地鐵車輛輔助逆變器工作原理及典型故障處理探究

張偉

摘要：本文主要分析了輔助逆變器工作原理，重點介紹了輔助逆變器典型故障、原因及整改效果，它不僅可以降低各類故障的發生率，而且還能夠充分發揮輔助逆變器工作性能，進而提高地鐵車輛運行效率。通過對輔助逆變器工作原理及典型故障進行分析，以期為地鐵車輛的安全運行提供可靠保障，創造出最大化的經濟與社會效益。

關鍵詞：地鐵車輛;輔助逆變器;原理;典型故障;整改效果

1.輔助逆變器工作原理

在地鐵車輛運行中，輔助逆變器一般是通過高壓母線為列車運行提供所需電源。通常情況下，輔助逆變器主要是由輔助隔離開關箱、輔助電源裝置、擴展供電箱和輔助熔斷器等部分構成。圖1描述的是輔助逆變器工作原理。列車獲取高壓后，將會通過直流濾波電路將線網中存在的干擾諧波濾除掉，再通過輔助逆變器轉化為準正弦波，并通過交流濾波器濾波后，流經工頻變壓器后獲取3相AC380V電壓。

2.輔助逆變器典型故障及整改效果

2.1絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）故障

2.1.1故障描述

在地鐵車輛輔助逆變器運行過程中，由于IGBT故障的出現，將會導致該模塊停止工作，并在人機界面上發出報警，其常見的表現是空壓機無法打風，從而導致車用空調無法正常運行，嚴重影響了地鐵車輛的行駛速度。

2.1.2原因分析

通過對IGBT故障進行分析可以發現，輔助逆變器三相輸出存在異常，現場對所有IGBT外觀進行檢查未見異常，但是控制電源接通后，脈沖分配板A相上下管故障燈出現紅燈。隨后繼續對三相的IGBT驅動線測試，結果得知A相上管驅動板的GE極存在短路問題，此時對模塊進行解體后對所有IGBT實時靜態測量，測量結果發現A相上管IGBT損壞，進而誘發元件內部形成短路。如果導通A相下管IGBT時，因為A相上管IGBT出現短路，將會出現上下管直通現象，此時下管產生保護，并且報出A相下管保護故障。實際上，誘發IGBT故障的原因多為工作環境散熱不良、溫度過高所致。

2.1.3整改效果

為了使上述IGBT故障得到有效解決，輔助逆變器一般會選擇強迫風冷結構，在其正常工作狀態下，經進風口借助風機將濾網熱量抽走，以達到散熱的效果。根據相關調查與統計發現，IGBT故障多出現在每年4-6月份，主要是因為該時間段內空氣中楊絮、柳絮較多，導致濾網出現嚴重堵塞問題。前期濾網一般是整體結構，不僅清潔耗時，而且效果不理想。為了解決該問題，可以選擇濾芯與濾網外層分離結構，并借助鎖扣直接將濾網外層拆除，以確保濾芯清潔工作的順利進行，不僅耗時短，而且效果良好，IGBT故障得到了很好的解決。

2.2逆變器溫度過高故障

2.2.1故障描述

在輔助逆變器工作階段，如果其內部IGBT周圍熱敏電阻檢測結果發現溫度超過85℃時，將會判定動力單元溫度上升，進而出現逆變器溫度過高故障。在輔助逆變器正常運行過程中，該故障可以系統自動復位，如果輔助逆變器重啟60s內仍然出現該故障，則需要按壓VVVF/SIV復位開關來給予解決。

2.2.2原因分析

逆變器溫度過高屬于常見，且復雜的故障保護，其具體原因如下：（1）軟件出現異常，致使故障后無法有效啟動;（2）環境因素致使過溫狀態無法得到有效恢復;（3）溫度采樣硬件電路存在異常，致使過溫狀態無法及時恢復。

在對逆變器溫度過高故障進行系統調查后發現，因為控制軟件對自動復位信號與手動復位信號的邏輯處理出現問題，進而導致初次逆變器溫度過高無法實現自動復位，此時通過按壓VVVF/SIV復位開關時，故障也未得到解決。

2.2.3整改效果

（1）當出現過溫故障時，如果無法重新啟動，司機可以將SIV控制空氣開關斷開，并進行復位，以達到重啟輔助逆變器的目的;（2）在軟件更新時，可以先選擇部分車輛進行刷新，并對關鍵運行效果進行跟蹤，確定未見異常后再更新其他車輛的軟件;（3）對軟件存在的漏洞進行修改，并選擇手動復位優先，以確保在需要自動復位時，可以通過手動復位來正常啟動輔助變流器。

2.3相電流不平衡故障

2.3.1故障描述

該故障發生時的判定標準或檢測條件為：在輔助逆變器正常工作階段，通過電流傳感器控制單可以實現對逆變器輸出電流值的實時、動態檢測，如果發現相間電流差大于50A時，則可以判定為相電流不平衡，此時需要將IvLB和IvHB斷開，以達到保護主電路的目的。

2.3.2原因分析

相電流不平衡故障涉及的故障現象和原因較多，通過對可能誘發故障的部位進行一一檢查，最終發現交流濾波電容器（ACC）電容容量嚴重衰竭是誘發的主要原因。通常情況下，因為ACC電容屬于交流濾波電容，其不僅能夠將高頻諧波濾掉，從而輸出正弦波的電壓，而且還可以平衡相間電壓，因為該電容中存在3個電容器，一旦某個電容器出現問題，將會誘發三相電壓失衡，進而出現相電流不平衡故障。

2.3.3整改措施

（1）對故障車ACC電容進行更換，并開展高壓加載驗證及空級試驗，功能良好;（2）結合故障特點和各類修程，來對車輛輔助逆變器ACC電容貼溫度進行檢查，如果超過70℃時，則需要對其進行更換。

3.結束語

綜上所述，輔助逆變器是地鐵車輛中比較關鍵的組成部分，此時需要在了解其工作原理的基礎上，對典型故障進行分析和處理，以此來更好的發揮輔助逆變器性能，提高地鐵車輛運行效率。

參考文獻：

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