地铁列车牵引逆变器测试系统及方法与制作流程

地铁电客车牵引系统工作原理及其逆变模块的检测研究作者：吴炳娇来源：《卷宗》2015年第07期摘要：本文以地铁列车牵引系统的电能变换设备为背景，根据基于PWM控制的逆变原理，将在列车牵引系统中得到应用的牵引逆变器的PIM1模块，在实际中通过模拟输入、控制信号及其设备工作电源，进行相应的实验，实验结果表明PIM1模块能实现逆变，该试验条件下的电源信号以及控制脉冲能够满足列车牵引逆变系统的检测实验，因此可以通过此设备以及试验条件实现对PIM1模块的检修，检测其功能的好坏，为以后进行进一步试验及其研究奠定了基础。

关键词：牵引系统；PIM1模块；逆变；控制脉冲1 引言牵引系统作为列车运行的重要环节，在列车运行过程中承担着列车能否运行的重任。

列车牵引系统根据结构和功能分为两大模块，PIM1模块和PIM2模块，PIM1模块用于列车牵引以及回馈制动时使用，PIM2模块则用于列车进行电阻制动时。

本文首先对牵引系统与高压的连接以及预逆变过程进行了简单以及原理上的介绍，并针对PIM1的逆变功能展开试验研究，模拟在其进行逆变过程中的控制电源以及供电电源，提供PIM1模块的工作试验条件，并在此试验条件下对输出进行相应的检测。

2 牵引逆变系统线路的工作原理牵引逆变器系统工作主要过程及其各个关键部件的作用介绍如下。

牵引逆变器箱与外界进行连接、实现预电能变换的连线如图1所示。

1500V的直流电压，经过浪涌吸收器后接地，然后两个主熔断器，MF1和MF2，MF1是保护本车的牵引箱，MF2是保护另一个本单元动车的牵引箱设备。

IESS箱里的高压供应开关HVSS有几个档位，分别是：接地位，车间电源位，受电弓位。

接受电弓就是在这个位置，如果是车间电源位则是：由W到了A位，直接不用经过AD二极管，只给辅助逆变器和高压列车线供电，并经过牵引箱，直接供给A车的辅助逆变器和高压列车线。

如果有受电弓，则一路经过二极管到达M4，I经过一个保护二极管，其作用是使输入到列车母线上的电不能本牵引箱，即当一个受电弓不能工作时，另一个受电弓电不能给本车的牵引箱供电。

苏州地铁1号线牵引逆变器负载测试台设计与研发苏州地铁1号线牵引逆变器是地铁1号线列车牵引传动系统的关键部件之一，是为地铁车辆提供动力输出的核心部件。

牵引逆变器在车辆运行的过程中一直在停止和工作状态间频繁的切换，地铁车辆的运行环境复杂多样，故障的出现在所难免。

牵引逆变器故障不仅会打乱地铁正常运行秩序，还会给乘客造成不便。

根据其运行特点研究设计了一种牵引逆变器测试台。

该测试台通过其工作过程的控制逻辑，对车辆系统牵引逆变器的功能进行测试，以判断其功能是否正常以及相应的故障情况。

使用该测试台可实现牵引逆变控制器的功能快速检测和故障快速识别，满足牵引逆变器功能测试和故障检测等大修需求。

标签：牵引逆变器；测试平台；故障检测牵引逆变器在城市轨道交通车辆系统的牵引系统中得到广泛应用，在长期使用过程中，其运行故障不断发生，根据定期维保的要求，很多城市的轨道交通车辆系统都将进入大修周期，车辆系统的牵引逆变器系统面临着功能测试复杂、故障诊断难度大、设备器件更换成本高等问题。

当车辆的运营里程进入70万公里之后，列车牵引逆变器就进入了故障高发期。

而且由于使用进口牵引系统核心设备的原因，这些设备一旦损坏必须返回欧洲修理，以此带来的问题就是返修需要74 周的时间，维修费用昂贵、周期漫长。

因此如何对维修后的设备进行有效的检测更是重中之重。

传统的检测方法需将牵引逆变器安装到动车上，采用实际运行的方法检测，占用了大量线路试验时间，为城市轨道交通车辆系统的正常运行和大修保障带来了很大难题。

本文设计了一种牵引逆变器负载测试台来完成模块各种技术指标的测试和模块故障的复现和定位。

本平台主要是针对苏州地铁1号线的牵引逆变器模块的高压隔离电源板、IGBT 驱动板等电路板进行测试和调试。

测试平台采集板卡组件中关键信号，并结合控制单元输出信号来评估和测试板级性能和工作状态。

1牵引逆变器概述苏州地铁1号线的牵引系统为微机矢量控制的变频变压（VVVF）三相异步交流传动系统，逆变器与牵引电机的配置为1C2M方式，具有牵引、再生制动、电阻制动功能。

地铁车辆主牵引逆变器及测试
1 概述
上海地铁三号线的AC03 型电动列车，是于21 世纪初引进的，由法国ALSTOM 公司制造的交流传动车辆，其主牵引逆变器是采用1 200 A/3 300 V IGBT模块构成的，主电路的构成如图1所示。

AC03 型电动车主牵引逆变器电路结构与其他进口的交流传动车辆基本相似，但区别是在OV与地之间安装了一种低感的干式金属膜滤波电容，电容参数是6.8 滋F/640 V，以减弱高频辐射的电磁干扰(EMI)。

图1 中的PIM1 是牵引逆变器的三相IGBT逆变器模块，型号为ONIX 1500 IGBT，外形结构如图2 所示，上部为滤波电容，滤波电感安装在逆变器箱体内;中部是控制电路与驱动电路;下部为IGBT模块及底座散热器。

 
图1 中的PIM2 为制动斩波模块，用于电制动状态下能量不能反馈给电网时，通过PIM2 将制动能量消耗在制动电阻上。

制动斩波模块与逆变。

牵引供电系统的监控测试系统的设计及应用方案为了减少制动能量在列车制动电阻上的耗散，抑制地铁隧道内温度的升高和减少车载设备，国外一般在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置。

设置再生制动能量吸收装置的供电系统区别于传统的二极管不控整流供电系统，又被称为城市轨道交通新型供电系统。

新型牵引供电系统的结构由若干整流器单元多重化并联组成。

采用这种结构方式，可以提高系统的供电质量，同时供电装置扩容容易，并可以提供一定的冗余性。

另外其直流侧的制动能量可以回馈到交流电网，交流侧功率因数可调，并且直流侧的输出特性完全可控。

为了保障供电系统调试及运行的正常，要求对供电系统动态过程中的各电气参量、温度值及开关量等进行测量、传输、显示、存储及故障诊断，方便用户观察数据、分析数据。

而目前测量电参数主要依靠示波器、电压表、电流表以及万用表等仪表装置，这些仪表会影响PWM整流器的正常运行、威胁技术人员人身安全、使调试过程复杂化等，急需开发一种新的技术来代替传统的测量仪器。

此外，为方便设计人员调试修改供电系统底层程序，需要设计控制系统，实现与主控板的数据通讯。

为了解决以上问题，本文研究了新型供电系统的监控要求，以PWM整流器子系统为监控对象，设计了包含监测子系统和控制子系统的监控试验平台。

1监控系统方案根据系统的设计要求、考虑到设计人员和使用人员的应用层次不同，本文设计的新型能馈式牵引供电系统的监控系统主要分为两个部分，即监测子系统和控制子系统，如图1所示。

由图1可知，本监测控制系统的主要由监测子系统和控制子系统构成，其中监测子系统又包括下位机系统和上位机系统，控制子系统主要通过设计控制器实现。

新型能馈式牵引供电系统监控结构图如图2所示。

1．1监测子系统研究新型能馈式牵引供电系统监测子系统的示意图如图3所示，监测子系统由下位机系统和上位机系统构成。

1．1．1监控子系统的下位机系统研究监测子系统的下位机系统主要由多路传感器、信号调理板、监测板以及网络通信传输单元构成。

苏州地铁1号线牵引逆变器负载测试台设计与研发作者：刘洋来源：《名城绘》2018年第08期摘要：苏州地铁1号线牵引逆变器是地铁1号线列车牵引传动系统的关键部件之一，是为地铁车辆提供动力输出的核心部件。

牵引逆变器在车辆运行的过程中一直在停止和工作状态间频繁的切换，地铁车辆的运行环境复杂多样，故障的出现在所难免。

牵引逆变器故障不仅会打乱地铁正常运行秩序，还会给乘客造成不便。

根据其运行特点研究设计了一种牵引逆变器测试台。

该测试台通过其工作过程的控制逻辑，对车辆系统牵引逆变器的功能进行测试，以判断其功能是否正常以及相应的故障情况。

使用该测试台可实现牵引逆变控制器的功能快速检测和故障快速识别，满足牵引逆变器功能测试和故障检测等大修需求。

关键词：牵引逆变器；测试平台；故障检测牵引逆变器在城市轨道交通车辆系统的牵引系统中得到广泛应用，在长期使用过程中，其运行故障不断发生，根据定期维保的要求，很多城市的轨道交通车辆系统都将进入大修周期，车辆系统的牵引逆变器系统面临着功能测试复杂、故障诊断难度大、设备器件更换成本高等问题。

当车辆的运营里程进入 70万公里之后，列车牵引逆变器就进入了故障高发期。

而且由于使用进口牵引系统核心设备的原因，这些设备一旦损坏必须返回欧洲修理，以此带来的问题就是返修需要 74 周的时间，维修费用昂贵、周期漫长。

因此如何对维修后的设备进行有效的检测更是重中之重。

传统的检测方法需将牵引逆变器安装到动车上，采用实际运行的方法检测，占用了大量线路试验时间，为城市轨道交通车辆系统的正常运行和大修保障带来了很大难题。

本文设计了一种牵引逆变器负载测试台来完成模块各种技术指标的测试和模块故障的复现和定位。

本平台主要是针对苏州地铁1号线的牵引逆变器模块的高压隔离电源板、IGBT 驱动板等电路板进行测试和调试。

测试平台采集板卡组件中关键信号，并结合控制单元输出信号来评估和测试板级性能和工作状态。

1牵引逆变器概述苏州地铁1号线的牵引系统为微机矢量控制的变频变压（VVVF）三相异步交流传动系统，逆变器与牵引电机的配置为1C2M方式，具有牵引、再生制动、电阻制动功能。

牵引逆变器工作原理一、简介牵引逆变器是一种用于牵引机车和火车的电力传动系统的关键组件，它将电网提供的交流电能转换为适合电动机的直流电能，从而驱动电动机运行。

在铁路运输领域，牵引逆变器的稳定工作和高效性能对保障列车的运行安全和乘客的乘车舒适性起着至关重要的作用。

以下将从牵引逆变器的工作原理、构成要素、工作过程等方面展开详细解析。

二、工作原理牵引逆变器的工作原理主要是通过电子器件将输入的交流电转换为输出的直流电，然后再将直流电转换为可变的交流电以驱动电动机。

整个工作过程主要包括三个阶段：整流、中间直流环节和逆变。

1. 整流在牵引逆变器中，首先需要将交流电转换为直流电。

这一过程就是整流过程，主要通过整流桥来实现。

当交流电进入整流桥时，通过交叉导通的方式使得交流电能转变为相对稳定的直流电。

在这一过程中，交流电的频率被转换为了直流电的频率，同时交流电的峰值被修整为了相对平稳的直流电。

2. 中间直流环节在整流后，得到的直流电经过中间电容或者中间电感器件进行贮能和滤波，保证直流侧电压的平稳输出，同时降低直流侧的波动。

3. 逆变在接下来的逆变过程中，直流电通过逆变器中的电子开关器件被转换为可变的交流电。

这里的电子开关器件主要是指晶闸管、波形软开关管、IGBT（绝缘栅双极型晶闸管）等元件。

通过控制这些开关器件的通断状态，可调变换输出的交流电频率和幅值，从而精确驱动电动机的旋转速度和扭矩，实现牵引系统的精准控制。

三、构成要素牵引逆变器的主要构成要素包括整流部分、电容、电感、逆变部分和控制系统。

1. 整流部分整流部分包括整流桥等整流器件，用于将交流电转换为直流电。

2. 电容和电感电容用于在直流侧贮存电能和减小直流侧的脉动，而电感则用于平滑直流电侧的电流，同时减小电流的脉动。

3. 逆变部分逆变部分由电子开关器件组成，主要用于将直流电转换为可变的交流电。

4. 控制系统控制系统是牵引逆变器中的核心，通过智能控制算法实现对逆变过程的精准控制。

毕业设计(论文)CRH3动车组牵引逆变器设计及其PWM控制算法分析第一章绪论本章作为引言，主要介绍了动车组概念及组成，逆变技术的发展过程及现状，最后简要归纳了本课题的研究任务并对文章安排做了简要介。

1.1 动车组1.1.1 动车组概念及组成“动车组”这个词流行之前，同样的事物也被称做“列车组”、“机车组”等，“动车组”其实是个非常简单的概念。

动车组是按动力分布方式而命名的，其实就是动力分散式列车。

动力集中式列车的牵引力是机头产生，动力集中于一侧。

具有牵引力的动车与无动力的拖车再加上机头，三者组合称为动车的组合，简称动车组。

把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆便叫做动车。

而动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组，就是动车组。

带动力的车辆叫动车，不带动力的车辆叫拖车。

此外有“狭义动车组”一说，英文名为“MU”，全称“Multiple Units”，意为“单元式组合列车”。

“单元”是这种列车中最突出和最核心的概念。

“单元”指若干车辆以特定方式连挂以实现特定功能的编组。

而当这样的编组中一节车也不能再缩减时，称做“最小单元”。

某些情况下，单元内会有可以摘除冗余车辆，但多数情况下单元就是最小单元。

最小单元一旦被拆散，该单元用以实现的功能将消失，或者不再完整。

在比较罕见的情况下，单节车也可以成为单元。

为方便进一步描述，可以按照以下方式划分单元：1. 制动单元。

2. 自走单元。

3. 随走单元。

4. 运营单元。

5. 特殊单元动车组的组成，有多种方式：①由两节或两节以上的动车联挂组成。

②一节动车和一节或数节无动力的附挂车组成，尾部附挂车的末端设有驾驶台。

③两端为动车，中间连接一节或数节无动力的附挂车。

④两端为动车，中间连接多节附挂车，但与动车相邻的附挂车中靠近动车的转向架是驱动转向架，另一动车组列车[1]转向架为无动力的关节式转向架，其他附挂车的转向架均为无动力的关节式转向架。

轨道交通高速列车牵引逆变器设计与控制研究随着城市化进程不断加快，公共交通成为城市内部物流的重要一环。

而轨道交通作为城市公共交通的一种重要方式，未来的发展趋势必然是高速、高效、安全以及环保。

因此，在轨道交通领域中，高速列车的牵引逆变器设计与控制技术显得尤为重要。

一、高速列车牵引逆变器的设计1.1 主要功能高速列车牵引逆变器是一种将直流电转换成交流电的电子设备，其主要作用是将集电线或者电触网上的直流电转化为高功率交流电用于驱动列车牵引马达。

因此，逆变器的性能直接影响到列车运行的效率、能耗和安全。

1.2 设计要求在通常的设计中，高速列车牵引逆变器的主要设计目标是实现高效率、高可靠性和低成本的平衡点。

在设计过程中需要考虑以下几个因素：（1）高效：提高逆变器的转换效率，减小功率和能耗损失。

（2）高可靠性：降低故障率，提高系统的使用寿命和可靠性。

（3）低成本：降低器件成本，提高系统性价比。

1.3 设计方案在实际的设计中，高速列车牵引逆变器的设计可以采用多种不同的方案，具体的选择需要依据具体的设计需求和要求。

目前主要的设计方案有：（1）基于 IGCT 模块的电压源型逆变器。

（2）基于 IGBT 模块的电压源型逆变器。

（3）基于 SiC 模块的电压源型逆变器。

1.4 设计优化针对不同设计方案，在实际应用过程中需要进行不断的优化，以达到更好的性能指标。

现在主要的优化方向和方法有：（1）降低逆变器损耗。

（2）提高逆变器的工作效率。

（3）优化系统控制策略，实现更好的控制性能。

（4）优化系统结构，提高系统可靠性。

二、高速列车牵引逆变器的控制研究2.1 控制方案高速列车牵引逆变器的性能不仅与硬件设计相关，同样重要的是控制方案的优化。

在实际控制过程中，主要考虑以下几个因素：（1）牵引系统稳定性：通过控制电流和电压，保证牵引系统的稳定性。

（2）高效能性：对于不同的工作模式，控制逆变器输出功率和容量，实现高效能运行。

（3）高精度性和高可靠性：通过控制系统的精度，保证牵引系统的可靠性和安全性。

地铁列车牵引逆变器测试系统及方法与制作流程一种地铁列车牵引逆变器测试系统及方法，包括针对地铁列车的牵引逆变器的地铁列车辅助逆变器模块的离线测试装置的上位PC机和下位机；下位机将状态消息发送到PC机，所述PC 机把状态消息通过无线网传递到备份终端进行贮存而备份，所述备份终端能够是笔记本电脑，所述备份终端通过无线网与该PC机通信连接，所述无线网能够是3G网或者4G网。

所述PC机把状态消息传递到备份终端的方式是所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端；结合其它的结构和方法有效避免了现有技术中不利于PC机认定来回耗时的正确性、后面的PC机传递消息报文的个数增加不快、减小了消息报文的传递速度的缺陷。

权利要求书1.一种地铁列车牵引逆变器测试系统，包括针对地铁列车的牵引逆变器的地铁列车辅助逆变器模块的离线测试装置的上位PC机和下位机；其特征在于，下位机将状态消息发送到PC机，所述PC机把状态消息通过无线网传递到备份终端进行贮存而备份，所述备份终端能够是笔记本电脑，所述备份终端通过无线网与该PC 机通信连接，所述无线网能够是3G网或者4G网。

2.一种地铁列车牵引逆变器测试系统的方法，其特征在于，所述PC机把状态消息传递到备份终端的方式是所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端，所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端的方法包括如下步骤：步骤A-1：备份终端收受PC机传递的消息报文；在该方法里，起初经备份终端构造与所述PC机间的链接，朝PC 机要求链接通信中的消息报文，所述PC机与备份终端间构造链接后，就依照所述链接通信里每个要传递的消息报文的次序，朝备份终端传递所述链接通信里的每个消息报文；所述PC机以低速运用的方式朝备份终端传递所述链接通信里的每个消息报文，也就是，首次朝备份终端传递所述链接通信里的消息报文之际，仅朝备份终端传递所述链接通信里的首个消息报文，在收受到备份终端返回的回馈消息后，凭借收受到所述回馈消息的时点与传递相应消息报文的时点，认定PC机至备份终端的来回耗时，接着凭借认定的来回耗时配置阻滞限定值，也就是，后一次要朝备份终端传递的所述链接通信里的消息报文的个数的值；步骤A-2：认定所述消息报文所隶归的链接通信；所述备份终端在收受到一消息报文后，能凭借所述消息报文里具有的识别消息，认定所述消息报文所隶归的链接通信；步骤A-3：认定所述消息报文是不是是认定的所述链接通信里的首个消息报文，如果是，就转到步骤A-4里进行，如果不是，就转到步骤A-5里进行；步骤A-4：朝所述PC机回传回馈消息。