CRH2A統型及CRH380AL牽引變流器VIB基板的研究

李艷飛　秦濤濤

摘 要：隨著國民經濟的快速發展，列車運行速度的提高成為必然趨勢。對CRH380型高速動車組的牽引系統進行深入研究，有利于提高高速動車組列車的自主創新能力。該文對CRH2A統型及CRH380AL動車組裝有日立平臺牽引變流器的VIB基板進行改造，并針對其再生制動失效故障提出了解決方案。

關鍵詞：CRH2A統型 CRH380AL型高速動車組 牽引系統

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（b）-0082-02

CRH2A統型及CRH380AL動車組作為引進的高速動車組系列之一，深入研究其結構性能有利于加快高速動車組的國產化進程，其中牽引變流器是CRH2A統型及CRH380AL動車組牽引系統的核心，有必要對其設計原理及故障情況進行深入分析，以促進我國動車組變流器設計平臺的建設。該文以CRH2A統型及CRH380AL動車組采用的日立平臺牽引變流器作為研究對象，根據實際運行過程中所發生的再生制動失效故障，從牽引變流器VIB基板設計、電路具體電氣參數等方面進行故障分析研究，并提出了相應的解決方案。

1 存在的問題

CRH2A統型、CRH380AL動車組投入運行以來，前期多次出現車輛在再生制動過程中，突然發生再生制動力下降，并隨之發生再生制動失效保護，帶來了一定的安全隱患。2014年南昌西動車所曾多次發生再生制動失效故障，故障發生后，將檢測保護動作的VIB基板更換后，庫內試驗正常，車輛運營至今故障未再次發生，從而減少了對運輸秩序造成的影響。

2 原理分析

2.1 故障判斷

從故障情況看，與VIB基板關聯最大的部分為制動反饋輸入回路，如圖1所示。

圖1所示為制動指令信號（BTP）及制動反饋信號（BTF）的輸入電路。從邏輯部前面的連接器輸入BTP和BTF，經過抑制過電壓用的絕緣放大器「AD202KY」和后段的電壓跟隨器（ （α）部分）電路以及多路復用器IC「MAX328EPE」傳送到控制基板（VCU基板）。該電路中如（β）所示安裝有容量為1.0 μF的電容器（容性負載）。原本安裝此電容器是為了消除高頻干擾，但因安裝在電壓跟隨器的后段，使用過程中會發生非常強烈的振動現象。

出現振動現象的機理為：電壓跟隨器電路中裝有運算放大器μPC251C，運算放大器的輸入通過電阻R39變為負反饋。此時，運算放大器內部的電阻和電容器構成濾波回路，因輸入信號和輸出信號的相位差接近180°，負反饋轉換為正反饋，從而出現振動現象。

在常溫下對故障VIB基板制動輸入回路施加5 V的電壓模擬信號，在輸出端測量波形，輸出端輸出5 V電壓信號，波形正常。將故障VIB基板進行加熱，同時，給制動反饋輸入回路施加5 V的電壓模擬信號，在輸出端測量波形，結果發現波形出現了異常。異常現象的出現表明該電路的圖1中（α）和（β）處局部受熱時會造成不良發生；使用未發生過不良的基板進行相同的模擬試驗，沒有再出現信號振動現象。由上所述，推斷VIB基板輸出發生波形異常為VIB基板局部受熱所致。

2.2 故障原因分析

進而開展了詳細的故障調查，首先，為了確定VIB基板運算放大器的后端安裝的電容器的影響，制作了只含運放及電容器周邊的電路。試驗時輸入5 V的電壓模擬信號，分別通過：（1）包含有容量1μF的電容器的電路；（2）無電容器的電路，進行確認當試驗電路過熱時在輸出部分是否會發生振動現象。試驗結果如表1所示。試驗結果表明，裝有電容器的電路中當試驗基板過熱時出現振動現象，而未裝電容器的電路則沒有發生振動現象。由此可知，運算放大器后端安裝的電容器是發生振動現象的原因，同一VIB基板的其他部位安裝的電容器與振動現象無關。

同時，對比了正常VIB基板和發生異常的VIB基板的特性。在上述結果的基礎上，對正常基板和異常基板分別在安裝電容器與不裝電容器特性進行了比較。正常基板與CRH2A、2B、2C1、2C2動車組上的基板相同；異常基板與CRH380AL、CRH2A統動車組上的基板相同。試驗時邊加熱基板邊輸入模擬制動力指令信號和制動力反饋信號。對于正常基板，即使安裝了電容器也不會發生振動現象。對于發生異常的基板，安裝了電容器后會發生振動現象，而區別僅在于運算放大器是否含鉛。由此，確定VIB基板輸出波形發生振動現象是由于在高溫情況下無鉛運算放大器與電容器組合而發生的現象，拆除該電容器可以消除振動現象。綜上，結果表明此振動原因是由于在高溫情況下無鉛運算放大器與電容器組合而發生的現象。

3 動車組牽引變流器VIB基板的改造方案

經過公司級的專家評審，評審專家一致認可通過拆下牽引變流器VIB基板上電壓跟隨器后段的電容器（β）來防止故障的發生。為此，需將裝有日立平臺牽引變流器的CRH2A統型及CRH380AL動車組去除牽引變流器VIB基板上電壓跟隨器后段的電容器（β），同時對CRH2A統型動車組日立平臺牽引曲線軟件進行微調，調整后的軟件版本號由CHEV002更改為CHEV003。新軟件于2014年4月在CRH2293列（配屬南昌局）裝車，至2014年12月31日該車輛已運行346545 km，目前該車輛運行穩定、可靠。為進一步驗證其可靠性，首先選取2列CRH2A統型及2列CRH380AL動車組去除電容，同時選取2列CRH2A統型動車組對牽引曲線軟件微調，進行為期3個月的運用考核。若考核期內未出現因VIB基板導致的故障等異常，則對裝有日立平臺牽引變流器的15列CRH2A統型及17列CRH380AL動車組進行批量改造。

4 結語

牽引變流器報出再生制動失效故障原因為牽引變流器VIB基板輸出波形異常所致，VIB基板輸出波形異常原因是由于在高溫情況下（發生在夏季）無鉛運算放大器與電容器耦合而發生的現象。因此，CRH2A統型及CRH380AL動車組需去除其牽引變流器VIB基板上電壓跟隨器后段的電容器（β），同時需對CRH2A統型動車組牽引曲線軟件進行微調。

參考文獻

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