地鐵牽引逆變器輸出電流傳感器測試策略優(yōu)化分析

褚衍廷，余雨婷，李坤

（1.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006；2.湖南省高鐵運行安全保障工程技術(shù)研究中心，湖南 株洲 412006；3.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006；4. 株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412006）

0 引言

DC1500V牽引逆變器主電路采用電壓型直-交逆變電路。經(jīng)高壓供電輸入的DC1500V直流電牽引逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電[1]。牽引逆變器內(nèi)部放置一個IGBT模塊，每個IGBT模塊包括一個逆變器單元和一個或兩個斬波單元，當(dāng)電網(wǎng)電壓在DC1000V～DC1800V之間變化時，主電路能正常工作，其主電路如圖1所示。

圖1 牽引逆變器主電路圖

在直流回路得到DC1500V直流電壓時，啟動逆變器，通過控制逆變器模塊3個逆變橋臂的6個IGBT的開通和關(guān)斷實現(xiàn)輸出三相正弦電流。

1 輸出電流傳感器檢測

地鐵牽引逆變器產(chǎn)品現(xiàn)有的測試方案中，輸出電流傳感器檢測部分還存在不規(guī)范的問題，檢測方式各異，給測試帶來了很大的麻煩，同時也給大綱的審核及驗證工作帶來極大的不便[2]?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的輸出電流傳感器檢測一共有以下4種，且每一種都或多或少的存在測試盲區(qū)。

（1）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負，且逆變A相電流的大小與逆變B相電流大小幾乎相等，則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

針對這種檢測方式，在程序設(shè)計時，實際上一直保持VT3和VT6兩個IGBT開通，使主電路形成一個直流回路，其電路原理圖如圖2所示，從圖中可以看出A相電流經(jīng)過VT3從A相負載流入，從B相負載流出，使得逆變A相電流與逆變B相電流大小近似相等方向相反。

圖2 電路原理圖

基于以上分析，建立仿真模型進行驗證，如圖3所示。仿真結(jié)果，如圖4所示。

圖3 仿真模型搭建

圖4 仿真結(jié)果

下管并未開通，故而此種檢測方式下無法檢測C相輸出電流值，且若C相故障，現(xiàn)有測試方案無法檢測。

（2）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負，且逆變A相電流為逆變B向電流的2倍左右，則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

同樣的，此種檢測方式下實際保持了VT3、VT6、VT8開通，使主電路構(gòu)成直流回路，如圖5所示，從圖中可以清晰的看到流經(jīng)A相負載的電流經(jīng)B相和C相負載分流，使得A相電流檢測值為B相電流電流檢測值的2倍左右，且A相電流檢測值大于零，B相電流檢測值小于0。

圖5 電路原理圖

仿真結(jié)果，如圖6所示。

圖6 仿真結(jié)果

較第一種檢測方式而言，此種檢測方式可以間接的檢測C相電流輸出，但是此種模型下若B相電流傳感器錯接到C相，輸出的電流檢測值仍滿足逆變A相電流為逆變B相電流的2倍左右，且逆變A相電流為正，逆變B相電流為負。

（3）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右[3]。則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感[4]。

此種檢測方式和第二種檢測方式類似，實際上是保持VT4、VT5、VT8三個IGBT開通，使得主電路構(gòu)成直流通路。電路原理如圖7所示，從圖中可以清楚的看到電流從B相負載流入，經(jīng)A、C相分流后流出，故而使得逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右。

圖7 電路原理圖

仿真結(jié)果，如圖8所示。

圖8 仿真結(jié)果

此種檢測方式的測試盲區(qū)和第二種一樣，可以間接的測量C相輸出電流，但是如果A相電流傳感器錯裝到了C相，則此種測試方案無法測量。

（4）若逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約等于逆變B向電流。則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

這種檢測方式原理和第一種類似，差別僅在與開通的IGBT不同，這種檢測方式下實際只保持開通VT4、VT5兩個IGBT，使主電路構(gòu)成直流回路，從圖9中可以清楚的看出電流從B相負載流入從A相負載流出，使得A相電流為負，B相電流為正，且A相電流的大小和B相電流大小幾乎相等。此時由于C相IGBT并未開通，無法檢測C相是否正常。

仿真結(jié)果，如圖10所示。

圖10 仿真結(jié)果

通過以上的分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，無論使用哪種檢測方式都會存在測試盲區(qū)。

2 測試方案改進策略

根據(jù)上文的仿真結(jié)果可以清晰的了解到現(xiàn)有的測試方案存在一定的測試盲區(qū)，同時繁瑣的測試項目占用了大量的調(diào)試時間，考慮到現(xiàn)有測試資源的緊張情況，本論文結(jié)合現(xiàn)場實際，考慮整合電氣保護和測量裝置試驗。具體的測試方案通過MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型加以說明，其仿真模型以及輸出波形分別如圖11、12所示。

圖11 仿真模型

圖12 輸出波形

根據(jù)以上仿真結(jié)果顯示，正常啟動逆變器，使得逆變器有一定的輸出，通過上位機軟件可以判斷A相逆變電流與B相逆變電流的大小和相位，若A相電流超前B相電流，且A相電流與B相電流大小相等，即可判斷逆變器正常[5]。同時也可以通過示波器監(jiān)測A、B、C各路的輸出電流是否也滿足A相超前B相超前C相的要求。

3 結(jié)語

本論文在對地鐵牽引變流器工作原理介紹的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)有調(diào)試方案所存在的不足，給出解決方案。仿真試驗表明該優(yōu)化方案不僅能夠解決現(xiàn)有調(diào)試方案所存在的不足，同時起到優(yōu)化電氣保護和測量裝置試驗內(nèi)容的作用。