城軌車輛逆變器控制單元故障維修分析

毛洪波

摘 要：在牽引控制系統(tǒng)中，城軌車輛逆變器控制單元（DCU）充當(dāng)著整個(gè)系統(tǒng)逆變器模塊的控制中心，其的運(yùn)作狀況不僅直接關(guān)系著城市軌道車輛的使用壽命，還會(huì)影響著現(xiàn)代化交通系統(tǒng)的運(yùn)行。文章將對(duì)城軌車輛逆變器控制單元進(jìn)行簡要的了解，并對(duì)城軌車輛逆變器控制單元在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的故障進(jìn)行探討和分析，提出相應(yīng)的整體維修措施，完善城軌車輛逆變器控制單元的運(yùn)作系統(tǒng)，促進(jìn)城市軌道交通線路的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：城軌車輛逆變器控制單元；故障；維修

前言

隨著社會(huì)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于城市軌道交通的需求量逐漸增大，則作為城市軌道車輛系統(tǒng)核心部分的逆變器控制單元，面臨著更加嚴(yán)格和高水準(zhǔn)的要求。在這種情況下，如何防御和改善城軌車輛逆變器控制單元在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題和缺陷，已然成為城市軌道部門進(jìn)一步現(xiàn)代化建設(shè)的重要關(guān)卡。故本文將以城軌車輛逆變器控制單元的故障問題進(jìn)行重要解析，以此維護(hù)城市車輛的正常運(yùn)行，為城市軌道現(xiàn)代化運(yùn)行系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。

1 城軌車輛逆變器控制單元概述

1.1 車輛逆變器控制單元原理簡介

逆變器控制單元（DCU）在城市軌道系統(tǒng)中，發(fā)揮著輸入出信號(hào)處理、牽引制動(dòng)運(yùn)作的控制調(diào)節(jié)、診斷和測量速度等功能，直接影響城市軌道車輛的正常運(yùn)行。城市軌道逆變器控制單元（DCU）不是一個(gè)設(shè)備名稱，而是一個(gè)復(fù)雜的連鎖系統(tǒng)，包括著信息數(shù)據(jù)中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理、可編輯邏輯器（FPGA和CPED）及控制芯片，則在進(jìn)行逆變器控制單元（DCU）構(gòu)建設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到其每一路模擬和數(shù)字信號(hào)都符合科學(xué)邏輯，還注意在逆變器控制單元（DCU）發(fā)生故障后的故障處理，智能地根據(jù)故障類型不同選擇不同報(bào)警信息，為對(duì)逆變器控制單元（DCU）及時(shí)維護(hù)提供時(shí)間，減少由于故障因素造成的損失。

1.2 逆變器控制單元平臺(tái)搭建

簡易測試平臺(tái)的建立，是為逆變器控制單元（DCU）故障的分析、測量和故障類型提供強(qiáng)大的運(yùn)作后臺(tái)。簡易測試平臺(tái)有四部分組成：測試裝置輔助插頭（三個(gè)）、逆變器控制單元（DCU）、計(jì)算機(jī)和電源，三個(gè)測試裝置輔助插頭支持整個(gè)逆變器簡易測試品臺(tái)的運(yùn)作，為DCU提供各種電壓的工作電流，并通過可調(diào)電阻接連DCU邊溫度傳感器的個(gè)接入點(diǎn)，確保信息數(shù)據(jù)在逆變器控制單元（DCU）是否正常運(yùn)行下被正常處理。

2 城軌車輛逆變器控制單元故障問題及維修策略

2.1 電源類故障問題

由于城軌車輛逆變器控制單元（DCU）本身功能，就是將直流電流轉(zhuǎn)化成適合城市軌道車輛使用的交流電，則總電源的工作狀態(tài)就直接影響著逆變器控制單元（DCU）內(nèi)部板件的運(yùn)作情況。通常逆變器控制單元（DCU）電源類故障問題的緣由分為兩種，第一種原因是因?yàn)榭傠娫丛诒惠斎朐O(shè)備時(shí)，自動(dòng)對(duì)控制單元中的IC芯片進(jìn)行調(diào)整，而第二種故障原因是由于城市軌道車輛自身逆變器控制單元（DCU）質(zhì)量問題，造成總電源被輸入時(shí)發(fā)生電流電容擊穿DCU板件短路的現(xiàn)象。一旦在城軌車輛逆變器控制單元（DCU）運(yùn)行中出現(xiàn)電源類故障，DCU便會(huì)自動(dòng)進(jìn)入停止運(yùn)作狀態(tài)并封鎖逆變器中的，逆變脈沖，系統(tǒng)中高速斷路器被迫停止，造成逆變器設(shè)備徹底失靈，城市軌道車輛沒有電流支持，失去車輛牽引系統(tǒng)動(dòng)力，陷入癱瘓狀態(tài)，阻礙城市軌道交通的正常運(yùn)行。為快速發(fā)現(xiàn)電源類故障問題，城市軌道車輛管理部門一般采用直觀法和無電電阻法兩種方法。直觀法的步驟是較為簡單的，就是由檢修人員直接對(duì)車輛逆變器控制單元（DCU）的板件進(jìn)行檢查，觀察板件元器件是否有異?，F(xiàn)象，若并未發(fā)現(xiàn)任何異常，則進(jìn)行下一步無電電阻法，即利用一般的萬能電表中的某些電阻值被電容擊穿后有的特性，進(jìn)行對(duì)城軌車輛逆變器控制單元（DCU）的檢定和判斷。

2.2 LINE TRIP故障問題

兩個(gè)CPU控制信號(hào)分別控制NPN和MOSFETP形成兩條單獨(dú)線路，再與LINE TRIP繼電器連接共同組成LINE TRIP控制電路，而其中的LINE TRIP繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)的損壞是LINE TRIP故障的主要原因。若是LINE TRIP故障會(huì)造成城軌車輛系統(tǒng)中逆變器和高速斷路器無法連接，并且高速斷路器本身的開關(guān)失效，城市軌道車輛失去牽引動(dòng)力，影響城軌車輛的正常運(yùn)行。LINE TRIP故障的檢測：針對(duì)LINE TRIP繼電器線圈阻值的檢測，采用電阻法，即檢測在繼電器吸合后常開觸頭的阻值，若是大于等于0.5，則立即更換LINE TRIP繼電器；而對(duì)于驅(qū)動(dòng)部分電路的檢測，LINE TRIP故障檢測應(yīng)采用電壓法，若是繼電器線圈兩端并未存在電聯(lián)，則對(duì)LINE TRIP控制電路的兩條單獨(dú)電路進(jìn)行檢測，例：CPU控制信號(hào)是否能夠發(fā)出。

2.3 通信類問題

通信類問題，顧名思義即為逆變器控制單元（DCU）內(nèi)部信息數(shù)據(jù)無法進(jìn)行分析和處理，城市軌道系統(tǒng)無法及時(shí)對(duì)DCU系統(tǒng)和應(yīng)用軟件進(jìn)行操控，進(jìn)而引起城市軌道交通運(yùn)行的阻礙現(xiàn)象。通信電路（由通信收發(fā)芯片和隔離保護(hù)電路共同組成）中收發(fā)芯片是最容易發(fā)生故障的元器件，原本帶有隔離元件的收發(fā)芯片自身在實(shí)際應(yīng)用中的故障是很低的，但現(xiàn)代城軌部門中為方便DCU系統(tǒng)之間的設(shè)計(jì)和建設(shè)，大多數(shù)的收發(fā)芯片都是與外界設(shè)備直接連接，則在這種情況下，總電壓的靜電和瞬變電壓都容易對(duì)DCU造成影響和損壞。下面以一般城市軌道系統(tǒng)中對(duì)通信類問題檢測為例子進(jìn)行敘述，當(dāng)逆變器控制單元（DCU）無法進(jìn)行更新DCU操作系統(tǒng)和故障問題分析時(shí)，采用波形法檢測DCU轉(zhuǎn)化芯片信息數(shù)據(jù)的輸入出和光電隔離部分輸入出是否正常，進(jìn)而判斷出逆變器控制單元（DCU）通信板件中那些器件發(fā)生故障；對(duì)DCU芯片進(jìn)行故障的判斷可以利用電壓法，再結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)判斷是否進(jìn)行替換芯片測試。

2.4 電壓偏差過大問題

電壓偏差過大分為電壓正偏過大和電壓負(fù)偏過大兩種情況。逆變器控制單元（DCU）中斬波器的設(shè)置，是為了防止電壓偏大的第一種情況：電壓正偏過大現(xiàn)象的產(chǎn)生但由于斬波器被頻繁開啟，制動(dòng)電阻產(chǎn)熱增加進(jìn)而發(fā)生故障問題，DCU自動(dòng)切除電制動(dòng)，不僅造成城市軌道系統(tǒng)紊亂，還嚴(yán)重影響車輛的性能和壽命；而當(dāng)電壓負(fù)偏過大時(shí)，系統(tǒng)中的網(wǎng)壓和中間電壓差值過大，觸動(dòng)DCU系統(tǒng)硬件保護(hù)系統(tǒng)，封鎖牽引逆變脈沖，車輛牽引動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)閉，造成交通事故發(fā)生，綜上所述DCU板模擬數(shù)據(jù)采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的損壞是電壓偏差過大故障的原因。則針對(duì)電壓偏差故障的產(chǎn)生因素，可以采用無電電阻法和信號(hào)注入法進(jìn)行故障檢測：利用芯片與電源供電引腳和地之間的電阻值來判斷是否替換芯片，電壓表檢測輸出電壓和頻率計(jì)出頻率，同時(shí)連接計(jì)算器查看恒電流電壓變化。

3 結(jié)束語

逆變器控制單元（DCU）的核心電子板件被壟斷，給城市軌道部門增加了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力，則在這種情況下，總結(jié)逆變器控制單元（DCU）故障類型，完善城市車輛逆變器控制單元故障整體維修措施，不僅能夠?yàn)槠渌鞘熊壍儡囕v逆變器控制單元的故障維修，提供可參考案例和措施，還能加強(qiáng)城市軌道系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)城市軌道經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

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