CRH2動(dòng)車組變流器工作原理與故障分析的研究

陳 慶，廖志平，肖 茜（.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 400；.株洲市工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，湖南 株洲 4008）

CRH2動(dòng)車組變流器工作原理與故障分析的研究

陳 慶1，廖志平1，肖 茜2
（1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001；2.株洲市工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，湖南 株洲 412008）

本文介紹了CRH2動(dòng)車組變流器的結(jié)構(gòu)及工作原理，此外，根據(jù)武漢鐵路局動(dòng)車段的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了牽引變流器的幾種常見(jiàn)故障的現(xiàn)象、原因以及現(xiàn)場(chǎng)處理措施。為鐵路設(shè)備故障分析提供參考。

CRH2動(dòng)車組；變流器；故障分析

1　CRH2動(dòng)車組變流器的工作原理

1.1CRH2牽引系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，在CRH2牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中，變流器的輸入端接單相交流電，連接牽引變壓器，經(jīng)內(nèi)部整流電路、直流電路與三相逆變電路之后，輸出三相變頻交流電，直接驅(qū)動(dòng)4臺(tái)牽引電機(jī)。

圖1　CRH2牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2變流器的工作原理

如圖2所示，CRH2變流器主電路簡(jiǎn)化圖，從左到右依次是變流器的單相整流部分、中間直流部分以及三相逆變部分。

圖2　CRH2變流器主電路簡(jiǎn)化圖

整流器工作原理：CRH2變流器采用單相三電平PWM整流器。該脈沖整流器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，可以工作在牽引與制動(dòng)兩種狀態(tài)。當(dāng)處于牽引狀態(tài)時(shí)，能量從整流器向后續(xù)的直流電路流動(dòng)，再經(jīng)逆變電路為牽引電機(jī)供電。當(dāng)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量從牽引電機(jī)出發(fā)經(jīng)逆變電路，過(guò)中間直流電路向整流器方向流動(dòng)，最終反饋電網(wǎng)。

逆變器工作原理：逆變器電路主要由3組橋臂組成，每組橋臂由上、下分臂共4個(gè)IGBT構(gòu)成，采用兩管串聯(lián)、中點(diǎn)帶鉗位二極管的方案，此種方案可以降低電路對(duì)IGBT的耐壓值。逆變器以中間電路支撐電容上的電壓作為輸出電壓，通過(guò)控制IGBT開(kāi)關(guān)管的通斷，輸出電壓幅值與頻率均可調(diào)的三相交流電。

值得注意的是，在變頻調(diào)速過(guò)程中，當(dāng)需要逆變器輸出低頻交流電時(shí)，由于變流器直流電路上的兩個(gè)支撐電容不可能無(wú)限大，此時(shí)中點(diǎn)電位較難維持零電位，從而將出現(xiàn)電位漂移。隨時(shí)間推移，電位周期性地在零電位附近左右擺動(dòng)。此種現(xiàn)象會(huì)造成同一橋臂的上、下分臂電壓不同，且分臂電壓也隨時(shí)間進(jìn)行周期性大小轉(zhuǎn)換，變相提高IGBT的耐壓值；同時(shí)，也影響了輸出電壓波形的對(duì)稱性。因此，必須采取合理措施抑制中點(diǎn)電位的漂移，使其保持在零點(diǎn)基本不動(dòng)。所以，我們必須在較短調(diào)制周期內(nèi)成對(duì)地選取兩類電壓矢量，從而保證上支撐電容和下支撐電容工作時(shí)間相等，這樣可以在一定程度上抑制中點(diǎn)電位的漂移。

表1　CRH2動(dòng)車組變流器常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因及處理措施

2　CRH2動(dòng)車組變流器的故障分析

CRH2動(dòng)車組自2007年在線上投入運(yùn)行以來(lái)，牽引變流器故障時(shí)夠貼近科技前沿，最好能夠貼近人們的生活。以做到學(xué)有所用，服務(wù)工作，服務(wù)生活。

3　結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析問(wèn)題能力，解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力的一門(mén)實(shí)踐課程，而在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中仍存在困難，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀的分析，提出了從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢?shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)研究等方面的改革建議，以適應(yīng)知識(shí)更新時(shí)代的要求，適應(yīng)院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展和內(nèi)涵建設(shè)，充分有效激發(fā)不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，滿足學(xué)生的多樣化需求，以改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

［1］吳海英.《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》改革的幾點(diǎn)建議［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015，28（01）:101-102.

［2］韓曉琴.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索［J］.高教學(xué)刊，2015（14）:98.

［3］張勇，李久會(huì).淺談大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，17（04）:138-139.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.208

銀川能源學(xué)院大學(xué)物理應(yīng)用型教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（2015-TD-X-01）

李亞亞（1983—），男，甘肅靜寧人，碩士，主要從事統(tǒng)計(jì)物理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。