地鐵牽引逆變器輸出電流傳感器測試策略優化分析

褚衍廷，余雨婷，李坤

（1.湖南鐵路科技職業技術學院，湖南 株洲 412006；2.湖南省高鐵運行安全保障工程技術研究中心，湖南 株洲 412006；3.湖南鐵道職業技術學院，湖南 株洲 412006；4. 株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412006）

0 引言

DC1500V牽引逆變器主電路采用電壓型直-交逆變電路。經高壓供電輸入的DC1500V直流電牽引逆變器轉換成三相交流電[1]。牽引逆變器內部放置一個IGBT模塊，每個IGBT模塊包括一個逆變器單元和一個或兩個斬波單元，當電網電壓在DC1000V～DC1800V之間變化時，主電路能正常工作，其主電路如圖1所示。

圖1 牽引逆變器主電路圖

在直流回路得到DC1500V直流電壓時，啟動逆變器，通過控制逆變器模塊3個逆變橋臂的6個IGBT的開通和關斷實現輸出三相正弦電流。

1 輸出電流傳感器檢測

地鐵牽引逆變器產品現有的測試方案中，輸出電流傳感器檢測部分還存在不規范的問題，檢測方式各異，給測試帶來了很大的麻煩，同時也給大綱的審核及驗證工作帶來極大的不便[2]。總結發現，現有的輸出電流傳感器檢測一共有以下4種，且每一種都或多或少的存在測試盲區。

（1）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負，且逆變A相電流的大小與逆變B相電流大小幾乎相等，則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

針對這種檢測方式，在程序設計時，實際上一直保持VT3和VT6兩個IGBT開通，使主電路形成一個直流回路，其電路原理圖如圖2所示，從圖中可以看出A相電流經過VT3從A相負載流入，從B相負載流出，使得逆變A相電流與逆變B相電流大小近似相等方向相反。

圖2 電路原理圖

基于以上分析，建立仿真模型進行驗證，如圖3所示。仿真結果，如圖4所示。

圖3 仿真模型搭建

圖4 仿真結果

下管并未開通，故而此種檢測方式下無法檢測C相輸出電流值，且若C相故障，現有測試方案無法檢測。

（2）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負，且逆變A相電流為逆變B向電流的2倍左右，則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

同樣的，此種檢測方式下實際保持了VT3、VT6、VT8開通，使主電路構成直流回路，如圖5所示，從圖中可以清晰的看到流經A相負載的電流經B相和C相負載分流，使得A相電流檢測值為B相電流電流檢測值的2倍左右，且A相電流檢測值大于零，B相電流檢測值小于0。

圖5 電路原理圖

仿真結果，如圖6所示。

圖6 仿真結果

較第一種檢測方式而言，此種檢測方式可以間接的檢測C相電流輸出，但是此種模型下若B相電流傳感器錯接到C相，輸出的電流檢測值仍滿足逆變A相電流為逆變B相電流的2倍左右，且逆變A相電流為正，逆變B相電流為負。

（3）給定直流回路DC500V電壓，啟動逆變器，觀察上位機軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右[3]。則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感[4]。

此種檢測方式和第二種檢測方式類似，實際上是保持VT4、VT5、VT8三個IGBT開通，使得主電路構成直流通路。電路原理如圖7所示，從圖中可以清楚的看到電流從B相負載流入，經A、C相分流后流出，故而使得逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右。

圖7 電路原理圖

仿真結果，如圖8所示。

圖8 仿真結果

此種檢測方式的測試盲區和第二種一樣，可以間接的測量C相輸出電流，但是如果A相電流傳感器錯裝到了C相，則此種測試方案無法測量。

（4）若逆變A相電流輸出為負，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約等于逆變B向電流。則認為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

這種檢測方式原理和第一種類似，差別僅在與開通的IGBT不同，這種檢測方式下實際只保持開通VT4、VT5兩個IGBT，使主電路構成直流回路，從圖9中可以清楚的看出電流從B相負載流入從A相負載流出，使得A相電流為負，B相電流為正，且A相電流的大小和B相電流大小幾乎相等。此時由于C相IGBT并未開通，無法檢測C相是否正常。

仿真結果，如圖10所示。

圖10 仿真結果

通過以上的分析總結發現，無論使用哪種檢測方式都會存在測試盲區。

2 測試方案改進策略

根據上文的仿真結果可以清晰的了解到現有的測試方案存在一定的測試盲區，同時繁瑣的測試項目占用了大量的調試時間，考慮到現有測試資源的緊張情況，本論文結合現場實際，考慮整合電氣保護和測量裝置試驗。具體的測試方案通過MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型加以說明，其仿真模型以及輸出波形分別如圖11、12所示。

圖11 仿真模型

圖12 輸出波形

根據以上仿真結果顯示，正常啟動逆變器，使得逆變器有一定的輸出，通過上位機軟件可以判斷A相逆變電流與B相逆變電流的大小和相位，若A相電流超前B相電流，且A相電流與B相電流大小相等，即可判斷逆變器正常[5]。同時也可以通過示波器監測A、B、C各路的輸出電流是否也滿足A相超前B相超前C相的要求。

3 結語

本論文在對地鐵牽引變流器工作原理介紹的基礎上，分析現有調試方案所存在的不足，給出解決方案。仿真試驗表明該優化方案不僅能夠解決現有調試方案所存在的不足，同時起到優化電氣保護和測量裝置試驗內容的作用。