城軌車輛逆變器控制單元故障維修分析

毛洪波

摘 要：在牽引控制系統中，城軌車輛逆變器控制單元（DCU）充當著整個系統逆變器模塊的控制中心，其的運作狀況不僅直接關系著城市軌道車輛的使用壽命，還會影響著現代化交通系統的運行。文章將對城軌車輛逆變器控制單元進行簡要的了解，并對城軌車輛逆變器控制單元在實際應用中出現的故障進行探討和分析，提出相應的整體維修措施，完善城軌車輛逆變器控制單元的運作系統，促進城市軌道交通線路的正常運行。

關鍵詞：城軌車輛逆變器控制單元；故障；維修

前言

隨著社會城市經濟的發展，人們對于城市軌道交通的需求量逐漸增大，則作為城市軌道車輛系統核心部分的逆變器控制單元，面臨著更加嚴格和高水準的要求。在這種情況下，如何防御和改善城軌車輛逆變器控制單元在實際應用中出現的問題和缺陷，已然成為城市軌道部門進一步現代化建設的重要關卡。故本文將以城軌車輛逆變器控制單元的故障問題進行重要解析，以此維護城市車輛的正常運行，為城市軌道現代化運行系統提供基礎。

1 城軌車輛逆變器控制單元概述

1.1 車輛逆變器控制單元原理簡介

逆變器控制單元（DCU）在城市軌道系統中，發揮著輸入出信號處理、牽引制動運作的控制調節、診斷和測量速度等功能，直接影響城市軌道車輛的正常運行。城市軌道逆變器控制單元（DCU）不是一個設備名稱，而是一個復雜的連鎖系統，包括著信息數據中央處理器、數字信號處理、可編輯邏輯器（FPGA和CPED）及控制芯片，則在進行逆變器控制單元（DCU）構建設計時，不僅要考慮到其每一路模擬和數字信號都符合科學邏輯，還注意在逆變器控制單元（DCU）發生故障后的故障處理，智能地根據故障類型不同選擇不同報警信息，為對逆變器控制單元（DCU）及時維護提供時間，減少由于故障因素造成的損失。

1.2 逆變器控制單元平臺搭建

簡易測試平臺的建立，是為逆變器控制單元（DCU）故障的分析、測量和故障類型提供強大的運作后臺。簡易測試平臺有四部分組成：測試裝置輔助插頭（三個）、逆變器控制單元（DCU）、計算機和電源，三個測試裝置輔助插頭支持整個逆變器簡易測試品臺的運作，為DCU提供各種電壓的工作電流，并通過可調電阻接連DCU邊溫度傳感器的個接入點，確保信息數據在逆變器控制單元（DCU）是否正常運行下被正常處理。

2 城軌車輛逆變器控制單元故障問題及維修策略

2.1 電源類故障問題

由于城軌車輛逆變器控制單元（DCU）本身功能，就是將直流電流轉化成適合城市軌道車輛使用的交流電，則總電源的工作狀態就直接影響著逆變器控制單元（DCU）內部板件的運作情況。通常逆變器控制單元（DCU）電源類故障問題的緣由分為兩種，第一種原因是因為總電源在被輸入設備時，自動對控制單元中的IC芯片進行調整，而第二種故障原因是由于城市軌道車輛自身逆變器控制單元（DCU）質量問題，造成總電源被輸入時發生電流電容擊穿DCU板件短路的現象。一旦在城軌車輛逆變器控制單元（DCU）運行中出現電源類故障，DCU便會自動進入停止運作狀態并封鎖逆變器中的，逆變脈沖，系統中高速斷路器被迫停止，造成逆變器設備徹底失靈，城市軌道車輛沒有電流支持，失去車輛牽引系統動力，陷入癱瘓狀態，阻礙城市軌道交通的正常運行。為快速發現電源類故障問題，城市軌道車輛管理部門一般采用直觀法和無電電阻法兩種方法。直觀法的步驟是較為簡單的，就是由檢修人員直接對車輛逆變器控制單元（DCU）的板件進行檢查，觀察板件元器件是否有異常現象，若并未發現任何異常，則進行下一步無電電阻法，即利用一般的萬能電表中的某些電阻值被電容擊穿后有的特性，進行對城軌車輛逆變器控制單元（DCU）的檢定和判斷。

2.2 LINE TRIP故障問題

兩個CPU控制信號分別控制NPN和MOSFETP形成兩條單獨線路，再與LINE TRIP繼電器連接共同組成LINE TRIP控制電路，而其中的LINE TRIP繼電器和繼電器驅動的損壞是LINE TRIP故障的主要原因。若是LINE TRIP故障會造成城軌車輛系統中逆變器和高速斷路器無法連接，并且高速斷路器本身的開關失效，城市軌道車輛失去牽引動力，影響城軌車輛的正常運行。LINE TRIP故障的檢測：針對LINE TRIP繼電器線圈阻值的檢測，采用電阻法，即檢測在繼電器吸合后常開觸頭的阻值，若是大于等于0.5，則立即更換LINE TRIP繼電器；而對于驅動部分電路的檢測，LINE TRIP故障檢測應采用電壓法，若是繼電器線圈兩端并未存在電聯，則對LINE TRIP控制電路的兩條單獨電路進行檢測，例：CPU控制信號是否能夠發出。

2.3 通信類問題

通信類問題，顧名思義即為逆變器控制單元（DCU）內部信息數據無法進行分析和處理，城市軌道系統無法及時對DCU系統和應用軟件進行操控，進而引起城市軌道交通運行的阻礙現象。通信電路（由通信收發芯片和隔離保護電路共同組成）中收發芯片是最容易發生故障的元器件，原本帶有隔離元件的收發芯片自身在實際應用中的故障是很低的，但現代城軌部門中為方便DCU系統之間的設計和建設，大多數的收發芯片都是與外界設備直接連接，則在這種情況下，總電壓的靜電和瞬變電壓都容易對DCU造成影響和損壞。下面以一般城市軌道系統中對通信類問題檢測為例子進行敘述，當逆變器控制單元（DCU）無法進行更新DCU操作系統和故障問題分析時，采用波形法檢測DCU轉化芯片信息數據的輸入出和光電隔離部分輸入出是否正常，進而判斷出逆變器控制單元（DCU）通信板件中那些器件發生故障；對DCU芯片進行故障的判斷可以利用電壓法，再結合相關數據判斷是否進行替換芯片測試。

2.4 電壓偏差過大問題

電壓偏差過大分為電壓正偏過大和電壓負偏過大兩種情況。逆變器控制單元（DCU）中斬波器的設置，是為了防止電壓偏大的第一種情況：電壓正偏過大現象的產生但由于斬波器被頻繁開啟，制動電阻產熱增加進而發生故障問題，DCU自動切除電制動，不僅造成城市軌道系統紊亂，還嚴重影響車輛的性能和壽命；而當電壓負偏過大時，系統中的網壓和中間電壓差值過大，觸動DCU系統硬件保護系統，封鎖牽引逆變脈沖，車輛牽引動力系統關閉，造成交通事故發生，綜上所述DCU板模擬數據采樣和模數轉換電路的損壞是電壓偏差過大故障的原因。則針對電壓偏差故障的產生因素，可以采用無電電阻法和信號注入法進行故障檢測：利用芯片與電源供電引腳和地之間的電阻值來判斷是否替換芯片，電壓表檢測輸出電壓和頻率計出頻率，同時連接計算器查看恒電流電壓變化。

3 結束語

逆變器控制單元（DCU）的核心電子板件被壟斷，給城市軌道部門增加了巨大的經濟壓力，則在這種情況下，總結逆變器控制單元（DCU）故障類型，完善城市車輛逆變器控制單元故障整體維修措施，不僅能夠為其他城市軌道車輛逆變器控制單元的故障維修，提供可參考案例和措施，還能加強城市軌道系統的穩定運行，促進城市軌道經濟的快速發展。

參考文獻

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