基于地鐵車輛輔助逆變器故障檢修思路探討

劉俊杰

摘要：本文中簡單分析了地鐵車輛輔助逆變器的特點，并分析了逆變器故障的成因，探討了故障的分析和檢修思路，旨在為我國地鐵車輛的正常運(yùn)行提供幫助與參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;輔助逆變器;故障檢修;思路分析

一、地鐵輔助逆變器

隨著今年來現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵車輛的整體性能都得到了極大的優(yōu)化和提升，地鐵為人們的日常生活帶來了極大的便利。而地鐵在運(yùn)行過程中的輔助逆變器對于車輛來說極為重要，地鐵的輔助逆變器是車輛中不可或缺的一個重要組成部分，其中的結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且具有極高的集成度，地鐵輔助逆變器是輔助系統(tǒng)，其主要功能是為地鐵除牽引車以外的一些電器設(shè)備進(jìn)行供電，并且還能夠?qū)Ω鞣N控制回路進(jìn)行優(yōu)化。而地鐵輔助逆變器出現(xiàn)問題就會導(dǎo)致地鐵的運(yùn)行，受到極大的影響，選擇有效的方式對其進(jìn)行診斷，對于地鐵輔助逆變器的正常運(yùn)行來說至關(guān)重要。

眾所周知，分散式供電以及集中式供電是目前輔助逆變器的主流供電類型，一個地鐵線路在進(jìn)行輔助供電系統(tǒng)的設(shè)置時，需要在地鐵列車上安裝SIV，而此時選擇的是集中式的宮殿，在這樣的狀況下，系統(tǒng)裝置中包含多種不同的部件，其中包括DC-DC斬波裝置、輔助逆變器和整流裝置。而集中式的供電，則選擇的是輔助逆變器電源為SPWM調(diào)制的輔助逆變電源分散式的供電形式，則選擇的是十二脈沖輔助抗變電源。

如果在進(jìn)行建設(shè)時需要系統(tǒng)整體來說較為簡單，并且電路元件較少的逆變電路則可選擇SPWM調(diào)至輔助異變電源結(jié)構(gòu)，而在進(jìn)行建設(shè)時，這一環(huán)節(jié)中的系統(tǒng)主要由三相一遍喬和LC濾波器以及處處隔離變壓器組成，在進(jìn)行調(diào)制時采用SPWM進(jìn)行調(diào)制，隨后再配合應(yīng)用率波器的功能，就可以獲得較少諧波分量的電壓。 SPWM調(diào)制輔助逆變電源結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中主要的原理是，應(yīng)用橫幅不等寬的脈沖列去代替一個正弦波，而工作人員在進(jìn)行設(shè)置時，可以將這一正弦波進(jìn)行平均分成一層一層地將其分為不同的部分，可以分為N等份，隨后再將其中的每一等份用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖中心線與其終點進(jìn)行重合，則能夠獲得高度不變，并且寬度能夠按照正弦規(guī)律變化的脈沖列，而這也就是我們常說的SPWM調(diào)制。

12階梯波合成逆變電源，則可將其分為DY和DZ型變壓器的T1和T2共同構(gòu)成，而子逆變器中的第1和第2組分分別是由PWM脈沖和滯后的30度同一批WM脈沖進(jìn)行調(diào)制，在進(jìn)行設(shè)置時，傳統(tǒng)的12階梯波和程集便器通常會選擇180度的導(dǎo)通方式進(jìn)行處理，如果在進(jìn)行輸出電壓的調(diào)制時，選擇的是逆向調(diào)壓變化，則其中往往會面臨著較多的缺陷，工作人員需要通過單邊脈寬調(diào)制的方式，來解決其中存在的斜波含量較大的問題，借此保障設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

二、逆變器故障的主要原因

1. ?逆變器IGBT功率管出現(xiàn)故障的原因

通常情況下來說，逆變器在運(yùn)行過程中容易受到自身所帶有的電流或電壓的影響發(fā)生損壞，除此之外可能由于逆變器內(nèi)部的零件老化而發(fā)生故障，地鐵的輔助逆變器在運(yùn)行過程中始終處于高頻的運(yùn)行狀況，其工作環(huán)境較為惡劣，所以在地鐵運(yùn)行過程中，逆變器容易受到外界因素和內(nèi)部元件的影響出現(xiàn)故障。而在近年來的研究調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，地鐵輔助逆變器出現(xiàn)故障的部位，一般情況下是功率開關(guān)器件出現(xiàn)開路故障或者直通故障。短路故障在地鐵輔助逆變器中整體來說較為少見，一般情況下是由于地鐵系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤信號驅(qū)動或者有雪崩擊穿所導(dǎo)致的。逆變器IGBT電路在運(yùn)行過程中，如果提供的電壓過小，則IGBT就會自動的退出飽和導(dǎo)通區(qū)，隨后進(jìn)入線性放大區(qū)，此時整個電氣元件內(nèi)的電阻會進(jìn)一步增大，而在大電阻的運(yùn)行環(huán)境下，整個元器件會出現(xiàn)過熱的情況，高溫會導(dǎo)致設(shè)備受到損傷。一般器件在出現(xiàn)破裂或者焊接脫落和電路板損壞時，都會出現(xiàn)開路故障，而由于大多數(shù)電路在建設(shè)時，內(nèi)部都具有一定的自動保護(hù)功能，所以在發(fā)生短路時故障就能夠快速隔離，如果在檢測過程中難度較大，則需要使用植入熔絲轉(zhuǎn)變?yōu)殚_路故障，將其進(jìn)行處理。而在IGBT元件出現(xiàn)故障時，若出現(xiàn)短路故障，工作人員可以對IGBT的發(fā)射極和集電極之間的電壓進(jìn)行檢測以判斷短路故障。出現(xiàn)短路故障時，慢關(guān)斷就會導(dǎo)致故障的功率管出現(xiàn)軟關(guān)斷的情況，而發(fā)生開路時故障就會導(dǎo)致功率管的相電壓減小，系統(tǒng)本身的欠壓保護(hù)則無法完全彌補(bǔ)功率管出現(xiàn)的功率缺失，需要工作人員引起重視。

2. 故障對于系統(tǒng)的影響

當(dāng)輔助逆變器的內(nèi)部元件出現(xiàn)開路時，驅(qū)動電壓就會導(dǎo)致內(nèi)部元件無法導(dǎo)通，而此時電壓缺失以及輸出電壓波形就會發(fā)生一定的畸變，無法滿足正常的工作需求。對于階梯波合成逆變器來說，這一故障產(chǎn)生的影響更多，例如在發(fā)生故障后低次諧波則無法被抵消，這就會在一定程度上增強(qiáng)輸出電壓中的諧波。當(dāng)輔助逆變器在工作時處于正常的工作狀態(tài)時，電路中的橋臂的輸出功率較大，而一旦出現(xiàn)故障，則會導(dǎo)致橋臂的輸出功率大大降低。

3. 管道故障

逆變故障這一過程中有一個較為溫和的過濾故障，這對整個物理電路的可靠性會產(chǎn)生一定的影響，而無論是設(shè)備在運(yùn)行過程中的測試還是維護(hù)都會受到一定的影響，所以為了了解這一問題，工作人員需要依靠FFT來實現(xiàn)PWM的三相故障濾波器。首先在進(jìn)行設(shè)置時，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄病毒反饋系統(tǒng)軟件來進(jìn)行軟件分析，如果甲參數(shù)與實際參數(shù)的各項指標(biāo)作為可測變量，逆轉(zhuǎn)錄病毒的反饋部分，就能夠得到確認(rèn)。一般情況下軟性故障中的各項參數(shù)都是已知的，因此在進(jìn)行確認(rèn)時故障的檢測主要是確定這些參數(shù)的實際值，以及確認(rèn)這一系列參數(shù)是否在合理的范圍內(nèi)，借此保障后續(xù)的維修和檢測工作更為順利的開展。三相數(shù)字還會導(dǎo)致電流脈沖，而在平行收斂后系統(tǒng)則會出現(xiàn)快速平衡的情況，一般情況下，比較環(huán)的方式則是通過檢測零時間來計算相的狀況，但在進(jìn)行檢測時，工作人員發(fā)現(xiàn)，動態(tài)實驗對調(diào)和、直接偏差以及其他干擾十分敏感，在實際應(yīng)用過程中缺乏良好的穩(wěn)定性，所以在檢測時一般情況下需要根據(jù)多項指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷，以軟件所給出的參數(shù)為主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

4. 輔助逆變保護(hù)措施

直流側(cè)中含有較為明顯的二次諧波成分，采用差分全波傅里葉算法則可提取其中的二次諧波幅值。在進(jìn)行設(shè)置時2次諧波則能夠靈敏且有效的對這類故障進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)逆變器發(fā)生出現(xiàn)的故障，其直流側(cè)電流則會出現(xiàn)直流量、二次諧波、基波。要更好的對其中的故障進(jìn)行判斷，并使其能夠在任何故障發(fā)生時快速反應(yīng)，在現(xiàn)有的逆變器基礎(chǔ)上可以增加激波過流保護(hù)和二次諧波過流保護(hù)，通過直流側(cè)電流與閾值進(jìn)行有效的比較，則能夠?qū)崿F(xiàn)逆變器電路故障的保護(hù)，其實質(zhì)是過流保護(hù)使逆變器電路在運(yùn)行過程中不會受到大電流大電壓的影響而出現(xiàn)故障。針對目前我國地鐵站中所使用的輔助逆變器進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其保護(hù)還并不完善，需要提出新的保護(hù)方案，在逆變器內(nèi)部發(fā)生故障或者短路時，快速且有效的將逆變器的連接開關(guān)斷開，這樣能夠保障整個系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

總結(jié)

輔助逆變系統(tǒng)對于地鐵車輛的整個運(yùn)行來說極為重要，有效解決和處理輔助逆變系統(tǒng)存在的故障問題，并降低輔助運(yùn)動系統(tǒng)對地鐵車輛安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響，工作人員需要對地鐵車輛輔助逆變系統(tǒng)的可靠性和安全性進(jìn)行綜合分析，解決其中存在的故障并開展有效的管理，只有這樣才能夠使乘客的乘車安全性得到提升。而這一工作的開展需要各個部門發(fā)揮自身的作用，尤其是工作人員應(yīng)當(dāng)掌握輔助地面器的各個典型問題，并且在工作中有意識的進(jìn)行防范，這樣能夠保障地鐵的安全運(yùn)行。

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