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(tǒng)中，城軌車輛逆變器控制單元（DCU）充當著整個系統(tǒng)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(xiàn)代化交通系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，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(fā)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(tǒng)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(xiàn)的問題和缺陷，已然成為城市軌道部門進一步現(xiàn)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(xiàn)代化運行系統(tǒng)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(tǒng)中，發(fā)揮著輸入出信號處理、牽引制動運作的控制調節(jié)、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(tǒng)，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(fā)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(tài)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(fā)生電流電容擊穿DCU板件短路的現(xiàn)象。一旦在城軌車輛逆變器控制單元（DCU）運行中出現(xiàn)電源類故障，DCU便會自動進入停止運作狀態(tài)并封鎖逆變器中的，逆變脈沖，系統(tǒng)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(tǒng)動力，陷入癱瘓狀態(tài)，阻礙城市軌道交通的正常運行。為快速發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象，若并未發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(lián)，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(fā)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(tǒng)無法及時對DCU系統(tǒng)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(xiàn)象。通信電路（由通信收發(fā)芯片和隔離保護電路共同組成）中收發(fā)芯片是最容易發(fā)生故障的元器件，原本帶有隔離元件的收發(fā)芯片自身在實際應用中的故障是很低的，但現(xiàn)代城軌部門中為方便DCU系統(tǒng)之間的設計和建設，大多數的收發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(fā)生故障問題，DCU自動切除電制動，不僅造成城市軌道系統(tǒng)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(tǒng)中的網壓和中間電壓差值過大，觸動DCU系統(tǒng)硬件保護系統(tǒng)，封鎖牽引逆變脈沖，車輛牽引動力系統(tǒng)關閉，造成交通事故發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定運行，促進城市軌道經濟的快速發(fā)展。

參考文獻

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