城轨车辆中电连接器的选型探讨

【摘 要】连接器是一种为电气回路提供快速通断的装置。本文从影响其用途的电气、机械、环境三个重要性能展开论述与探讨，以论证在选型时，在不同的应用条件下要考虑不同的技术指标，进而实现可靠的电连接功能。

【关键词】连接器；电气性能；机械性能；环境性能；选型

1 引言

在城市轨道交通运输装备制造行业中，多个部件的电气连接接口界面，都在使用连接器。连接器在回路中担负着电能传输和信号控制与传输的重要作用。

任何一个城轨项目，连接器的物料都超过了上百余种。一旦在生产过程中发生型号等变更，将涉及多方面，涵盖设计选型、生产管理与采购等。所以在技术阶段，对连接器的选择应持慎重态度。笔者拿城轨以往项目为例，结合车辆连接器设计选型模式，分析探讨在不同的应用场合下，哪些因素直接影响了连接器的使用功能。

2 连接器设计选型

2.1概述

连接器的相关术语，在国际标准IEC61984《连接器安全要求和试验》中有清晰明确的定义：

连接器——为连接或断开合适的配套零部件，将导体中断的部件。

2.2 电气性能

（1）电压与电流

连接器的额定电压理解为制造商推荐的最高工作电压，原则上说，连接器在低于额定电压下都能正常工作；同额定电压一样，在低于额定电流的情况下，连接器一般都能正常工作。笔者在选择时，主要是根据电气回路的工作电压与电流，去选择匹配的连接器。

以广州地铁128增购项目为例，根据项目电气线路条件选择了跳接箱连接器模块组件（见表1）。所有选择全部符合连接器的标称额定值。在城轨车辆其他A型车项目中，这个选择具备通用性与互换性，相似工作等级的电气回路（一般分为主、辅、控和通信回路）中会选择使用相同系列的连接器。如果电气回路工作电压或电流超出连接器规定范围，会根据制造商的产品手册重新选择连接器系列、型号。

同时注意一点，连接器在有电流流过时接插件会发热，发热超过一定极限后，会破坏连接器的绝缘和接插件表面镀层，降低连接器的工作电流值。为减少发热的破坏性，要求连接器在使用时考虑冗余设计。在不能增加连接器数量的情况下，这只能通过减少接插件的数量来实现。目前在设计选型的过程中，大电流回路我们要求制造商提供温升试验报告（温升试验不能应付有冲击电流、频繁振动等恶劣的使用条件），看温升是否符合IEC61984标准，一般不太在意接插件数量。

对于一个多芯连接器来说，接插件数量超过什么度时是有风险的？对于这个问题，笔者建议在城轨车辆连接器选型时参考借鉴如下公式（该公式在军工类连接器选型时考虑的多一些）去进行冗余计算与分析：

单个接触件承载电流=（单个接触件额定电流）×（1-Q）

（说明：单个接触件承载电流等同于连接器工作时的承载电流，必须大于电气回路中的工作电流。）

其中，单个接触件额定电流见表2，接触件额定电流下降率Q值见表3。

（2）特性阻抗匹配

对于某些回路，尤其是通信回路而言，还有一些特殊的电气指标要求。有些信号，特别是射频信号，有特性阻抗的要求。

在车辆通信回路中，连接器阻抗要求与回路中传输电缆阻抗相匹配。如果不考虑特性阻抗这一性能，在调试或运营阶段就会发现信号在传输线上有驻波形成，造成有些地方信号强，有些地方信号弱。以广州地铁128增购项目等为依据，笔者整理出城轨车辆上常用连接器特性阻抗值以供参考，见表4：

（3）屏蔽接地

随着EMC越来越受到重视，连接器选型时可以选择有金属外壳的型号，以阻止电磁干扰；或者，为尽量避免电磁干扰，在选择屏蔽电缆的同时，选择处理屏蔽电缆的连接器附件。常见的处理屏蔽电缆的附件有结构附件和安装附件，结构附件如卡圈、电缆夹、固线板等，安装附件如螺钉、接线端子等。

2.3机械性能

连接器的机械性能一直在强调这两方面的要求：一是插拔力；二是机械寿命。在城轨车辆工程应用中，只要选择成熟产品，一般不会出现这些问题。反而，外形尺寸、安装和出线方式的不恰当选择，往往会造成接口更改、机械干涉等一系列现场问题。下面笔者就外形尺寸、安装和出线方式展开说明。

（1）外形尺寸与安装

连接器的外形尺寸非常重要，在应用中都受到一定的空间限制，不能与其他部件干涉。目前在城轨车辆上，广泛应用矩形连接器，矩形连接器空间利用率高；常用的连接方式是螺栓安装，螺栓连接强度高，适用于高负载、高振动、高冲击等恶劣环境。

笔者根据使用空间和安装部位，去选择合适的安装方式，在此强调一点，在施工设计阶段提安装接口的时候，要区分清楚在单面板上开通孔还是打铆螺母，因为一旦选错，由于空间限制，会给后期的返工带来很大困难。下面简单列举一下这两种安装接口方式，见表5：

1-铆螺母

（2）出线方式

连接器有顶出线和侧出线两种方式，在车辆上都有应用，一般由电缆的弯曲半径、空间走线方式来区别。司机室、客室、车顶布线都非常集中，路径相对也比较简单，很好定义出线方式，最困难的是端部跳接箱连接器的出线方式选择。

在复杂的端部环境下，不能再单独的考虑连接器，必须把它与软管接头、软管作为一个组件来分析（这三个部件有接口关系，相互影响）。只有这一组件满足了以下两个应用条件，连接器才算最终选定型谱了。

条件1，一个端部连接器的线束多，在连接器出线口、软管接头和软管中的占空因数至少为20%（某合同中规定，供参考）。

条件2，连接器、软管接头与软管这一组件必须通过曲线模拟计算，以避免出线时与其他部件干涉，以保证满足出线空间要求，特别是在车辆端部跳接位置。图3介绍了如何通过模拟图分析出线方式，同时可估算出与连接器匹配的车辆端部跳接软管的长度：

（工况1-标准直轨，车钩拉伸或压缩；

工况2-S曲线上，车钩拉伸或压缩；

工况3-R曲线上，车钩拉伸或压缩；

工况4-爬坡，车钩拉伸或压缩）

2.4环境性能

连接器的使用与室外、室内、高温、高湿、盐雾、霉菌、寒冷、振动等环境相关，对连接器都有特殊要求。

（1）防护等级

连接器必须适应环境和防水防尘的要求，笔者根据经验列出城轨车辆常用连接器的防护等级IP，见表6：

（2）振动与冲击

连接器在运输和使用过程中会遇到各种各样的机械冲击和振动， 在这些情况下， 对连接器的首要要求是连接可靠、信号不中断； 其次是机械结构坚固， 零件无裂纹、断裂或松脱等。为评价连接器的耐冲击和振动性能，需要参看制造商的试验报告。

3 结束语

选择一款适合城轨车辆运营环境与预定用途相符的连接器，不是一件简单的事情。除了从技术方案、经济成本考虑，也要考虑连接器的通用性，可以减少物料种类，增加数量减低成本，同时降低供货风险。

其实，无论从哪个角度阐述连接器，都旨在说明一点，从源头把控关键要素，是实现车辆高质量运营的有力保障。

参考文献：

[1] IEC 61984.连接器安全要求和试验.

[2] EN 50155. 铁路设施.铁道车辆用电子设备.

[3] 任国泰.电连接器基本知识（1）（2）.四川绵阳七九六厂.

作者简介：

赵青选，毕业于同济大学，现从事城轨车辆电气设计工作。