城市軌道交通電客車輔逆系統及輔助供電技術

石魏

摘 要：隨著城市發展速度的不斷加快，城市軌道交通已經成為影響城市發展的重要因素，對于城市居民生活和工作有著深遠的影響，因此加強城市軌道交通的安全穩定運行顯得尤為重要。城市軌道交通輔助逆變器是保證城市軌道交通客車正常運行的重要組成部分，輔助逆變器的工作狀態直接影響到車輛運行過程中的安全性能和舒適性能，因此在城市軌道課程設計維護的過程中如何保證輔逆系統工作在最佳的運行狀態是檢修人員的一項重要工作內容。軌道交通電客車的車輛輔助電源系統為車輛上的照明、空調及通風等系統提供低壓電源，因此城市軌道交通電客車輔助供電技術的水平直接決定車輛的運行狀態。該文通過對城市軌道交通電客車輔助逆變器及輔助供電技術進行研究，針對性地對輔逆系統及輔助供電系統的可靠性和性能方面進行分析，以期幫助相關列車技術人員更好地了解并應用輔逆系統。

關鍵詞：城市軌道車輛 輔助供電系統 輔助逆變器

中圖分類號：U270.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0003-02

城市軌道車輛的輔助逆變器是城市軌道車輛上的一個重要電氣設備，其主要功能是為車輛上的低壓設備提供不同的電壓和不同的功率，輔助逆變器的正常工作直接關系到車輛照明系統、空調系統及風機系統等部件的使用性能。此外，城市軌道客車輸出的電能質量會直接影響到車輛運行的安全性。

1 城市軌道交通電客車輔逆系統常見故障分析

1.1 軌道客車弱電半導體器件引起故障

在城市軌道交通電客車輔助逆變系統中使用了大量的弱電半導體器件，因此由于弱電半導體器件引起的輔助逆變系統故障是較為常見的故障類型。當弱電半導體器件發生失效故障時，會直接導致系統發生部分功能喪失，嚴重時甚至會導致系統發生完全性的功能喪失。引起輔助逆變系統中弱電半導體失效的原因有很多，其中包括弱電半導體器件本身的可靠性、工作環境、組裝方式及工作條件等，隨著生產工藝的不斷發展，弱電半導體器件的質量得到了顯著的提升。此外，針對外部因素導致的弱電半導體失效問題，需要相關軌道客車技術人員在實際操作的過程中注意輔助逆變系統的溫濕度、靜電保護、機械保護和過電應力失效等。

1.2 軌道客車電力半導體器件引起故障

強烈的電浪涌干擾是城市軌道客車輔助逆變系統在實際工作中不可規避的問題，這種強烈的電浪涌會給半導體器件造成嚴重的損壞，因此由于電力半導體器件而引起的輔助逆變系統故障發生的比例最高。為了提高軌道客車輔助逆變系統工作的穩定性，就需要為其配備相應的保護裝置。此外，在保護裝置設計的過程中，人們對器件保護措施的認識不足也會引起電力半導體器件的失效，從而導致軌道客車輔助逆變系統發生功能性故障。

1.3 軌道客車電容器引起故障

為了提高輔助逆變系統輸出電壓的穩定性，常在系統中使用具有穩壓功能的鋁電解電容器，通過總結實際的工作情況發現，由于鋁電解電容器失效而引起的輔助逆變系統故障也是常見故障之一。鋁電解電容表面的氧化鋁保護膜會在實際的使用過程中發生損壞，雖然其本身具有一定的自愈性能，但當氧化膜被破壞的速度超過自愈速度時，電容器即使在額定電壓下工作也會發生擊穿事故，造成電容器的永久性損壞，在極端情況下甚至會使輔助逆變系統發生爆裂事故。

2 軌道客車輔助供電系統的選擇分析

2.1 以逆變器電路原理為基準選擇

城市軌道交通客車可以根據輔助供電系統逆變器電氣結構的不同進行選型，通常按照內部結構的不同，可以將逆變器分為直接逆變和先經過升/降壓穩壓后逆變兩種方式。其中，結構較為簡單的是直接逆變的形式，該形式的逆變器在開關器件的選擇上通常以GTO或IGBT為主，其常以受電弓或第三方作為其輔助逆變源。直接逆變的方式電路結構簡單，涉及的電子元件相對較少，因此控制起來更為方便，但是在實際應用的過程中容易受到電網輸入電壓的影響。升/降壓穩壓后逆變的方式相比于直接逆變來說，可以使逆變器的輸入電壓穩定，因此可以為逆變器提供更加安全的保護，通常情況下其逆變器通過PWM進行控制，因此在進行選擇時需要關注開關頻率的問題，一方面防止由于開關損壞過高而影響到逆變器的效率，另一方面防止由于“死區”問題影響輸出效率。

2.2 從逆變器的電路構造選型

目前常用的逆變器可分為單逆變器型和雙逆變器型兩種，這兩種逆變器在電路構造上存在不同，同時按照逆變方