功率直流接触器电寿命的关键因素。传统混合直流接触器采用电力电子开关和机械开关并联的方法,综合两者优点,实现混合接触器无电弧通断,但是由于大功率电子开关成本高、体积大、控制驱动电路复杂,使得该方法在大功率应用场合不具备很高市场价值。本文以铁路机车用大功率直流接触器为研究对象提出了一种新型大功率混合直流接触器的设计方法,以接触器在开、关动作过程中无电弧影响为基本设计要求。本文提出的新型大功率混合直流接触器由闭合弹跳电弧消除电路、分断电弧消除电路和接触器本身组成。闭合弹跳电弧消除电路由电源转换电路、隔离采样电路、控制电路、隔离驱动电路和保护电路组成,通过检测接触器触头首次闭合信号导通并联在触头两端的电子开关,使其承担触头弹跳时间的主电路电流,以消除闭合弹跳电弧现象,最大限度降低电子开关承担电应力,提高电路可靠性,降低开发成本。分断电弧消除电路由能量吸收电路、控制电路和续流电路组成,利用分断电弧能量转移原理,将存储在负载和线路中的能量消耗在能量吸收电路和续流电路中,以消除分断电弧现象。由于线路及器件分布参数的存在,分断电弧能量无法快速完全转移,表现为触头分断微电弧现象。通过对分断电弧消除电路寄生参数的提取建立其微观等效模型,并对线路进行优化设计,提高灭弧效果。大功率混合直流接触器样机通过了国家铁路严酷等级3级标准的极限条件测试,满足铁路机车用低压设备的安全标准要求。本文针对所设计的新型混合直流接触器进行了故障树分析,分别以顶事件“闭合弹跳电弧消除电路不工作”和“分断电弧消除电路不工作”建立故障树,形象的说明器件级底事件对每层中间事件及相应顶事件的影响,得到顶事件的发生概率及元器件概率重要度,找到整个混合接触器设计的关键环节,为进一步提高其使用可靠性打下基础。本文设计的大功率混合直流接触器具有无电弧、可靠性高、成本低廉、体积小等优点,具有广阔的应用前景,现应用于哈尔滨三棵树机务段机车中,试运行无故障累计时间超过3个月,目前该混合直流接触器已申报国家发明专利。