廣州地鐵A4型車緊湊型逆變器故障原因及維修經驗淺析

彭 威 ，黃 萍

（廣州地鐵運營事業總部運營一中心，廣東廣州 510000）

1 緊湊型逆變器工作原理

廣州地鐵二號線A4車為4動2拖編制的電動列車。其中每節動車配置一個牽引逆變器。牽引系統的主要作用是將DC1500V的網壓轉化為牽引電機所需的工作電壓。同時列車處于“制動位”的時候，牽引系統可倒轉電源的方向，將牽引電機變成發電機，并將電能反饋到電網中。而緊湊型逆變器為牽引系統的核心部分[2]。

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

圖1 緊湊型逆變器結構原理圖

2 緊湊型逆變器故障排查方法

廣州地鐵二號線A4車緊湊逆變器的技術復雜、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，廣州地鐵二號線2C040車牽引圖標顯示藍色，主斷合燈不亮，自檢無法通過。讀取數據，2C040車報有“牽引失效、ICU永久不可操作”故障信息，ICU數據中則存在“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行排查。

2.1.1 故障排查

（1）根據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，進入下一個判斷流程。

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

（5）根據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。而此時發現斬波IGBT(A80)黃燈、綠燈、紅燈都亮，并不停閃爍，如圖5所示。

根據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進行進一步的檢測。

圖5 斬波IGBT（A80）指示燈

圖6 IGBT結構圖

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，如果某一極與其他兩個極阻值為無窮大，并且調換表筆后該極與其他兩極的阻值依然是無窮大，這時就可以判斷此極為柵極（G）[5]。接著對其余的兩個極進行檢測，若測得阻值為無窮大，調換表筆后測得阻值比較小，則可以判斷紅表筆為集電極（C），黑表筆為發射極（E）。

（2）判斷好壞

①對IGBT進行外觀觀察，檢查有無明顯的爆裂痕跡。

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

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

2.1.3 檢測結果

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

通過數據對比分析后，可以得出結論是斬波IGBT(A8)的G極和C極之間已經被擊穿。

表1 IGBT兩兩極之間的阻值

表2 IGBT兩兩極之間的導通電壓值

3 結論

廣州地鐵二號線列車的緊湊型牽引逆變器為國外進口備件，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營維護成本。