地鐵車輛輔助逆變器工作原理及典型故障闡述

熊磊

【摘要】隨著科技的進步，城軌列車管理工作逐漸涵蓋了行車安全、行車狀況的實時監控和快速高效的故障排除等工作，使得管理工作變得越來越繁重。城市軌道交通系統建設涉及很多高新技術，如車體制造、轉向架、牽引驅動、故障診斷等技術。其中，故障診斷技術是保障地鐵安全運行的重要技術之一。其可以預測故障的發生，確定故障的原因，并提出維護建議以避免或減少故障的發生。

【關鍵詞】地鐵運行;輔助逆變器;工作原理;典型故障

輔助逆變器是城市軌道列車運行過程中不可缺少的重要電氣元件。其主要任務是用于列車控制、客艙照明、空調、通風和其他低壓電氣設備的低壓電源、電壓和功率。供電質量和輔助供電系統的可靠性直接影響列車行車的安全和乘客的舒適度。地鐵在運營過程中，輔助逆變器如果發生嚴重故障，則會影響列車正常運行，這是干擾列車正常運行的重要因素之一。詳細研究輔助逆變器故障診斷系統對于保障城軌安全具有重要的理論和實踐意義。

1逆變器診斷技術研究現狀

1.1基于電流的故障診斷技術

針對基于電流的故障的診斷方法通常是利用相應的技術診斷并進行故障排除。首先測量當前電流大小和繞組的尺寸，然后對測量數據進行坐標變換，最后對數據進行處理以進行模式識別。國內外科學家在研究感應電機逆變器故障時，主要采用電流測量方法。比如常見的：簡單恒流法、電流矢量路徑斜率法、電流矢量軌跡質心法等。

1.2基于電壓的故障診斷技術

逆變器的性能直接決定了整個系統是否安全可靠地運行。同時，功率開關器件非常容易損壞，研究人員需要及時關注關注逆變器保護和故障診斷。診斷逆變器故障已成為一個研究問題，因為整個系統中的其他功率設備出現故障，在幾毫秒內將立即診斷出逆變器故障并予以糾正。基于電流的診斷方法在系統中使用電流傳感器并需要特定的軟件算法。診斷時間往往是多個主波周期，容易受到噪聲和干擾等因素的影響。基于電壓的診斷方法結合逆變器電壓模型使用逆變器電壓測量來提供有關故障的信息。診斷時間短，負載與控制策略無關，可靠性高。城軌輔助逆變器是電力系統的一部分。主要為空調、通風機、空氣壓縮機、電暖器、室內照明等輔助交流負載提供穩定的三相380V、50Hz交流電源。城軌運行過程中，輔助逆變器嚴重故障會直接影響列車正常運行。國內外科學家對異步電動機逆變器故障問題進行了詳細研究，且方法較為豐富，但在城軌輔助逆變器方面的研究還比較少。而城鐵輔助逆變器是列車供電系統的重要組成部分。如何利用現有逆變器診斷方法創建故障自動檢測診斷系統，有效診斷輔助逆變器故障是其難點和今后的研究方向。

2地鐵列車輔助逆變器原理及失效分析

2.1輔助逆變器原理

逆變系統組件主要包括充電電路、濾波電抗器、濾波電容器、輔助逆變模塊、變壓器、三相濾波器、EMI電容器等，是輔助電源系統的核心。濾波扼流圈和濾波電容組成高壓輸入濾波器，抑制輸入電路的諧波，減少輸入電路的瞬態現象出現。濾波電容器和濾波電抗器可以減少電路瞬變和諧波對輸入電路的影響。它用作高壓輸入部分的濾波器。

2.2輔助逆變器失效機理

低電流半導體器件故障：逆變器使用大量低電流半導體器件。如果設備出現故障，整體系統性能將下降或系統功能將完全喪失。半導體器件失效的原因之一是器件本身固有的可靠性。半導體器件設計制造技術的不斷發展和對可靠性技術的深入研究，大大提高了半導體器件的可靠性。逆變器運行條件、裝配條件、系統運行環境等外部因素引起的故障是逆變器半導體器件故障的主要原因。這些外部因素引起的故障主要有除濕、除過壓、除靜電、除機械過載、除溫等。

功率半導體失效。逆變器在具有高電壓浪涌的環境中運行。功率半導體器件故障時逆變器故障的主要原因，人們在設計上對器件保護措施缺乏了解會導致功率半導體器件進一步失效。

電容損壞。逆變器內部有一個鋁電解電容，具有穩壓作用。經驗表明，該電容器是最常見的受損組件之一。鋁電解電容器的工作介質是通過電化學方法在金屬鋁表面形成一層致密的氧化鋁薄膜，它與內部的金屬鋁結合形成一個整體，稱為陽極。電容器在工作過程中氧化膜被破壞，但在電極開始反應后，它可以自然修復損壞。但是，在一定條件下，如果氧化物破壞速度超過自愈速度，則氧化物會恢復得太慢，導致在標稱電壓下氧化物被破壞。在極端情況下，電容器可能會發生不可逆轉的損壞甚至爆炸。

3結語

綜上所述，通過對地鐵車輛輔助逆變器原理進行分析以及對其典型故障及失效原理進行闡述，不難看出，當地鐵車輛輔助逆變器在出現故障時，地鐵車輛的正常運輸將受到嚴重影響。因此，維修人員在進行地鐵車輛的日常維護同時也應當關注輔助逆變器等系統組件的工作狀況，及時更換老化元器件，避免出現上述問題，從而保證地鐵列車正常運行。

【參考文獻】

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