城市軌道交通電客車輔逆系統(tǒng)及輔助供電技術(shù)

劉暘

摘要：城市軌道車輛的輔助逆變器是城市軌道車輛上的一個重要電氣設(shè)備，其主要功能是為車輛上的低壓設(shè)備提供不同的電壓和不同的功率，輔助逆變器的正常工作直接關(guān)系到車輛照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等部件的使用性能。此外，城市軌道客車輸出的電能質(zhì)量會直接影響到車輛運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：城市軌道車輛；輔助供電系統(tǒng)；輔助逆變器

1城市軌道交通電客車輔逆系統(tǒng)常見故障分析

1.1軌道客車弱電半導(dǎo)體器件引起故障

在城市軌道交通電客車輔助逆變系統(tǒng)中使用了大量的弱電半導(dǎo)體器件，因此由于弱電半導(dǎo)體器件引起的輔助逆變系統(tǒng)故障是較為常見的故障類型。當(dāng)弱電半導(dǎo)體器件發(fā)生失效故障時，會直接導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生部分功能喪失，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生完全性的功能喪失。引起輔助逆變系統(tǒng)中弱電半導(dǎo)體失效的原因有很多，其中包括弱電半導(dǎo)體器件本身的可靠性、工作環(huán)境、組裝方式及工作條件等，隨著生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，弱電半導(dǎo)體器件的質(zhì)量得到了顯著的提升。

此外，針對外部因素導(dǎo)致的弱電半導(dǎo)體失效問題，需要相關(guān)軌道客車技術(shù)人員在實(shí)際操作的過程中注意輔助逆變系統(tǒng)的溫濕度、靜電保護(hù)、機(jī)械保護(hù)和過電應(yīng)力失效等。

1.2軌道客車電力半導(dǎo)體器件引起故障

強(qiáng)烈的電浪涌干擾是城市軌道客車輔助逆變系統(tǒng)在實(shí)際工作中不可規(guī)避的問題，這種強(qiáng)烈的電浪涌會給半導(dǎo)體器件造成嚴(yán)重的損壞，因此由于電力半導(dǎo)體器件而引起的輔助逆變系統(tǒng)故障發(fā)生的比例最高。為了提高軌道客車輔助逆變系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，就需要為其配備相應(yīng)的保護(hù)裝置。此外，在保護(hù)裝置設(shè)計的過程中，人們對器件保護(hù)措施的認(rèn)識不足也會引起電力半導(dǎo)體器件的失效，從而導(dǎo)致軌道客車輔助逆變系統(tǒng)發(fā)生功能性故障。

1.3軌道客車電容器引起故障

為了提高輔助逆變系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性，常在系統(tǒng)中使用具有穩(wěn)壓功能的鋁電解電容器，通過總結(jié)實(shí)際的工作情況發(fā)現(xiàn)，由于鋁電解電容器失效而引起的輔助逆變系統(tǒng)故障也是常見故障之一。鋁電解電容表面的氧化鋁保護(hù)膜會在實(shí)際的使用過程中發(fā)生損壞，雖然其本身具有一定的自愈性能，但當(dāng)氧化膜被破壞的速度超過自愈速度時，電容器即使在額定電壓下工作也會發(fā)生擊穿事故，造成電容器的永久性損壞，在極端情況下甚至?xí)馆o助逆變系統(tǒng)發(fā)生爆裂事故。

2軌道客車輔助供電系統(tǒng)的選擇分析

2.1以逆變器電路原理為基準(zhǔn)選擇

城市軌道交通客車可以根據(jù)輔助供電系統(tǒng)逆變器電氣結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行選型，通常按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，可以將逆變器分為直接逆變和先經(jīng)過升/降壓穩(wěn)壓后逆變兩種方式。其中，結(jié)構(gòu)較為簡單的是直接逆變的形式，該形式的逆變器在開關(guān)器件的選擇上通常以GTO或IGBT為主，其常以受電弓或第三方作為其輔助逆變源。直接逆變的方式電路結(jié)構(gòu)簡單，涉及的電子元件相對較少，因此控制起來更為方便，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中容易受到電網(wǎng)輸入電壓的影響。升/降壓穩(wěn)壓后逆變的方式相比于直接逆變來說，可以使逆變器的輸入電壓穩(wěn)定，因此可以為逆變器提供更加安全的保護(hù)，通常情況下其逆變器通過PwM進(jìn)行控制，因此在進(jìn)行選擇時需要關(guān)注開關(guān)頻率的問題，一方面防止由于開關(guān)損壞過高而影響到逆變器的效率，另一方面防止由于“死區(qū)”問題影響輸出效率。

2.2從逆變器的電路構(gòu)造選型

目前常用的逆變器可分為單逆變器型和雙逆變器型兩種，這兩種逆變器在電路構(gòu)造上存在不同，同時按照逆變方式的不同，單逆變器又可以分為直接逆變和升/降壓逆變兩種，而雙逆變器型又可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種，其中單逆變器型是目前較為常用的類型。雙逆變器型的開關(guān)頻率相對較低，通常情況下僅能達(dá)到150Hz左右，因而使得系統(tǒng)的損耗較小，逆變器的效率較高，對輸出濾波器的要求不高，可以在較高壓的逆變器中使用低壓的電力電子器件。單逆變器的組成電路結(jié)構(gòu)簡單，使用的電子元件較少，可靠性高，此外PWM輸出的諧波含量小，便于控制諧波分量。由于逆變器的輸出電壓在進(jìn)入隔離變壓器前會先經(jīng)過交流濾波網(wǎng)絡(luò)，因此變壓器中的諧波損耗較小。

2.3從DC/DC變流器型式選型

城市軌道客車的DC/DC變流器通常情況下可以按照直接變換和間接變換兩種情況工作，其中直接變換的工作方式并不會對輔助逆變器造成影響，一般情況下直接變換會采用半橋高頻逆變降壓后整流的方式工作。間接變換在進(jìn)行工作時需要經(jīng)過輔助逆變器供電后再進(jìn)行降壓整流。

3結(jié)語

城市軌道車輛的輔助逆變器和輔助供電系統(tǒng)是保證列車穩(wěn)定行駛的重要電氣設(shè)備，其中輔助逆變器可以為車輛上的低壓設(shè)備提供不同要求的電壓和功率，而輔助供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全性與可靠性，因此在實(shí)際工作中掌握該部分的故障類型和選擇標(biāo)準(zhǔn)可以有效地保證城市軌道車輛的行駛質(zhì)量。

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（作者單位：寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司）