地鐵牽引逆變器輸出電流傳感器測(cè)試策略優(yōu)化分析

褚衍廷，余雨婷，李坤

（1.湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006；2.湖南省高鐵運(yùn)行安全保障工程技術(shù)研究中心，湖南 株洲 412006；3.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006；4. 株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412006）

0 引言

DC1500V牽引逆變器主電路采用電壓型直-交逆變電路。經(jīng)高壓供電輸入的DC1500V直流電牽引逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電[1]。牽引逆變器內(nèi)部放置一個(gè)IGBT模塊，每個(gè)IGBT模塊包括一個(gè)逆變器單元和一個(gè)或兩個(gè)斬波單元，當(dāng)電網(wǎng)電壓在DC1000V～DC1800V之間變化時(shí)，主電路能正常工作，其主電路如圖1所示。

圖1 牽引逆變器主電路圖

在直流回路得到DC1500V直流電壓時(shí)，啟動(dòng)逆變器，通過(guò)控制逆變器模塊3個(gè)逆變橋臂的6個(gè)IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)輸出三相正弦電流。

1 輸出電流傳感器檢測(cè)

地鐵牽引逆變器產(chǎn)品現(xiàn)有的測(cè)試方案中，輸出電流傳感器檢測(cè)部分還存在不規(guī)范的問(wèn)題，檢測(cè)方式各異，給測(cè)試帶來(lái)了很大的麻煩，同時(shí)也給大綱的審核及驗(yàn)證工作帶來(lái)極大的不便[2]。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的輸出電流傳感器檢測(cè)一共有以下4種，且每一種都或多或少的存在測(cè)試盲區(qū)。

（1）給定直流回路DC500V電壓，啟動(dòng)逆變器，觀察上位機(jī)軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負(fù)，且逆變A相電流的大小與逆變B相電流大小幾乎相等，則認(rèn)為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

針對(duì)這種檢測(cè)方式，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)際上一直保持VT3和VT6兩個(gè)IGBT開(kāi)通，使主電路形成一個(gè)直流回路，其電路原理圖如圖2所示，從圖中可以看出A相電流經(jīng)過(guò)VT3從A相負(fù)載流入，從B相負(fù)載流出，使得逆變A相電流與逆變B相電流大小近似相等方向相反。

圖2 電路原理圖

基于以上分析，建立仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3所示。仿真結(jié)果，如圖4所示。

圖3 仿真模型搭建

圖4 仿真結(jié)果

下管并未開(kāi)通，故而此種檢測(cè)方式下無(wú)法檢測(cè)C相輸出電流值，且若C相故障，現(xiàn)有測(cè)試方案無(wú)法檢測(cè)。

（2）給定直流回路DC500V電壓，啟動(dòng)逆變器，觀察上位機(jī)軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為正，逆變B相電流輸出為負(fù)，且逆變A相電流為逆變B向電流的2倍左右，則認(rèn)為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

同樣的，此種檢測(cè)方式下實(shí)際保持了VT3、VT6、VT8開(kāi)通，使主電路構(gòu)成直流回路，如圖5所示，從圖中可以清晰的看到流經(jīng)A相負(fù)載的電流經(jīng)B相和C相負(fù)載分流，使得A相電流檢測(cè)值為B相電流電流檢測(cè)值的2倍左右，且A相電流檢測(cè)值大于零，B相電流檢測(cè)值小于0。

圖5 電路原理圖

仿真結(jié)果，如圖6所示。

圖6 仿真結(jié)果

較第一種檢測(cè)方式而言，此種檢測(cè)方式可以間接的檢測(cè)C相電流輸出，但是此種模型下若B相電流傳感器錯(cuò)接到C相，輸出的電流檢測(cè)值仍滿足逆變A相電流為逆變B相電流的2倍左右，且逆變A相電流為正，逆變B相電流為負(fù)。

（3）給定直流回路DC500V電壓，啟動(dòng)逆變器，觀察上位機(jī)軟件逆變A相電流和逆變B相電流，若逆變A相電流輸出為負(fù)，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右[3]。則認(rèn)為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感[4]。

此種檢測(cè)方式和第二種檢測(cè)方式類(lèi)似，實(shí)際上是保持VT4、VT5、VT8三個(gè)IGBT開(kāi)通，使得主電路構(gòu)成直流通路。電路原理如圖7所示，從圖中可以清楚的看到電流從B相負(fù)載流入，經(jīng)A、C相分流后流出，故而使得逆變A相電流輸出為負(fù)，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約為逆變B向電流的一半左右。

圖7 電路原理圖

仿真結(jié)果，如圖8所示。

圖8 仿真結(jié)果

此種檢測(cè)方式的測(cè)試盲區(qū)和第二種一樣，可以間接的測(cè)量C相輸出電流，但是如果A相電流傳感器錯(cuò)裝到了C相，則此種測(cè)試方案無(wú)法測(cè)量。

（4）若逆變A相電流輸出為負(fù)，逆變B相電流輸出為正，且逆變A相電流約等于逆變B向電流。則認(rèn)為逆變A相電流傳感器、逆變B相電流傳感器接線正確。

這種檢測(cè)方式原理和第一種類(lèi)似，差別僅在與開(kāi)通的IGBT不同，這種檢測(cè)方式下實(shí)際只保持開(kāi)通VT4、VT5兩個(gè)IGBT，使主電路構(gòu)成直流回路，從圖9中可以清楚的看出電流從B相負(fù)載流入從A相負(fù)載流出，使得A相電流為負(fù)，B相電流為正，且A相電流的大小和B相電流大小幾乎相等。此時(shí)由于C相IGBT并未開(kāi)通，無(wú)法檢測(cè)C相是否正常。

仿真結(jié)果，如圖10所示。

圖10 仿真結(jié)果

通過(guò)以上的分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論使用哪種檢測(cè)方式都會(huì)存在測(cè)試盲區(qū)。

2 測(cè)試方案改進(jìn)策略

根據(jù)上文的仿真結(jié)果可以清晰的了解到現(xiàn)有的測(cè)試方案存在一定的測(cè)試盲區(qū)，同時(shí)繁瑣的測(cè)試項(xiàng)目占用了大量的調(diào)試時(shí)間，考慮到現(xiàn)有測(cè)試資源的緊張情況，本論文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，考慮整合電氣保護(hù)和測(cè)量裝置試驗(yàn)。具體的測(cè)試方案通過(guò)MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型加以說(shuō)明，其仿真模型以及輸出波形分別如圖11、12所示。

圖11 仿真模型

圖12 輸出波形

根據(jù)以上仿真結(jié)果顯示，正常啟動(dòng)逆變器，使得逆變器有一定的輸出，通過(guò)上位機(jī)軟件可以判斷A相逆變電流與B相逆變電流的大小和相位，若A相電流超前B相電流，且A相電流與B相電流大小相等，即可判斷逆變器正常[5]。同時(shí)也可以通過(guò)示波器監(jiān)測(cè)A、B、C各路的輸出電流是否也滿足A相超前B相超前C相的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本論文在對(duì)地鐵牽引變流器工作原理介紹的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)有調(diào)試方案所存在的不足，給出解決方案。仿真試驗(yàn)表明該優(yōu)化方案不僅能夠解決現(xiàn)有調(diào)試方案所存在的不足，同時(shí)起到優(yōu)化電氣保護(hù)和測(cè)量裝置試驗(yàn)內(nèi)容的作用。