地鐵車輛輔助逆變器工作原理及典型故障處理探究

張偉

摘要：本文主要分析了輔助逆變器工作原理，重點(diǎn)介紹了輔助逆變器典型故障、原因及整改效果，它不僅可以降低各類故障的發(fā)生率，而且還能夠充分發(fā)揮輔助逆變器工作性能，進(jìn)而提高地鐵車輛運(yùn)行效率。通過對輔助逆變器工作原理及典型故障進(jìn)行分析，以期為地鐵車輛的安全運(yùn)行提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;輔助逆變器;原理;典型故障;整改效果

1.輔助逆變器工作原理

在地鐵車輛運(yùn)行中，輔助逆變器一般是通過高壓母線為列車運(yùn)行提供所需電源。通常情況下，輔助逆變器主要是由輔助隔離開關(guān)箱、輔助電源裝置、擴(kuò)展供電箱和輔助熔斷器等部分構(gòu)成。圖1描述的是輔助逆變器工作原理。列車獲取高壓后，將會通過直流濾波電路將線網(wǎng)中存在的干擾諧波濾除掉，再通過輔助逆變器轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)正弦波，并通過交流濾波器濾波后，流經(jīng)工頻變壓器后獲取3相AC380V電壓。

2.輔助逆變器典型故障及整改效果

2.1絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）故障

2.1.1故障描述

在地鐵車輛輔助逆變器運(yùn)行過程中，由于IGBT故障的出現(xiàn)，將會導(dǎo)致該模塊停止工作，并在人機(jī)界面上發(fā)出報警，其常見的表現(xiàn)是空壓機(jī)無法打風(fēng)，從而導(dǎo)致車用空調(diào)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響了地鐵車輛的行駛速度。

2.1.2原因分析

通過對IGBT故障進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，輔助逆變器三相輸出存在異常，現(xiàn)場對所有IGBT外觀進(jìn)行檢查未見異常，但是控制電源接通后，脈沖分配板A相上下管故障燈出現(xiàn)紅燈。隨后繼續(xù)對三相的IGBT驅(qū)動線測試，結(jié)果得知A相上管驅(qū)動板的GE極存在短路問題，此時對模塊進(jìn)行解體后對所有IGBT實(shí)時靜態(tài)測量，測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)A相上管IGBT損壞，進(jìn)而誘發(fā)元件內(nèi)部形成短路。如果導(dǎo)通A相下管IGBT時，因?yàn)锳相上管IGBT出現(xiàn)短路，將會出現(xiàn)上下管直通現(xiàn)象，此時下管產(chǎn)生保護(hù)，并且報出A相下管保護(hù)故障。實(shí)際上，誘發(fā)IGBT故障的原因多為工作環(huán)境散熱不良、溫度過高所致。

2.1.3整改效果

為了使上述IGBT故障得到有效解決，輔助逆變器一般會選擇強(qiáng)迫風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，在其正常工作狀態(tài)下，經(jīng)進(jìn)風(fēng)口借助風(fēng)機(jī)將濾網(wǎng)熱量抽走，以達(dá)到散熱的效果。根據(jù)相關(guān)調(diào)查與統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，IGBT故障多出現(xiàn)在每年4-6月份，主要是因?yàn)樵摃r間段內(nèi)空氣中楊絮、柳絮較多，導(dǎo)致濾網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞問題。前期濾網(wǎng)一般是整體結(jié)構(gòu)，不僅清潔耗時，而且效果不理想。為了解決該問題，可以選擇濾芯與濾網(wǎng)外層分離結(jié)構(gòu)，并借助鎖扣直接將濾網(wǎng)外層拆除，以確保濾芯清潔工作的順利進(jìn)行，不僅耗時短，而且效果良好，IGBT故障得到了很好的解決。

2.2逆變器溫度過高故障

2.2.1故障描述

在輔助逆變器工作階段，如果其內(nèi)部IGBT周圍熱敏電阻檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度超過85℃時，將會判定動力單元溫度上升，進(jìn)而出現(xiàn)逆變器溫度過高故障。在輔助逆變器正常運(yùn)行過程中，該故障可以系統(tǒng)自動復(fù)位，如果輔助逆變器重啟60s內(nèi)仍然出現(xiàn)該故障，則需要按壓VVVF/SIV復(fù)位開關(guān)來給予解決。

2.2.2原因分析

逆變器溫度過高屬于常見，且復(fù)雜的故障保護(hù)，其具體原因如下：（1）軟件出現(xiàn)異常，致使故障后無法有效啟動;（2）環(huán)境因素致使過溫狀態(tài)無法得到有效恢復(fù);（3）溫度采樣硬件電路存在異常，致使過溫狀態(tài)無法及時恢復(fù)。

在對逆變器溫度過高故障進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榭刂栖浖ψ詣訌?fù)位信號與手動復(fù)位信號的邏輯處理出現(xiàn)問題，進(jìn)而導(dǎo)致初次逆變器溫度過高無法實(shí)現(xiàn)自動復(fù)位，此時通過按壓VVVF/SIV復(fù)位開關(guān)時，故障也未得到解決。

2.2.3整改效果

（1）當(dāng)出現(xiàn)過溫故障時，如果無法重新啟動，司機(jī)可以將SIV控制空氣開關(guān)斷開，并進(jìn)行復(fù)位，以達(dá)到重啟輔助逆變器的目的;（2）在軟件更新時，可以先選擇部分車輛進(jìn)行刷新，并對關(guān)鍵運(yùn)行效果進(jìn)行跟蹤，確定未見異常后再更新其他車輛的軟件;（3）對軟件存在的漏洞進(jìn)行修改，并選擇手動復(fù)位優(yōu)先，以確保在需要自動復(fù)位時，可以通過手動復(fù)位來正常啟動輔助變流器。

2.3相電流不平衡故障

2.3.1故障描述

該故障發(fā)生時的判定標(biāo)準(zhǔn)或檢測條件為：在輔助逆變器正常工作階段，通過電流傳感器控制單可以實(shí)現(xiàn)對逆變器輸出電流值的實(shí)時、動態(tài)檢測，如果發(fā)現(xiàn)相間電流差大于50A時，則可以判定為相電流不平衡，此時需要將IvLB和IvHB斷開，以達(dá)到保護(hù)主電路的目的。

2.3.2原因分析

相電流不平衡故障涉及的故障現(xiàn)象和原因較多，通過對可能誘發(fā)故障的部位進(jìn)行一一檢查，最終發(fā)現(xiàn)交流濾波電容器（ACC）電容容量嚴(yán)重衰竭是誘發(fā)的主要原因。通常情況下，因?yàn)锳CC電容屬于交流濾波電容，其不僅能夠?qū)⒏哳l諧波濾掉，從而輸出正弦波的電壓，而且還可以平衡相間電壓，因?yàn)樵撾娙葜写嬖?個電容器，一旦某個電容器出現(xiàn)問題，將會誘發(fā)三相電壓失衡，進(jìn)而出現(xiàn)相電流不平衡故障。

2.3.3整改措施

（1）對故障車ACC電容進(jìn)行更換，并開展高壓加載驗(yàn)證及空級試驗(yàn)，功能良好;（2）結(jié)合故障特點(diǎn)和各類修程，來對車輛輔助逆變器ACC電容貼溫度進(jìn)行檢查，如果超過70℃時，則需要對其進(jìn)行更換。

3.結(jié)束語

綜上所述，輔助逆變器是地鐵車輛中比較關(guān)鍵的組成部分，此時需要在了解其工作原理的基礎(chǔ)上，對典型故障進(jìn)行分析和處理，以此來更好的發(fā)揮輔助逆變器性能，提高地鐵車輛運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

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