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        關(guān)于動(dòng)車組逆變器故障診斷研究

        2017-10-21 03:13:01劉志超
        名城繪 2017年6期
        關(guān)鍵詞:逆變器動(dòng)車組故障診斷

        劉志超

        摘要:逆變器是動(dòng)車組上不可或缺的部件,而逆變器故障又是列車運(yùn)行過程中不可避免的問題,為了能夠快速有效的確定失效逆變器的故障點(diǎn),最大限度上降低逆變器出現(xiàn)故障的概率,通過將數(shù)學(xué)建模與逆變器工作機(jī)制相結(jié)合的方式,制定相應(yīng)逆變器模型,模擬逆變器工作狀態(tài),從而更加快速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn),解決問題。

        關(guān)鍵詞:動(dòng)車組;逆變器;故障診斷

        一、逆變器簡介

        動(dòng)車組所使用的逆變器通常是指三電平逆變器,該類型逆變器在實(shí)際應(yīng)用中以脈寬調(diào)制技術(shù)為主,通過特定的控制信號(hào)來調(diào)節(jié)12個(gè)IGBT與12個(gè)二極管之間的相互作用,從而實(shí)現(xiàn)逆變器內(nèi)直流線路和交流線路之間的相互轉(zhuǎn)換。該類型逆變器在實(shí)際使用中,工作人員常常會(huì)為了有效降低逆變器內(nèi)所承受的電壓應(yīng)力而將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的二極管以并聯(lián)的方式進(jìn)行設(shè)置,將傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)調(diào)整為三電平結(jié)構(gòu),大幅度降低逆變器內(nèi)的諧波信號(hào),從而有效提高逆變器系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[1]。

        二、故障分析

        (一)診斷原理

        當(dāng)逆變器出現(xiàn)故障問題時(shí),工作人員首先需要對其故障原因進(jìn)行診斷,其主要診斷原理是將逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件作為標(biāo)準(zhǔn),制定相應(yīng)的逆變器模型,并且在創(chuàng)建逆變器模型時(shí)需要盡可能地確保模型與實(shí)體之間數(shù)據(jù)比例的一致性。具體診斷流程如下:第一,建立逆變器處于正常工作狀態(tài)下的故障元件模型;第二,將故障元件模型放入診斷系統(tǒng)中并且進(jìn)行并行工作;第三,計(jì)算和判斷逆變器實(shí)體與所創(chuàng)建的模型在并行工作中所輸出的功率表是否具有一致性;第四,對故障發(fā)生的具體位置進(jìn)行明確,并且對其進(jìn)行標(biāo)識(shí)[2]。從本質(zhì)上來看,動(dòng)車組逆變器故障的診斷方法主要采用的是將逆變器進(jìn)行不同工作狀態(tài)之間的切換,找出該逆變器在不同運(yùn)行狀態(tài)下所對應(yīng)的離散事件發(fā)生的概率,并且在此基礎(chǔ)上采用殘差分析的方式對逆變器的故障器件進(jìn)行明確。

        (二)診斷模型

        1.模型建立

        以某動(dòng)車組所應(yīng)用的逆變器為例,其處于正常運(yùn)行的狀態(tài)中時(shí),工作人員可以采用常見的數(shù)學(xué)模型對逆變器的開啟和關(guān)閉兩種工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確地描述。以Sa、Sb、Sc來表示逆變器數(shù)學(xué)模型中三相功率所表現(xiàn)出的三種不同的工作狀態(tài),以S1-S12來表示上述我們所提到的逆變器模型中12個(gè)不同的IGBT,而與其相并聯(lián)的二極管則由D1-D12來表示。由于該逆變器的數(shù)學(xué)模型是以三相對稱的形式所呈現(xiàn)的,因此工作人員可以選擇該數(shù)學(xué)模型中的某一特定的橋臂來進(jìn)行詳細(xì)分析[3]。以Sa橋臂電路為例,該逆變器的數(shù)據(jù)模型在Sa相位處的橋臂電路運(yùn)行狀態(tài)如表1所示。

        2.故障建模

        上述工作人員所建立的數(shù)學(xué)模型主要是表現(xiàn)逆變器在正常工作狀態(tài)下的工作狀態(tài),為了可以加強(qiáng)對逆變器故障的判斷效果,工作人員需要在上述模型的基礎(chǔ)上再建立故障模型,通過這種方式來進(jìn)一步提高工作人員對逆變器所可能會(huì)出現(xiàn)故障診斷的準(zhǔn)確性。仍然以逆變器處于Sa相位時(shí)的故障狀態(tài)為例,工作人員需要先將該相位中逆變器所可能發(fā)生的故障類型進(jìn)行歸類劃分,其中逆變器處于單管開路時(shí)可能會(huì)發(fā)生4種運(yùn)行故障,而逆變器處于雙管開路時(shí)則會(huì)出現(xiàn)3種運(yùn)行故障,如表2所示。

        (三)故障定位

        當(dāng)建立好逆變器的故障模型之后,工作人員便可以針對該類型逆變器的故障類型進(jìn)行具體位置的確定。具體流程如下:第一,將逆變器所創(chuàng)設(shè)的數(shù)學(xué)模型中涉及到的全部識(shí)別量以狀態(tài)向量的形式進(jìn)行標(biāo)識(shí);第二,按照上述逆變器數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)表中的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果,我們可以將狀態(tài)向量設(shè)置為U,且U1-Un標(biāo)識(shí)該逆變器中所發(fā)生的不同故障問題對于的數(shù)學(xué)模型;第三,以Sa相位為例,架設(shè)n為5,則Sa相位中所發(fā)生的逆變器故障類型有5中,當(dāng)逆變器處于不同故障狀態(tài)是,數(shù)學(xué)模型中的其他參數(shù)信息也會(huì)隨之而發(fā)生相應(yīng)地改變,幫助工作人員明確故障發(fā)生的具體原因和位置;第四,當(dāng)數(shù)學(xué)模型中所測定的殘差值與正常運(yùn)行狀態(tài)下逆變器數(shù)學(xué)模型的殘差值之間存在較大的差異性,我們可應(yīng)用確定該閾值內(nèi)一定發(fā)生了逆變器的運(yùn)行故障。通過這種數(shù)學(xué)模型的檢測方式不僅可以有效地提高逆變器運(yùn)行故障診斷的效率,同時(shí)還可以大幅度提升該逆變器的故障維護(hù)質(zhì)量水平,因此該診斷方式也得到了很多工作人員的認(rèn)可和推廣。

        三、故障處理

        故障診斷工作完成之后,工作人員便需要對診斷出的故障進(jìn)行及時(shí)地處理,具體措施如下:第一,對于電源類的逆變器故障,工作人員可以先將DCU板進(jìn)行拆除,對其內(nèi)部的元器件使用性能進(jìn)行檢測,若元器件出現(xiàn)異常,可以對其進(jìn)行更換或者維修,若元器件可以正常運(yùn)行,則使用萬用表對電源的芯片進(jìn)行測定,所測電阻非常小時(shí),則說明芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到損害,工作人員將電源芯片進(jìn)行更換即可;第二,針對通訊類的逆變器故障,工作人員可以利用計(jì)算機(jī)對逆變器中的通信線路端口進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸,并且使用波形法對通信線路的輸入和輸出行為進(jìn)行檢測,通過這種方式來判斷出該逆變器中通訊端口處器件的故障位置,并且對其進(jìn)行更換處理。

        四、結(jié)束語

        為了更好地提高逆變器故障診斷工作的效率和質(zhì)量,工作人員可以將逆變器與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合,并且通過對逆變器在正常運(yùn)行狀態(tài)下與故障運(yùn)行狀態(tài)下所體現(xiàn)出的不同數(shù)據(jù)參數(shù)信息進(jìn)行對比分析,來實(shí)現(xiàn)逆變器故障的快速診斷和定位,提高診斷效率。該技術(shù)雖然在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足之處,但是相信隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,該故障診斷技術(shù)一定會(huì)不斷地突破和進(jìn)步,為我國交通行業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]胡軻珽,劉志剛,胡冉冉等.一種新型基于模型的動(dòng)車組牽引逆變器開路故障診斷方法[J].鐵道學(xué)報(bào),2018,40(02):131-138.

        [2]嵇平平.動(dòng)車組NPC三電平逆變器多模式故障診斷技術(shù)研究[D].上海:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,2015:135-138.

        [3]陳丹江,葉銀忠,華容.基于波形實(shí)時(shí)分析的動(dòng)車組三電平逆變器故障診斷技術(shù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2014,29(06):106-113.

        (作者單位:中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司)

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