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(jìn)步，城軌列車管理工作逐漸涵蓋了行車安全、行車狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速高效的故障排除等工作，使得管理工作變得越來(lái)越繁重。城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)涉及很多高新技術(shù)，如車體制造、轉(zhuǎn)向架、牽引驅(qū)動(dòng)、故障診斷等技術(shù)。其中，故障診斷技術(shù)是保障地鐵安全運(yùn)行的重要技術(shù)之一。其可以預(yù)測(cè)故障的發(fā)生，確定故障的原因，并提出維護(hù)建議以避免或減少故障的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】地鐵運(yùn)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(yùn)行過(guò)程中不可缺少的重要電氣元件。其主要任務(wù)是用于列車控制、客艙照明、空調(diào)、通風(fēng)和其他低壓電氣設(shè)備的低壓電源、電壓和功率。供電質(zhì)量和輔助供電系統(tǒng)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中，輔助逆變器如果發(fā)生嚴(yán)重故障，則會(huì)影響列車正常運(yùn)行，這是干擾列車正常運(yùn)行的重要因素之一。詳細(xì)研究輔助逆變器故障診斷系統(tǒng)對(duì)于保障城軌安全具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1逆變器診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1基于電流的故障診斷技術(shù)

針對(duì)基于電流的故障的診斷方法通常是利用相應(yīng)的技術(shù)診斷并進(jìn)行故障排除。首先測(cè)量當(dāng)前電流大小和繞組的尺寸，然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以進(jìn)行模式識(shí)別。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家在研究感應(yīng)電機(jī)逆變器故障時(shí)，主要采用電流測(cè)量方法。比如常見(jiàn)的：簡(jiǎn)單恒流法、電流矢量路徑斜率法、電流矢量軌跡質(zhì)心法等。

1.2基于電壓的故障診斷技術(shù)

逆變器的性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)是否安全可靠地運(yùn)行。同時(shí)，功率開(kāi)關(guān)器件非常容易損壞，研究人員需要及時(shí)關(guān)注關(guān)注逆變器保護(hù)和故障診斷。診斷逆變器故障已成為一個(gè)研究問(wèn)題，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中的其他功率設(shè)備出現(xiàn)故障，在幾毫秒內(nèi)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(tǒng)中使用電流傳感器并需要特定的軟件算法。診斷時(shí)間往往是多個(gè)主波周期，容易受到噪聲和干擾等因素的影響?；陔妷旱脑\斷方法結(jié)合逆變器電壓模型使用逆變器電壓測(cè)量來(lái)提供有關(guān)故障的信息。診斷時(shí)間短，負(fù)載與控制策略無(wú)關(guān)，可靠性高。城軌輔助逆變器是電力系統(tǒng)的一部分。主要為空調(diào)、通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、電暖器、室內(nèi)照明等輔助交流負(fù)載提供穩(wěn)定的三相380V、50Hz交流電源。城軌運(yùn)行過(guò)程中，輔助逆變器嚴(yán)重故障會(huì)直接影響列車正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)異步電動(dòng)機(jī)逆變器故障問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)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(tǒng)的重要組成部分。如何利用現(xiàn)有逆變器診斷方法創(chuàng)建故障自動(dòng)檢測(cè)診斷系統(tǒng)，有效診斷輔助逆變器故障是其難點(diǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)現(xiàn)象出現(xiàn)。濾波電容器和濾波電抗器可以減少電路瞬變和諧波對(duì)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(jī)理

低電流半導(dǎo)體器件故障：逆變器使用大量低電流半導(dǎo)體器件。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，整體系統(tǒng)性能將下降或系統(tǒng)功能將完全喪失。半導(dǎo)體器件失效的原因之一是器件本身固有的可靠性。半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)可靠性技術(shù)的深入研究，大大提高了半導(dǎo)體器件的可靠性。逆變器運(yùn)行條件、裝配條件、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境等外部因素引起的故障是逆變器半導(dǎo)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(guò)壓、除靜電、除機(jī)械過(guò)載、除溫等。

功率半導(dǎo)體失效。逆變器在具有高電壓浪涌的環(huán)境中運(yùn)行。功率半導(dǎo)體器件故障時(shí)逆變器故障的主要原因，人們?cè)谠O(shè)計(jì)上對(duì)器件保護(hù)措施缺乏了解會(huì)導(dǎo)致功率半導(dǎo)體器件進(jìn)一步失效。

電容損壞。逆變器內(nèi)部有一個(gè)鋁電解電容，具有穩(wěn)壓作用。經(jīng)驗(yàn)表明，該電容器是最常見(jiàn)的受損組件之一。鋁電解電容器的工作介質(zhì)是通過(guò)電化學(xué)方法在金屬鋁表面形成一層致密的氧化鋁薄膜，它與內(nèi)部的金屬鋁結(jié)合形成一個(gè)整體，稱為陽(yáng)極。電容器在工作過(guò)程中氧化膜被破壞，但在電極開(kāi)始反應(yīng)后，它可以自然修復(fù)損壞。但是，在一定條件下，如果氧化物破壞速度超過(guò)自愈速度，則氧化物會(huì)恢復(fù)得太慢，導(dǎo)致在標(biāo)稱電壓下氧化物被破壞。在極端情況下，電容器可能會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞甚至爆炸。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)地鐵車輛輔助逆變器原理進(jìn)行分析以及對(duì)其典型故障及失效原理進(jìn)行闡述，不難看出，當(dāng)?shù)罔F車輛輔助逆變器在出現(xiàn)故障時(shí)，地鐵車輛的正常運(yùn)輸將受到嚴(yán)重影響。因此，維修人員在進(jìn)行地鐵車輛的日常維護(hù)同時(shí)也應(yīng)當(dāng)關(guān)注輔助逆變器等系統(tǒng)組件的工作狀況，及時(shí)更換老化元器件，避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，從而保證地鐵列車正常運(yùn)行。

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