DC600V供電客車逆變電源常見故障及處理措施

摘 要：本文介紹了DC600V供電客車逆變器及逆變器故障的分類，梳理了逆變器常見故障的幾種類型，并針對幾種常見故障提出了相應的改進措施。

關鍵詞：逆變器 逆變器故障 改進措施

Common Faults and Treatment Measures of Inverter Power Supply for DC600V Power Supply Passenger Cars

Zhu Yali

Abstract：This article introduces the classification of inverters and inverter faults of DC600V power supply buses， sorts out several types of common inverter faults， and proposes corresponding improvement measures for several common faults.

Key words：inverter， inverter failure， improvement measures

1 引言

伴隨著我國電子科學技術的發展進步，近年來，一些電器設備的電源不再使用電網直接提供的交流電，而是將電網提供的交流電進行變換后再提供給設備使用。利用逆變電路與整流電路對電網提供的電源進行變換就是電源轉換的過程，這其中最重要的一個流程就是通過逆變電路變換。

逆變電源作為一種電能變換器，它利用開關控制轉換方式把輸入的直流或者交流電，轉換為電壓和頻率都比較穩定的交流電輸出[1]。

隨著我們鐵路客車技術的不斷發展，車種車型的更新換代。目前，我們國家空調旅客列車的供電供電方式，采用分散變流、集中供電。當旅客列車運行在電氣化的鐵路區段時，機車上的變流設備把由受電弓從接觸網上引入的25KV、50HZ的交流電進行變壓整流后輸出DC600V直流電，然后利用機車車輛上的兩路DC600電力連接線向所有旅客列車車廂供電，電源送到每一節車廂后，再由每節車的逆變器把DC600V直流電變換為AC380V、50HZ交流電輸出，從而讓旅客列車車廂里的電茶爐、電暖器、空調等設備正常工作。而經過逆變器轉換后輸出的電源會影響列車上許多用電器的性能，所以逆變器時確保旅客列車正常運行的重要設備。

2 逆變器

2.1 逆變器的種類

伴隨著逆變器的廣泛使用，它的種類也是越來越多，分類也是越來越細，目前使用最廣泛的由以下幾種：

（1）根據不同類型的輸入電源，逆變器可分為電壓型以及電流型兩種。

（2）根據不同結構的電路，逆變器可分為全橋、半橋以及推挽式三種。

（3）根據不同類型的開關管，逆變器可分為門極可關斷晶閘管、晶閘管、功率場效應管以及絕緣柵晶體管四種。

（4）根據不同性質的開關器件，逆變器可分為硬開關、軟開關以及諧振式三種。

（5）根據不同方式的頻率轉化，逆變器可分為中頻、高頻以及工頻三種。

（6）根據輸出去向的不同，逆變器可分為有源及無緣兩種。

（7）根據能否相互轉化輸入輸出，逆變器可分為單項和雙向兩種。

（8）根據不同的相數的輸出波形，逆變器可分為三相、多向以及單項三種。

（9）根據輸出電壓電平的不同，逆變器可分為二電平以及多電平兩種。

（10）根據不同的輸出電壓波形，逆變器可分為正弦波以及非正弦波兩種，其中正弦波逆變器的市場價格比較高，可它的性能比較好可以用于不同的載荷[2]。

2.2 逆變器常見故障的種類

（1）根據故障發生的時間過程分，可分為突發和漸進故障兩類。

突發故障的產生具有隨機性，這類故障的發生提前是不能被測試和預測到的。漸進故障的發生時由于逆變器上一些電器原件性能的變化所產生的，這類故障一般情況下時可以提前發現的。

（2）根據故障存在的時間長度分，可分為永久性和間歇性兩種。

間歇性的故障指的是逆變器輸出的電壓在比較短的時間內超出了規定的界限。突發性的故障指的是逆變器輸出的電壓在長時間內超出了規定的界限。

（3）根據故障所顯現的狀況分，可分為功能性和潛在性故障。

功能性故障指的是逆變器的功能輸出超出了規定的范圍或者逆變器的功能已經完全沒有了，例如TGBT原件燒損。潛在性故障是指逆變器的功能輸出正常，但附加輸出已出現顯性表現，例如輸出的諧波含量有所變大等。

（4）根據故障產生的原因來看，可分為內部和外部故障兩種。

內部故障是指逆變器本身的元器件或者元器件之間關聯邏輯出現問題而導致的。外部故障則是指逆變器的輸入發生問題而導致的[3]。

3 逆變器常見故障及原因分析

3.1 逆變器短路導致逆變器燒損故障

一般情況下，在下雨天或者下雪天逆變電源裝置比較容易由于內部電路短路的問題而導致逆變器燒損的故障。究其原因，主要有下面幾點：

（1）用來散熱的風道底部和電器柜之間采用了點焊，而當散熱風道的出口和列車的前進方向一致的時候，列車在前進過程中所卷起的雨雪就可能通過散熱風道出口處或者焊縫處進入到逆變器電器柜中，從而導致逆變器故障的發生。

（2）另外，有些逆變器的箱門會因為密封不嚴而導致箱門處有縫隙，也有可能會使得了雨雪進入到逆變箱的內部，從而導致逆變器故障的發生。

（3）除過以上兩個原因之外，有些車上也有可能在雨雪融化時通過箱體上部焊縫的砂眼處把融化的雨水滲入到逆變箱的內部，從而導致逆變器故障的發生。

3.2 充電電阻排燒損故障

逆變器工作的額定輸入電壓是DC600V，過壓保護是DC720V，負壓保護是DC500V。當關上逆變器的控制開關之后，接觸器KM1會吸合，若輸入的電壓在DC500V到DC720V之間的時候，通過充電電阻排 R1對電容進行充電，而這個充電電阻排采用的是阻值為150Ω的繞線電阻，共20只，利用每10個并聯然后再進行串聯組成，阻值是30Ω。而在充電完成以后，逆變器的主控板會發出指令，此時，接觸器KM2吸合，逆變器開始動作，最終輸出三相交流電。而如果機車供電異常且電壓波動比較大的時候，則接觸器KM2不吸合，此時，母線會重復給充電電阻排充電，這樣便容易造成充電電阻排發熱燒損，而燒損之后逆變器會發生沒有辦法恢復的故障，與此同時，繞線電阻表面的漆包線會碳化，而最終則會導致逆變器主回路的電氣元件出現絕緣不好的故障。

3.3 電容及功率模塊IPM燒損

DC600V的直供電列車是機車通過車頂受電弓從接觸網上取得電再經過變壓整流以后向車輛提供電源的，而供電的機車一般為SS7E以及55型。電容及功率模塊IPM的燒損則是因為在電器化的鐵路區段，接觸網每間隔一定的距離就會有一個無電區，也就是常說的分相區，通過調研，機車在通過分相區的時候，一段都會出現脈沖電壓比較高的情況，如果有這種情況發生，則機車在通過分相區后，受電弓取電的瞬間如果脈沖電壓較高，就會對逆變器電源箱中的元器件帶來損傷，如果這樣的現象高頻發生，就會使得逆變器出現故障。并且，通過對機車通過分相區時供電電壓等數據的監測，發現機車通過分相區時，電壓之所以過高是因為列供時間特別短而導致的，列供時間則指的是列車到分相區沒有電到過分相區之后有了點的這段時間。反之，如果機車在過分相區時輸入電壓是正常的，則不會對逆變電源造成損傷，從而一般不會產生故障[4]。

4 針對逆變器常見故障采取的處理措施

4.1 針對逆變器短路故障造成逆變器燒損故障的處理措施

針對逆變電源箱體內部進入雨雪后導致逆變器短路的問題。通過分析，發現雨雪是通過逆變器箱體上的散熱風道進入的，考慮到夏季散熱需求比較大，其他季節散熱需求小。因此可以在冬季的時候把散熱風道進行臨時的封堵，并且在每年的春整和秋整中，還需要組織對逆變箱門的密封狀態進行檢測，發現有密封條變形、損壞、老化等問題時，要立即進行更換，如果是進行段修則要對密封條全數進行換新，同時，還要在箱門的周圍涂上密封膠，從源頭上防止雨雪通過箱門進入箱體使得逆變器發生短路而損壞逆變電源。

4.2 針對充電電阻排燒損故障的處理措施

針對充電電阻排燒損以后易導致電器絕緣的故障。可以通過改變電阻類型來處理，通過測試分析，電阻排的電阻可以用陶瓷電阻替代繞線式電阻，并且要把每只150Ω的電阻更換為30Ω的，但還是采用10只并聯后再串聯的方式連接，串聯以后R1的電阻值為60Ω，這樣就能有效防止電阻排燒損問題發生。

4.3 針對電容及功率模塊IPM燒損故障的處理措施

針對電容及功率模塊IPM燒損的故障，可以通過在充電電容和功率模塊IPM之間增加絕緣隔板的方法來處理，同時，在加裝上隔板后還要再隔板接縫的地方涂上密封膠，通過分析，這樣可以有效的防止充電電容再裂開或者是炸裂時電解液飛濺到IPM內部，從而杜絕IPM燒損問題發生[5]。

5 結束語

通過在春秋冬季封堵逆變器散熱風道和箱門、改變電阻排的電阻類型以及在充電電容和功率模塊間增加絕緣隔壁并且涂密封膠等方法，有效降低了逆變器的故障，切實提高了逆變電源工作的穩定性和可靠性。

基金資助：西安鐵路職業技術學院2020年度立項課題：正弦波逆變電源加載試驗裝置的設計（XTZY20G02）。

參考文獻：

[1]盧莉蓉，周晉陽，牛曉東.三相SPWM逆變電源的設計與實現[J].山西電子技術，2018，（1）：25-30.

[2]孫佳輝.正弦逆變電源輸出控制的實現[D].內蒙古大學，2018.

[3]伍啟天.鐵路空調客車逆變器失效分析及其故障診斷系統的研究[D].華中科技大學，2005.

[4]石高山.DC600V供電客車逆變電源常見故障分析[J].鐵道機車車輛，2008，28（6）：1-3.

[5]盧桂云，李釗.DC600V供電客車車下逆變電源故障原因分析及措施[J].機車車輛工藝，2009，（2）：43-44.

作者簡介

朱亞利：（1989—），女，碩士，助教，主要從事鐵道車輛方面的研究。