城轨车辆辅助逆变电路

城轨车辆辅助逆变电路目录第1章引言 (1)第2章城轨车辆辅助逆变电路工作原理 (2)2.1城轨车辆辅助逆变电路基本组成 (2)2.2工作原理 (2)第3章城轨车辆辅助逆变电路常见故障及原因分析 (4)3.1散热风扇故障 (4)3.2辅助逆变器故障 (5)3.3辅助逆变器200％过载保护故障 (7)3.4逆变器过流保护 (7)3.5辅助逆变器自动重启故障 (8)第4章城轨车辆辅助逆变电路故障预防 (10)4.1散热风扇故障处理 (10)4.2辅助逆变器解决故障的措施 (11)4.3辅助逆变器200％过载保护故障预防 (12)4.4逆变器过流保护 (12)4.5辅助逆变器自动重启故障改进 (13)第5章结束语 (15)参考文献................................ 错误!未定义书签。

第1章引言地铁车辆辅助供电系统在车辆上是一个非常重要的系统，车辆上除动力用电（即牵引电机所需电）是通过牵引逆变器提供外，其它设备用电均是通过车辆辅助供电系统提供。

而辅助逆变器（以下简称SIV）又是辅助供电系统的核心，它将接触网DC1500V电压转化为不同等级的电压，通过列车贯穿线传输给车辆的各个用电设备，从而保证了列车上各设备的正常运作。

城轨地铁车辆的辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源，各冷却用风机、变压器冷却用油泵、变流器冷却用水泵、制动/受电弓等各种气动机械装置提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等等。

机车辅助电源系统由三相交流辅助电源系统和直流电源系统组成。

每列车采用两台辅助逆变器，辅助逆变器将1500V接触网提供的直流电逆变处理后为车辆提供两组电源：一组为380V、50Hz的三相交流电，提供给空调、电暖器、电灯、空压机等设备。

当一台辅助逆变器发生故障后，另一台辅助逆变器通过扩展供电单元向整列车供电，维持车辆的基本工作。

第2章城轨车辆辅助逆变电路工作原理2.1城轨车辆辅助逆变电路基本组成每列列车共设置2台辅助逆变器，分布在A1和A2车。

辅助逆变器主要给车辆提供三相交流380V（220V）电源，为整列车的空调、空气压缩机等提供稳定的工作电压。

辅助逆变器具有过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护、三相不平衡保护等，如果某台辅助逆变器因故障保护，将被封锁逆变脉冲，无输出电压，另一台辅助逆变器可通过扩展供电电路为整列车的基本负载供电，空调减载运行。

车辆辅助供电系统采用集中式供电（SIV安装在带有司机室的拖车上），如图1所示，它主要包括两个逆变群组成的辅助逆变器、一个整流装置和一个DC-DC 斩波装置。

首先通过辅助逆变器将DC1500V逆变为AC380V给车上相应负载供电，同时通过整流装置将AC380V整流成DC110V供给车辆上的控制电路及给蓄电池，最后通过DC-DC斩波装置将DC110V斩波变为DC24V给车上相应负载供电。

从图1可以看出，地铁车辆SIV装置中的每个逆变群均设有1个HK（接触器），在1、2群分支回路前设置了1个IVLB（接触器），在1、2群合流后设置了1个3phMK（接触器）。

图1地铁车辆辅助供电系统的基本组成2.2工作原理SIV内部逻辑图如图2所示，SIV启动时序图如图3所示。

SIV在未启动时，HK主触点在闭合状态；升弓后，当SIV中的电压传感器DCPT1检测到接触网电压大于900V后开始计时，1s后系统开始给每个群发“HK断开”指令，从而使每个群的HK10NR（HK20NR）得电，最后使每个群的HK得电，此时HK主触点断开，同时将HK的状态反馈给逻辑部。

当各群接收到“HK断开”的指令后4s，逻辑部开始给“IVLB、3phMK导通”指令，使每个群的LB10NR（LB20NR）、3phMKAK1（3phMKAK2）继电器得电。

IVLB 最终的导通由LB10NR、LB20NR串联确定，只有两个群的IVLB导通指令同时成立，即LB10NR、LB20NR在允许的时间内都得电，IVLB才能导通并给逻辑部闭合的反馈指令。

当IVLB的导通指令和反馈指令之间相差大于1s时，系统报“IVLB 动作不一致”故障。

图2SIV内部逻辑图第3章城轨车辆辅助逆变电路常见故障及原因分析3.1散热风扇故障为降低列车噪声，宁波轨道交通2号线一期列车SIV散热风扇设计为高低速两挡工作模式。

当散热风扇工作在低速挡时，散热风扇风速低噪声也低；当散热风扇工作在高速挡时，散热风扇风速高，冷却效果提升，同时噪声也有一定升高，但符合标准。

具体来讲，当列车SIV实际负载小于70%额定负载时，散热风扇工作在低速挡；当列车实际负载超过70%额定负载时，散热风扇工作在高速挡。

由于风扇电机负载为风机，SIV散热风扇调速控制采用了比较少见的Y/△变换调压方式，即通过切换散热风扇电机绕组接线（Y接法或△接法）改变定子电压的方法进行调速，实现高低速挡切换。

具体来讲，当断路器K4、接触器K11、K12闭合时，为Y接法，风扇工作在低速挡；当断路器K4、接触器K11、K13接触器闭合时，为△接法，风扇工作在高速挡。

故障列车回库后，对SIV散热风扇接线进行检查，发现断路器K4跳开，用万用表测量散热风扇电机U、V、W三相绕阻阻值，发现W相阻值为零。

手动转动风散叶片有明显的不顺畅及轴承异音，确认为散热风扇电机故障。

为进一步确认故障原因，对散热风扇电机进行了拆解检查,发现风扇电机后轴承烧损,内部绕阻有打火烧痕。

初步确认风扇故障原因为风扇电机后轴承烧损，导致风扇电机的定转子接触使风扇电机接地，使断路器K4保护跳开。

进一步对散热风扇电机的转子进行检查，发现电机转子轴承N端有过热变色痕迹，D端情况较好。

下载SIV相关数据进一步分析，故障列车当天SIV的实际负载并未达到SIV额定功率的70%，因此确定散热风扇应处于低速工作状态。

结合散热风扇电机的结构，可以确定在低速工作模式下，散热风扇电机转子发热严重，热量传导至轴承，引起转子轴承温度过高变色。

轴承D端为进风口，安装了风扇叶片，电机带动叶片转动，吸入空气，空气流通较快使轴承D端更容易散热。

而轴承N端为自然冷却，没有很好的散热途径，热量聚集导致轴承油脂蒸发，进而导致风扇电机烧损。

后续其他列车也同样发生过此类故障，拆解散热风扇检查发现故障现象一致，说明故障隐患普遍存在，而非单一故障。

为了验证上述分析的散热风扇电机在低速工作模式下电机发热严重的结论，重新装配了1台风扇进行模拟测试。

发现风扇在低速模式下运行3h后，测得N端轴承运行温度达到了116℃（环境温度为28℃），温升达到88K，而技术规格书要求为50K，严重超过标准。

而在电机的内部出厂测试中，只是要求“进行30min的测试”，测试时间较短，因此电机厂家未能发现散热风扇电机低速模式下发热严重的问题。

在风扇厂家的出厂测试中，测试温升的方法为“直接测试电机外端盖（D端）温度”，测得温升为48.1K，符合技术要求。

而实际情况下，电机外端盖处（D端）温度与电机N端轴承处温度存在较大差异，电机外端盖处（D端）温度比电机N端轴承处温度低，因此风扇厂家的测试方法不合适,也导致问题未能及时发现,最终导致存在该问题的散热风扇装备到了列车SIV中。

3.2辅助逆变器故障在地铁进行运行的过程中，车辆的辅助逆变器主要出现的故障问题是接触器的触点不相同的情况，这就会影响辅助逆变器的正常运行，辅助逆变器中存在HK，这种的故障现象出现的原因就是HK的状态不是稳定的状态。

导致HK状态不稳定有两方面的因素，一方面是主要的接触点不稳定的基础，使辅助接触点出现断开的情况，另一方面主要是因为辅助的接触点的接触出现问题，不管是主接触点还是辅接触点出现问题，都会导致地铁车辆的辅助逆变器的运行出现故障。

我们知道，分散式供电和集中式供电是辅助逆变器的主要供电类型。

一个地铁线路的辅助供电系统需要在列车上安装SIV，此时使用的就是集中式的供电，在这种方式下，系统装置包含的部分有：DC-DC斩波装置一个、辅助逆变器两个、整流装置一个。

集中式类型采用的辅助逆变电源为SPWM调制辅助逆变电源，分散式方式则采用的是十二脉冲辅助逆变电源。

、通常逆变器经常会由于通常的电流和电压原因造成内部的电路损坏，此外还可能因为逆变器内部的元件老化而造成故障。

而地铁辅助逆变器则是一直工作在高频的情况下，其工作的环境是比较恶劣的。

因此在地铁运行中，逆变器经常可能出现故障。

而经常出现的故障是功率开关器件的开路故障与直通故障。

短路故障一般是由于当列车系统发出错误的驱动信号或者雪崩击穿而造成的。

逆变器IGBT电路提供的电压过小的时候，IGBT就会自动地退出饱和导通区然后进入线性放大区，这时候电阻则会增大，这直接导致的结果就是电路元件过热，从而造成毁坏。

而一般器件出现破裂或者焊接脱落和电路板损坏都会导致开路故障。

由于电路内部有自动保护的功能，在发生短路的时候故障会被快速地隔离，当检测困难时，则会使用植入熔丝从而转为开路故障进行处理。

当IGBT出现短路故障的时候，如何去进行判断呢？我们可以通过检测IGBT的发射极与集电极之间的电压对故障进行判断。

当出现短路的时候，慢关断会使得故障的功率管出现软关断的情况。

出现开路的时候，故障就会使得功率管的相电压减小，系统内部本身的欠压保护是无法全部弥补功率管的功率缺失的。

当辅助逆变器内部元件出现开路时，驱动电压会使内部元件无法导通，这个时候，电压缺失，输出电压的波形不会像以前的正常工作时候的波形，而是会发生畸变。

对于梯阶波合成逆变器来讲，造成的影响更多，比如会造成低次谐波无法被抵消，而增强了输出电压中的谐波。

当辅助逆变器正常工作的时候，电路中桥臂的输出功率是较大的，当出现故障后则会大大减少桥臂的输出功率。

在地铁车辆的辅助逆变器出现问题时，首先应该针对故障点进行一一排除工作，主要就是针对辅助逆变器中的主接触点和辅接触点两个方面的接触点进行排查，如果在进行排查中是HK中的主接触点没有出现接触不好的情况，就应该考虑对辅接触点的接触问题进行检查，进行排查的主要方式是将正常运行的辅助逆变器中的主接触点和出现故障的辅助逆变器中的主接触点之间进行交换工作运行，如果在几天之后，故障点的辅助逆变器中的主接触点仍然可以在正常运行的辅助逆变器中进行工作，那么就说明这个故障点中的辅助逆变器主接触点没有问题，故障出现的原因和主接触点没有联系，就需要在辅接触点进行故障检查。

在HK中，辅接触点可能不只有一个，所以对于有几个辅接触点的情况，需要进行一一排查处理，首先应该针对这些辅接触点的外形进行检查，然后对他们的电阻进行检测工作，对于电阻的情况进行分析，如果在几个辅接触点中某一个接触点的电阻较其他几个辅助逆变器的电阻高，这就说明是这个接触点出现故障问题，所以就需要针对这一接触点进行更加详细的分析，找出故障出现的具体原因，以便采取相应的措施进行及时的补救，保障地铁车辆的正常运行。