DC600V供電客車(chē)逆變電源常見(jiàn)故障及處理措施

摘 要：本文介紹了DC600V供電客車(chē)逆變器及逆變器故障的分類(lèi)，梳理了逆變器常見(jiàn)故障的幾種類(lèi)型，并針對(duì)幾種常見(jiàn)故障提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：逆變器 逆變器故障 改進(jìn)措施

Common Faults and Treatment Measures of Inverter Power Supply for DC600V Power Supply Passenger Cars

Zhu Yali

Abstract：This article introduces the classification of inverters and inverter faults of DC600V power supply buses， sorts out several types of common inverter faults， and proposes corresponding improvement measures for several common faults.

Key words：inverter， inverter failure， improvement measures

1 引言

伴隨著我國(guó)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，近年來(lái)，一些電器設(shè)備的電源不再使用電網(wǎng)直接提供的交流電，而是將電網(wǎng)提供的交流電進(jìn)行變換后再提供給設(shè)備使用。利用逆變電路與整流電路對(duì)電網(wǎng)提供的電源進(jìn)行變換就是電源轉(zhuǎn)換的過(guò)程，這其中最重要的一個(gè)流程就是通過(guò)逆變電路變換。

逆變電源作為一種電能變換器，它利用開(kāi)關(guān)控制轉(zhuǎn)換方式把輸入的直流或者交流電，轉(zhuǎn)換為電壓和頻率都比較穩(wěn)定的交流電輸出[1]。

隨著我們鐵路客車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，車(chē)種車(chē)型的更新?lián)Q代。目前，我們國(guó)家空調(diào)旅客列車(chē)的供電供電方式，采用分散變流、集中供電。當(dāng)旅客列車(chē)運(yùn)行在電氣化的鐵路區(qū)段時(shí)，機(jī)車(chē)上的變流設(shè)備把由受電弓從接觸網(wǎng)上引入的25KV、50HZ的交流電進(jìn)行變壓整流后輸出DC600V直流電，然后利用機(jī)車(chē)車(chē)輛上的兩路DC600電力連接線(xiàn)向所有旅客列車(chē)車(chē)廂供電，電源送到每一節(jié)車(chē)廂后，再由每節(jié)車(chē)的逆變器把DC600V直流電變換為AC380V、50HZ交流電輸出，從而讓旅客列車(chē)車(chē)廂里的電茶爐、電暖器、空調(diào)等設(shè)備正常工作。而經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換后輸出的電源會(huì)影響列車(chē)上許多用電器的性能，所以逆變器時(shí)確保旅客列車(chē)正常運(yùn)行的重要設(shè)備。

2 逆變器

2.1 逆變器的種類(lèi)

伴隨著逆變器的廣泛使用，它的種類(lèi)也是越來(lái)越多，分類(lèi)也是越來(lái)越細(xì)，目前使用最廣泛的由以下幾種：

（1）根據(jù)不同類(lèi)型的輸入電源，逆變器可分為電壓型以及電流型兩種。

（2）根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的電路，逆變器可分為全橋、半橋以及推挽式三種。

（3）根據(jù)不同類(lèi)型的開(kāi)關(guān)管，逆變器可分為門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、晶閘管、功率場(chǎng)效應(yīng)管以及絕緣柵晶體管四種。

（4）根據(jù)不同性質(zhì)的開(kāi)關(guān)器件，逆變器可分為硬開(kāi)關(guān)、軟開(kāi)關(guān)以及諧振式三種。

（5）根據(jù)不同方式的頻率轉(zhuǎn)化，逆變器可分為中頻、高頻以及工頻三種。

（6）根據(jù)輸出去向的不同，逆變器可分為有源及無(wú)緣兩種。

（7）根據(jù)能否相互轉(zhuǎn)化輸入輸出，逆變器可分為單項(xiàng)和雙向兩種。

（8）根據(jù)不同的相數(shù)的輸出波形，逆變器可分為三相、多向以及單項(xiàng)三種。

（9）根據(jù)輸出電壓電平的不同，逆變器可分為二電平以及多電平兩種。

（10）根據(jù)不同的輸出電壓波形，逆變器可分為正弦波以及非正弦波兩種，其中正弦波逆變器的市場(chǎng)價(jià)格比較高，可它的性能比較好可以用于不同的載荷[2]。

2.2 逆變器常見(jiàn)故障的種類(lèi)

（1）根據(jù)故障發(fā)生的時(shí)間過(guò)程分，可分為突發(fā)和漸進(jìn)故障兩類(lèi)。

突發(fā)故障的產(chǎn)生具有隨機(jī)性，這類(lèi)故障的發(fā)生提前是不能被測(cè)試和預(yù)測(cè)到的。漸進(jìn)故障的發(fā)生時(shí)由于逆變器上一些電器原件性能的變化所產(chǎn)生的，這類(lèi)故障一般情況下時(shí)可以提前發(fā)現(xiàn)的。

（2）根據(jù)故障存在的時(shí)間長(zhǎng)度分，可分為永久性和間歇性?xún)煞N。

間歇性的故障指的是逆變器輸出的電壓在比較短的時(shí)間內(nèi)超出了規(guī)定的界限。突發(fā)性的故障指的是逆變器輸出的電壓在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)超出了規(guī)定的界限。

（3）根據(jù)故障所顯現(xiàn)的狀況分，可分為功能性和潛在性故障。

功能性故障指的是逆變器的功能輸出超出了規(guī)定的范圍或者逆變器的功能已經(jīng)完全沒(méi)有了，例如TGBT原件燒損。潛在性故障是指逆變器的功能輸出正常，但附加輸出已出現(xiàn)顯性表現(xiàn)，例如輸出的諧波含量有所變大等。

（4）根據(jù)故障產(chǎn)生的原因來(lái)看，可分為內(nèi)部和外部故障兩種。

內(nèi)部故障是指逆變器本身的元器件或者元器件之間關(guān)聯(lián)邏輯出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致的。外部故障則是指逆變器的輸入發(fā)生問(wèn)題而導(dǎo)致的[3]。

3 逆變器常見(jiàn)故障及原因分析

3.1 逆變器短路導(dǎo)致逆變器燒損故障

一般情況下，在下雨天或者下雪天逆變電源裝置比較容易由于內(nèi)部電路短路的問(wèn)題而導(dǎo)致逆變器燒損的故障。究其原因，主要有下面幾點(diǎn)：

（1）用來(lái)散熱的風(fēng)道底部和電器柜之間采用了點(diǎn)焊，而當(dāng)散熱風(fēng)道的出口和列車(chē)的前進(jìn)方向一致的時(shí)候，列車(chē)在前進(jìn)過(guò)程中所卷起的雨雪就可能通過(guò)散熱風(fēng)道出口處或者焊縫處進(jìn)入到逆變器電器柜中，從而導(dǎo)致逆變器故障的發(fā)生。

（2）另外，有些逆變器的箱門(mén)會(huì)因?yàn)槊芊獠粐?yán)而導(dǎo)致箱門(mén)處有縫隙，也有可能會(huì)使得了雨雪進(jìn)入到逆變箱的內(nèi)部，從而導(dǎo)致逆變器故障的發(fā)生。

（3）除過(guò)以上兩個(gè)原因之外，有些車(chē)上也有可能在雨雪融化時(shí)通過(guò)箱體上部焊縫的砂眼處把融化的雨水滲入到逆變箱的內(nèi)部，從而導(dǎo)致逆變器故障的發(fā)生。

3.2 充電電阻排燒損故障

逆變器工作的額定輸入電壓是DC600V，過(guò)壓保護(hù)是DC720V，負(fù)壓保護(hù)是DC500V。當(dāng)關(guān)上逆變器的控制開(kāi)關(guān)之后，接觸器KM1會(huì)吸合，若輸入的電壓在DC500V到DC720V之間的時(shí)候，通過(guò)充電電阻排 R1對(duì)電容進(jìn)行充電，而這個(gè)充電電阻排采用的是阻值為150Ω的繞線(xiàn)電阻，共20只，利用每10個(gè)并聯(lián)然后再進(jìn)行串聯(lián)組成，阻值是30Ω。而在充電完成以后，逆變器的主控板會(huì)發(fā)出指令，此時(shí)，接觸器KM2吸合，逆變器開(kāi)始動(dòng)作，最終輸出三相交流電。而如果機(jī)車(chē)供電異常且電壓波動(dòng)比較大的時(shí)候，則接觸器KM2不吸合，此時(shí)，母線(xiàn)會(huì)重復(fù)給充電電阻排充電，這樣便容易造成充電電阻排發(fā)熱燒損，而燒損之后逆變器會(huì)發(fā)生沒(méi)有辦法恢復(fù)的故障，與此同時(shí)，繞線(xiàn)電阻表面的漆包線(xiàn)會(huì)碳化，而最終則會(huì)導(dǎo)致逆變器主回路的電氣元件出現(xiàn)絕緣不好的故障。

3.3 電容及功率模塊IPM燒損

DC600V的直供電列車(chē)是機(jī)車(chē)通過(guò)車(chē)頂受電弓從接觸網(wǎng)上取得電再經(jīng)過(guò)變壓整流以后向車(chē)輛提供電源的，而供電的機(jī)車(chē)一般為SS7E以及55型。電容及功率模塊IPM的燒損則是因?yàn)樵陔娖骰蔫F路區(qū)段，接觸網(wǎng)每間隔一定的距離就會(huì)有一個(gè)無(wú)電區(qū)，也就是常說(shuō)的分相區(qū)，通過(guò)調(diào)研，機(jī)車(chē)在通過(guò)分相區(qū)的時(shí)候，一段都會(huì)出現(xiàn)脈沖電壓比較高的情況，如果有這種情況發(fā)生，則機(jī)車(chē)在通過(guò)分相區(qū)后，受電弓取電的瞬間如果脈沖電壓較高，就會(huì)對(duì)逆變器電源箱中的元器件帶來(lái)?yè)p傷，如果這樣的現(xiàn)象高頻發(fā)生，就會(huì)使得逆變器出現(xiàn)故障。并且，通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)通過(guò)分相區(qū)時(shí)供電電壓等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)車(chē)通過(guò)分相區(qū)時(shí)，電壓之所以過(guò)高是因?yàn)榱泄r(shí)間特別短而導(dǎo)致的，列供時(shí)間則指的是列車(chē)到分相區(qū)沒(méi)有電到過(guò)分相區(qū)之后有了點(diǎn)的這段時(shí)間。反之，如果機(jī)車(chē)在過(guò)分相區(qū)時(shí)輸入電壓是正常的，則不會(huì)對(duì)逆變電源造成損傷，從而一般不會(huì)產(chǎn)生故障[4]。

4 針對(duì)逆變器常見(jiàn)故障采取的處理措施

4.1 針對(duì)逆變器短路故障造成逆變器燒損故障的處理措施

針對(duì)逆變電源箱體內(nèi)部進(jìn)入雨雪后導(dǎo)致逆變器短路的問(wèn)題。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)雨雪是通過(guò)逆變器箱體上的散熱風(fēng)道進(jìn)入的，考慮到夏季散熱需求比較大，其他季節(jié)散熱需求小。因此可以在冬季的時(shí)候把散熱風(fēng)道進(jìn)行臨時(shí)的封堵，并且在每年的春整和秋整中，還需要組織對(duì)逆變箱門(mén)的密封狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有密封條變形、損壞、老化等問(wèn)題時(shí)，要立即進(jìn)行更換，如果是進(jìn)行段修則要對(duì)密封條全數(shù)進(jìn)行換新，同時(shí)，還要在箱門(mén)的周?chē)可厦芊饽z，從源頭上防止雨雪通過(guò)箱門(mén)進(jìn)入箱體使得逆變器發(fā)生短路而損壞逆變電源。

4.2 針對(duì)充電電阻排燒損故障的處理措施

針對(duì)充電電阻排燒損以后易導(dǎo)致電器絕緣的故障?？梢酝ㄟ^(guò)改變電阻類(lèi)型來(lái)處理，通過(guò)測(cè)試分析，電阻排的電阻可以用陶瓷電阻替代繞線(xiàn)式電阻，并且要把每只150Ω的電阻更換為30Ω的，但還是采用10只并聯(lián)后再串聯(lián)的方式連接，串聯(lián)以后R1的電阻值為60Ω，這樣就能有效防止電阻排燒損問(wèn)題發(fā)生。

4.3 針對(duì)電容及功率模塊IPM燒損故障的處理措施

針對(duì)電容及功率模塊IPM燒損的故障，可以通過(guò)在充電電容和功率模塊IPM之間增加絕緣隔板的方法來(lái)處理，同時(shí)，在加裝上隔板后還要再隔板接縫的地方涂上密封膠，通過(guò)分析，這樣可以有效的防止充電電容再裂開(kāi)或者是炸裂時(shí)電解液飛濺到IPM內(nèi)部，從而杜絕IPM燒損問(wèn)題發(fā)生[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在春秋冬季封堵逆變器散熱風(fēng)道和箱門(mén)、改變電阻排的電阻類(lèi)型以及在充電電容和功率模塊間增加絕緣隔壁并且涂密封膠等方法，有效降低了逆變器的故障，切實(shí)提高了逆變電源工作的穩(wěn)定性和可靠性。

基金資助：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020年度立項(xiàng)課題：正弦波逆變電源加載試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)（XTZY20G02）。

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作者簡(jiǎn)介

朱亞利：（1989—），女，碩士，助教，主要從事鐵道車(chē)輛方面的研究。