廣州地鐵A4型車緊湊型逆變器故障原因及維修經(jīng)驗(yàn)淺析

彭 威 ，黃 萍

（廣州地鐵運(yùn)營事業(yè)總部運(yùn)營一中心，廣東廣州 510000）

1 緊湊型逆變器工作原理

廣州地鐵二號(hào)線A4車為4動(dòng)2拖編制的電動(dòng)列車。其中每節(jié)動(dòng)車配置一個(gè)牽引逆變器。牽引系統(tǒng)的主要作用是將DC1500V的網(wǎng)壓轉(zhuǎn)化為牽引電機(jī)所需的工作電壓。同時(shí)列車處于“制動(dòng)位”的時(shí)候，牽引系統(tǒng)可倒轉(zhuǎn)電源的方向，將牽引電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，并將電能反饋到電網(wǎng)中。而緊湊型逆變器為牽引系統(tǒng)的核心部分[2]。

緊湊型逆變器是由線路電源輸入、制動(dòng)斬波器、DC鏈路、PWM逆變器、逆變控制單元五大功能組構(gòu)成[3]，如圖1所示。

圖1 緊湊型逆變器結(jié)構(gòu)原理圖

2 緊湊型逆變器故障排查方法

廣州地鐵二號(hào)線A4車緊湊逆變器的技術(shù)復(fù)雜、集成度高，因而排除逆變器故障的難度也大。一般故障排除方式是，在模塊（A91）（ICU電源）的電源輸入端（X101）外部控制頭接入正負(fù)24V直流電源，通過觀察各板件的LED指示燈來判斷好壞[4]。其排除故障流程圖如圖2所示。

2.1 故障檢測排查過程

2017年7月1日，廣州地鐵二號(hào)線2C040車牽引圖標(biāo)顯示藍(lán)色，主斷合燈不亮，自檢無法通過。讀取數(shù)據(jù)，2C040車報(bào)有“牽引失效、ICU永久不可操作”故障信息，ICU數(shù)據(jù)中則存在“逆變器模塊故障”信息，代碼為58。下面則對上述逆變器的故障進(jìn)行排查。

2.1.1 故障排查

（1）根據(jù)緊湊型逆變器的故障排查流程，首先在ICU電源的輸入端（X101）接通+/-24V的直流電源。

圖2 緊湊型逆變器故障排查流程圖

（2）通過觀察緊湊型逆變器CI電流I_P24=0，I_N24=2.95A（圖3），而根據(jù)故障排查流程圖要求的電流消耗為I_P24≤2.0，I_N24≤2.5，因而電流消耗過大，進(jìn)入下一個(gè)判斷流程。

圖3 緊湊型逆變器CI電流

（3）拔下逆變器控制單元（A90）上IGBT的電源連接器（X41），測出緊湊型逆變器CI電流如圖4所示。

圖4 緊湊型逆變器CI電流

（4）根據(jù)圖4可知逆變器CI電流消耗正常，從而可以判斷至少一個(gè)IGBT門控模塊或者IGBT損壞。

（5）根據(jù)故障排查流程圖可知，斬波IGBT門控模塊亮黃燈和紅燈屬于正常，逆變IGBT門控模塊亮黃燈和綠燈屬于正常。而此時(shí)發(fā)現(xiàn)斬波IGBT(A80)黃燈、綠燈、紅燈都亮，并不停閃爍，如圖5所示。

根據(jù)之前所做的通電檢測所可初步判斷為IGBT門控或IGBT本身損壞，因而對IGBT進(jìn)行進(jìn)一步的檢測。

圖5 斬波IGBT（A80）指示燈

圖6 IGBT結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 IGBT的檢測

（1）極性判斷

首先把萬用表打到電阻檔位，用萬用表檢測時(shí)，如果某一極與其他兩個(gè)極阻值為無窮大，并且調(diào)換表筆后該極與其他兩極的阻值依然是無窮大，這時(shí)就可以判斷此極為柵極（G）[5]。接著對其余的兩個(gè)極進(jìn)行檢測，若測得阻值為無窮大，調(diào)換表筆后測得阻值比較小，則可以判斷紅表筆為集電極（C），黑表筆為發(fā)射極（E）。

（2）判斷好壞

①對IGBT進(jìn)行外觀觀察，檢查有無明顯的爆裂痕跡。

②根據(jù)IGBT內(nèi)部有續(xù)流二極管的的特性（圖6），可利用萬用表的二極管檔位進(jìn)行檢測。理論上來講，由于IGBT內(nèi)部二極管的原因，因而檢測VEC應(yīng)為0.29 V左右，而測量其他兩極應(yīng)無電壓顯示。

③利用萬用表的歐姆檔位對IGBT每一個(gè)極與其他兩個(gè)極的阻值進(jìn)行測量，并且要調(diào)換表筆進(jìn)行測量。正常來說，除了紅表筆在集電極、黑表筆在發(fā)射極時(shí)測得的阻值為幾十千歐以外，其他連接方式得到的阻值應(yīng)都為幾十兆歐以上。

2.1.3 檢測結(jié)果

根據(jù)IGBT的檢測方式，可得到IGBT兩兩極性之間的二極管導(dǎo)通電壓以及阻值，如表1以及表2所示。根據(jù)表1和2的數(shù)據(jù)可進(jìn)行分類比較，A7、A8為斬波IGBT，A1、A2、A3、A4、A5、A6為逆變IGBT，因而A7、A8之間的數(shù)值具有可比較性，A1—A6之間的數(shù)值具有可比較性。通過對比，可發(fā)現(xiàn)A1—A6之間的數(shù)據(jù)基本一致，而A7、A8之間數(shù)據(jù)差異比較大，A8的RCG和RGC的阻值僅為5.4Ω，而理論上應(yīng)為無窮大，同時(shí)A8的VCE和VEC的導(dǎo)通電壓值為0.002 V，理論上不應(yīng)存在有導(dǎo)通電壓；而A7實(shí)測數(shù)值符合理論值。

通過數(shù)據(jù)對比分析后，可以得出結(jié)論是斬波IGBT(A8)的G極和C極之間已經(jīng)被擊穿。

表1 IGBT兩兩極之間的阻值

表2 IGBT兩兩極之間的導(dǎo)通電壓值

3 結(jié)論

廣州地鐵二號(hào)線列車的緊湊型牽引逆變器為國外進(jìn)口備件，其整件采購成本為100萬左右，而IGBT的采購成本為1萬左右。因此，掌握緊湊型牽引逆變器的故障排查方法，可極大地降低地鐵的運(yùn)營維護(hù)成本。