關于某型動車組客室熒光燈逆變器故障的分析研究

王澤昊 王振虎 劉彥志 王雪瑩

摘要：客室熒光燈是高速動車組車廂內的重要照明設備，隨著旅客對高速列車舒適性要求的不斷提高，其性能直接影響到乘客乘車舒適性。通過對某型動車組客室熒光燈逆變器的工作原理進行分析，并對在運用檢修中常出現(xiàn)的故障進行總結，提出了相應故障的判斷處理方法，為現(xiàn)場快速排查及搶修動車組照明系統(tǒng)故障提供保障，具有較好的實用價值和行業(yè)應用前景。

關鍵詞：動車組;熒光燈;檢修

引言：

客室熒光燈是高速動車組內重要的照明設備，該設備主要由熒光燈管及熒光燈逆變器兩部分組成。隨著動車組運營里程的增加，逆變器故障已成為動車組旅客服務設施頻發(fā)性故障，逆變器的維修越來越受到關注。動車組提供的DC100V電壓通過熒光燈逆變器，將其逆變?yōu)锳C120V（或AC180V），為40W（或110W）熒光燈正常工作，提供電壓。因此，對熒光燈逆變器的運用維護檢修將直接決定熒光燈能否正常照明。本文以輸出電壓為AC120V的熒光燈逆變器為例進行分析研究，找到逆變器故障電子元件，通過故障電子元件進行修復從而使逆變器恢復正常工作狀態(tài)，達到修復故障逆變器，從而延長其使用壽命的目的。

1 熒光燈逆變器工作原理及試驗分析

1.1 逆變器工作原理

熒光燈逆變器由輸入穩(wěn)壓電路、變壓器工作能量轉化電路、三極管工作振蕩電路三個主體組成[1]。逆變器的外接 DC100V 電源，經保險管 FS1后送到由二極管D2和電容C1、電感L1、壓敏電阻ZNR組成的電路進行整流濾波和抑制浪涌，將純凈的直流電壓通過啟動電阻R5和電容C3提供給三極管 TR1和TR2的基極，滿足三極管工作的靜態(tài)條件[2]。變壓器 T1 繞組為主繞組產生激勵磁場，使次級繞組產生電壓，與T2繞組配合，通過控制變壓器線圈的匝數(shù)比，使三極管有放大功能，滿足：|AF|=1。

變壓器 T2 繞組的感應電流加到三極管的基極，使基極信號更強，實現(xiàn)三極管的正反饋。進而滿足三極管工作的動態(tài)條件，三極管靜動態(tài)工作條件滿足，可以實現(xiàn)自激振蕩。另一方面，變壓器 T1 繞組與電容 C2 配合形成并聯(lián)諧振產生瞬時高壓點亮熒光粉。熒光燈有了可以激活熒光粉的瞬時高壓和持續(xù)的自激振蕩便可以正常工作，為乘客提供舒適的照明條件。

1.2 逆變器試驗分析

根據(jù)逆變器電路原理對電路板元件進行分析，電阻電感變壓器等由于自身特性不易損壞，而電容二極管和三極管則受電壓電流影響較大，容易出現(xiàn)故障[3]。

根據(jù)電路邏輯和逆變器振蕩需要滿足的條件，只要二極管 D1、電容 C2、電容 C3、三極管 TR1、TR2 有一處損壞，逆變器都無法工作，因此依次對30個故障逆變器進行排查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有逆變器所以故障均是由于電容 C2、電容 C3 和三極管 TR1、TR2 故障造成的。為了更好地對逆變器故障進行快速修復，對30個故障逆變器進行試驗分析，其中電容C2故障18件，C3故障8件，三極管故障4件。

2 熒光燈逆變器常見故障原因分析

2.1 C2電容故障

故障原因：由于電容C2容量低于額定工作容量0.018μF導致。

原理分析：C2電容與變壓器T1繞組配合，在電路中起并聯(lián)諧振的作用，此時變壓器繞組充當電感的作用，當滿足：

WL=1/WC

且方向相反時，發(fā)生并聯(lián)諧振。并聯(lián)諧振中，電壓和電流同相位，根據(jù)有功功率P=UIcosα

α為電壓和電流的相位差，當電壓電流相位相同時，α為 0，此時cosα為1，達到最大值，電源有功功率達到最大，變壓器獲得最大能量。這時在變壓器的輸出繞組上電壓達到最大值，瞬間高壓將熒光粉點亮。當電容C2容量低于額定工

作容量0.018μF時，并聯(lián)諧振條件無法滿足，無法產生瞬時高壓點亮熒光燈。

2.2 C3電容故障

故障原因：電容 C3 容量低于額定工作容量 100μF。

原理分析：三極管自激振蕩需要基極有持續(xù)的直流電供應，否則當交流信號為負半波時，三極管截止，無法實現(xiàn)振蕩。電路剛通電時，外接 DC100V電壓經過電容電感二極管的整流濾波和抑制浪涌后，將穩(wěn)定的電壓通過啟動電阻R5和電容C3提供給三極管TR1和TR2的基極。當電路實現(xiàn)動態(tài)平衡后，由于R5電阻過大，消耗能量過多，電路改由變壓器T3繞組獲得的感應電流經二極管整流后通過C3電容提供給三極管。電容C3容量由于長時間工作或其他原因低于額定工作容量 100μF 時，三極管得不到足夠的持續(xù)的直流電，靜態(tài)工作條件無法滿足，無法實現(xiàn)正常的自激振蕩。

2.3 三極管故障

故障原因：三極管損壞，電路無法完成振蕩。

原理分析：三極管是逆變器最核心的部分，此逆變器的的本質就是各電子元件配合三極管完成自激振蕩。兩個三極管型號相同都會爭相導通，由于制造工藝等因素會導致一個三極管先導通。假設TR1先導通，此時變壓器繞組T2的上部分和T1上部分線圈會獲得電流，T2的上端與T3的上端互為同名端，此時T2繞組與T1繞組的電壓方向一致。三極管TR1導通后，變壓器繞組上端被TR1接地，所以T2和T1上端電壓也變?yōu)樨?，下端變?yōu)檎R1 斷開，由于T2正電壓加到了TR2的基極，TR2導通，振蕩過程以此類推，TR1和TR2三極管實現(xiàn)交替導通，從而在變壓器的輸出端輸出正弦波交流電，完成逆變過程。若TRI和TR2損壞，電路無法完成振蕩。

3 維修及驗證方案

針對以上故障原因，提出以下修復方案：

（1）取出電路板，用洗板水進行清洗，觀察電路板上各元器件的外觀，確認是否有發(fā)黑或燒焦的痕跡，各電阻和三極管是否有松動的現(xiàn)象，尤其需要特別注意電容元件是否有鼓包或爆裂漏液的情況發(fā)生。

（2）使用熱風槍對電路板上故障元件對應的焊點進行加熱，用洗板水清除殘留的焊錫和雜質，涂抹助焊油，將融化的焊錫均勻地覆蓋在管腳處，取下故障元件。

（3）用鑷子將相應新元件安裝在對應的管腳處，將電絡鐵調至 300～350℃，將元件重新焊接在電路板上，注意電氣元件的正負，焊接完成后，觀察管腳是否有虛焊、脫焊等現(xiàn)象，確保焊接狀態(tài)良好。

（4）進行通電試驗，確認熒光燈發(fā)光正常，輸出電壓穩(wěn)定在 AC120V，逆變器工作正常。為確保修復后的逆變器可以正常工作，對修復后的逆變器板進行點溫試驗，以電容C2故障為例，當通過更換電容C2使逆變器電路板正常工作后，每隔一小時對C2電容進行點溫，并與新逆變器電路板C2電容的點溫數(shù)據(jù)進行比對，確保更換后的逆變器電路板工作溫度在正常溫度范圍內。

通過試驗，發(fā)現(xiàn)電容C2工作溫度隨著時間而逐漸升高，當正常工作六小時后，溫度逐步穩(wěn)定在40～45℃之間;同時二者工作溫度的最大差值為 1℃，屬于合理的誤差范圍，說明通過更換故障元件修復逆變器的方案是可行的。

4 結語

客室熒光燈逆變器故障中，由于熒光燈工作時長增加導致逆變器電容容量不足的現(xiàn)象十分普遍，在故障處理過程中應重點檢查;其次經過試驗，確認通過更換故障元件來實現(xiàn)修復逆變器的方案是可行的，大大降低了動車組熒光燈故障的運用維護檢修成本，為同類產品設計及故障分析提供一定借鑒和參考。

參考文獻

[1]申勇， 修偉. 40W熒光燈逆變器[J]. 承德民族職業(yè)技術學院學報， 2000， 03：28-29.

[2]胡南， 胡小光. 一種直流熒光燈逆變器： CN， CN201601881 U[P].

[3]張博華. 試論LED燈具在動車組照明系統(tǒng)中的應用[J]. 鋒繪， 2019（4）：169-169.