地鐵列車開門故障的診斷

翁曉韜

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司車輛分公司，上海 200235）

一、電子門控單元工作現(xiàn)狀

電子門控單元(EDCU)應(yīng)用于上海地鐵多條線路中，隨著EDCU使用年份的增加，其故障率急劇上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在2011年由EDCU引起的車門故障占到了車門總故障的75.2%，嚴(yán)重影響地鐵運(yùn)營。

針對(duì)這一情況，對(duì)EDCU各類型的故障進(jìn)行了分類梳理(表1)，其中兩類故障發(fā)生率較高：一是工作電源故障，發(fā)生率為40%；二是零速回路故障，發(fā)生率為47%，應(yīng)重點(diǎn)排除。

二、零速控制回路原理

零速回路的作用是當(dāng)列車停穩(wěn)后，車輛的零速列車線得電為高電平(110V)，該信號(hào)通過接口送到EDCU內(nèi)部的零速控制回路中，以控制開門動(dòng)作。這一控制回路主要由安全繼電器K1、可調(diào)穩(wěn)壓芯片TL431、場效應(yīng)管BUZ60、穩(wěn)壓管ZPY27、二極管4007、電容C47等組成。

當(dāng)EDCU接收到車輛零速信號(hào)后，經(jīng)過二極管、分壓電阻、場效應(yīng)管給電容C47充電，由于電容兩端電壓不能跳變，所以電壓波形呈指數(shù)形式上升，由于此時(shí)三段可調(diào)穩(wěn)壓電路的輸入電流小于輸出電流，所以可調(diào)三端穩(wěn)壓電路不起作用。同時(shí)另外一路通過限流電阻和穩(wěn)壓管ZPY27，將三端穩(wěn)壓芯片TL431的輸入端鉗在27V，根據(jù)芯片手冊(cè)，輸入27V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5V。當(dāng)電容C47兩端電壓上升到使可調(diào)式穩(wěn)壓電路達(dá)到電流平衡時(shí)，穩(wěn)壓電路開始限壓，將電容C47兩端電壓限制在20V，由于穩(wěn)壓芯片的輸出端和零速繼電器的線圈是并聯(lián)關(guān)系，這樣的話就將零速繼電器線圈電壓限制在20V，此時(shí)零速繼電器開始工作，常開觸點(diǎn)閉合，為開關(guān)門做好準(zhǔn)備。

場效應(yīng)管BUZ60作用是有源負(fù)載的作用，因?yàn)榱闼傩盘?hào)是110V，而安全繼電器線圈的額定電壓是20V，如果簡單的用電阻進(jìn)行分壓，受溫度和電源電壓波動(dòng)的影響很大，所以依靠穩(wěn)壓管ZPY27將場效應(yīng)管的柵源極電壓鉗在2V左右來替代電阻的作用。零速控制回路工作原理圖如圖1所示。

三、零速控制回路故障分析

對(duì)零速控制回路故障的EDCU進(jìn)行分解和研究后，發(fā)現(xiàn)2個(gè)1.5K分壓電阻R30、R31底部的基板有明顯的燒灼痕跡(如圖2)，由于基板過熱引起貼片安裝二極管D58脫落或基板燒穿導(dǎo)致零速控制回路斷開，安全繼電器K1不工作，EDCU發(fā)生零速控制回路故障。經(jīng)分析得知其故障源如下。

圖1 零速控制回路工作原理圖

圖2 零速控制回路故障的EDCU

(1)分壓電阻的安裝方式不合理

在該印刷線路板上分壓電阻由2個(gè)1.5k/2W的電阻并聯(lián)而成，其等效電阻為750Ω/4W，它在工作中會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，但沒裝散熱器，易燒毀。

(2)分壓電阻參數(shù)選擇不合理

在印刷電路板的設(shè)計(jì)中，電阻額定功率應(yīng)大于實(shí)際功耗的3倍才安全。

實(shí)際上，零速控制回路的電流為I=U/R=20/360=0.06A，式中R為繼電器K1線圈阻值。則分壓電阻R30、R31的實(shí)際功耗為：P=I2R=2.7W，和R30、R31并聯(lián)額定功率4W比較，顯然不滿足3倍的原則。

四、改進(jìn)方案

1.改變分壓電阻的安裝方式

加大電阻的散熱空間，采用架空的方式安裝電阻。

2. 重新選擇電阻的參數(shù)

為滿足電阻額定功率大于實(shí)際功耗3倍的原則，采取增大分壓電阻的額定功率又會(huì)導(dǎo)致電阻體積增加，不好安裝。

經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在零速回路中同樣起到分壓作用的場效應(yīng)管Q28的功率還有很大的剩余容量，場效應(yīng)管的實(shí)際功耗為P=2.5W，而它的額定功率為75W，具有很大的使用空間。

由于零速回路的電流基本由繼電器K1線圈電壓和阻值決定，改變分壓電阻的阻值不會(huì)影響零速回路電流的變化，通過更改分壓電阻的阻值，使得實(shí)際工作時(shí)電阻和場效應(yīng)管的功耗將被重新分配，可降低分壓電阻的功率，減少發(fā)熱。

重新選擇電阻的規(guī)格由兩個(gè)分壓電阻680Ω/2W并聯(lián)，其等效電阻為340Ω/4W。(如圖3)EDCU工作時(shí)它的實(shí)際功耗為P=I2R=1.22W<4W，場效應(yīng)管的實(shí)際功率為3.7W<<75W，均符合3倍原則的要求。

圖3 整改后的線路圖

五、試驗(yàn)論證

將EDCU改造前與改造后進(jìn)行長時(shí)間通電試驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行溫度監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)電阻和場效應(yīng)管的溫度有明顯的變化（表2、3）。

表2 改造前電阻和場效應(yīng)管溫度變化

表3 改造后電阻和場效應(yīng)管溫度變化

從上表中看出，將2個(gè)1.5k/2W的電阻調(diào)整為2個(gè)680Ω/2W的電阻后，電阻和場效應(yīng)管上的溫度均明顯降低，表明改造措施有效。

[1] 黃俊，王兆安. 電力電子變流技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[2] 杜鵑. 測(cè)量儀表與自動(dòng)化[M]. 山東：中國石油大學(xué)出版社,2002.

[3] 汪志峰. 工控組態(tài)軟件[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2007.

[4] 黃俊，王兆安. 電力電子變流技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.