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        廣州地鐵A4型車緊湊型逆變器故障原因及維修經(jīng)驗(yàn)淺析

        2018-10-11 01:30:40,黃
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:二號(hào)線萬用表阻值

        彭 威 ,黃 萍

        (廣州地鐵運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部運(yùn)營(yíng)一中心,廣東廣州 510000)

        1 緊湊型逆變器工作原理

        廣州地鐵二號(hào)線A4車為4動(dòng)2拖編制的電動(dòng)列車。其中每節(jié)動(dòng)車配置一個(gè)牽引逆變器。牽引系統(tǒng)的主要作用是將DC1500V的網(wǎng)壓轉(zhuǎn)化為牽引電機(jī)所需的工作電壓。同時(shí)列車處于“制動(dòng)位”的時(shí)候,牽引系統(tǒng)可倒轉(zhuǎn)電源的方向,將牽引電機(jī)變成發(fā)電機(jī),并將電能反饋到電網(wǎng)中。而緊湊型逆變器為牽引系統(tǒng)的核心部分[2]。

        緊湊型逆變器是由線路電源輸入、制動(dòng)斬波器、DC鏈路、PWM逆變器、逆變控制單元五大功能組構(gòu)成[3],如圖1所示。

        圖1 緊湊型逆變器結(jié)構(gòu)原理圖

        2 緊湊型逆變器故障排查方法

        廣州地鐵二號(hào)線A4車緊湊逆變器的技術(shù)復(fù)雜、集成度高,因而排除逆變器故障的難度也大。一般故障排除方式是,在模塊(A91)(ICU電源)的電源輸入端(X101)外部控制頭接入正負(fù)24V直流電源,通過觀察各板件的LED指示燈來判斷好壞[4]。其排除故障流程圖如圖2所示。

        2.1 故障檢測(cè)排查過程

        2017年7月1日,廣州地鐵二號(hào)線2C040車牽引圖標(biāo)顯示藍(lán)色,主斷合燈不亮,自檢無法通過。讀取數(shù)據(jù),2C040車報(bào)有“牽引失效、ICU永久不可操作”故障信息,ICU數(shù)據(jù)中則存在“逆變器模塊故障”信息,代碼為58。下面則對(duì)上述逆變器的故障進(jìn)行排查。

        2.1.1 故障排查

        (1)根據(jù)緊湊型逆變器的故障排查流程,首先在ICU電源的輸入端(X101)接通+/-24V的直流電源。

        圖2 緊湊型逆變器故障排查流程圖

        (2)通過觀察緊湊型逆變器CI電流I_P24=0,I_N24=2.95A(圖3),而根據(jù)故障排查流程圖要求的電流消耗為I_P24≤2.0,I_N24≤2.5,因而電流消耗過大,進(jìn)入下一個(gè)判斷流程。

        圖3 緊湊型逆變器CI電流

        (3)拔下逆變器控制單元(A90)上IGBT的電源連接器(X41),測(cè)出緊湊型逆變器CI電流如圖4所示。

        圖4 緊湊型逆變器CI電流

        (4)根據(jù)圖4可知逆變器CI電流消耗正常,從而可以判斷至少一個(gè)IGBT門控模塊或者IGBT損壞。

        (5)根據(jù)故障排查流程圖可知,斬波IGBT門控模塊亮黃燈和紅燈屬于正常,逆變IGBT門控模塊亮黃燈和綠燈屬于正常。而此時(shí)發(fā)現(xiàn)斬波IGBT(A80)黃燈、綠燈、紅燈都亮,并不停閃爍,如圖5所示。

        根據(jù)之前所做的通電檢測(cè)所可初步判斷為IGBT門控或IGBT本身?yè)p壞,因而對(duì)IGBT進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。

        圖5 斬波IGBT(A80)指示燈

        圖6 IGBT結(jié)構(gòu)圖

        2.1.2 IGBT的檢測(cè)

        (1)極性判斷

        首先把萬用表打到電阻檔位,用萬用表檢測(cè)時(shí),如果某一極與其他兩個(gè)極阻值為無窮大,并且調(diào)換表筆后該極與其他兩極的阻值依然是無窮大,這時(shí)就可以判斷此極為柵極(G)[5]。接著對(duì)其余的兩個(gè)極進(jìn)行檢測(cè),若測(cè)得阻值為無窮大,調(diào)換表筆后測(cè)得阻值比較小,則可以判斷紅表筆為集電極(C),黑表筆為發(fā)射極(E)。

        (2)判斷好壞

        ①對(duì)IGBT進(jìn)行外觀觀察,檢查有無明顯的爆裂痕跡。

        ②根據(jù)IGBT內(nèi)部有續(xù)流二極管的的特性(圖6),可利用萬用表的二極管檔位進(jìn)行檢測(cè)。理論上來講,由于IGBT內(nèi)部二極管的原因,因而檢測(cè)VEC應(yīng)為0.29 V左右,而測(cè)量其他兩極應(yīng)無電壓顯示。

        ③利用萬用表的歐姆檔位對(duì)IGBT每一個(gè)極與其他兩個(gè)極的阻值進(jìn)行測(cè)量,并且要調(diào)換表筆進(jìn)行測(cè)量。正常來說,除了紅表筆在集電極、黑表筆在發(fā)射極時(shí)測(cè)得的阻值為幾十千歐以外,其他連接方式得到的阻值應(yīng)都為幾十兆歐以上。

        2.1.3 檢測(cè)結(jié)果

        根據(jù)IGBT的檢測(cè)方式,可得到IGBT兩兩極性之間的二極管導(dǎo)通電壓以及阻值,如表1以及表2所示。根據(jù)表1和2的數(shù)據(jù)可進(jìn)行分類比較,A7、A8為斬波IGBT,A1、A2、A3、A4、A5、A6為逆變IGBT,因而A7、A8之間的數(shù)值具有可比較性,A1—A6之間的數(shù)值具有可比較性。通過對(duì)比,可發(fā)現(xiàn)A1—A6之間的數(shù)據(jù)基本一致,而A7、A8之間數(shù)據(jù)差異比較大,A8的RCG和RGC的阻值僅為5.4Ω,而理論上應(yīng)為無窮大,同時(shí)A8的VCE和VEC的導(dǎo)通電壓值為0.002 V,理論上不應(yīng)存在有導(dǎo)通電壓;而A7實(shí)測(cè)數(shù)值符合理論值。

        通過數(shù)據(jù)對(duì)比分析后,可以得出結(jié)論是斬波IGBT(A8)的G極和C極之間已經(jīng)被擊穿。

        表1 IGBT兩兩極之間的阻值

        表2 IGBT兩兩極之間的導(dǎo)通電壓值

        3 結(jié)論

        廣州地鐵二號(hào)線列車的緊湊型牽引逆變器為國(guó)外進(jìn)口備件,其整件采購(gòu)成本為100萬左右,而IGBT的采購(gòu)成本為1萬左右。因此,掌握緊湊型牽引逆變器的故障排查方法,可極大地降低地鐵的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

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