王飛

摘 ? 要：本文在HXD2電力機(jī)車輔助變流器原理說明基礎(chǔ)上，分析了220V輔助供電電源變壓器溫度過高甚至燒損故障原因，并采取有效解決措施，為后續(xù)類似故障處理提供參考。

關(guān)鍵詞：逆變器 ?低通濾波器 ?漏感

中圖分類號(hào)：U264.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0093-02

Abstract： Based on the principle description of HXD2 electric locomotive auxiliary converter， this paper analyzes the cause of overheating or even burning fault of 220V auxiliary power supply transformer， and takes effective measures. It provides reference for subsequent similar fault handling in electric locomotive.

Key Words： Inverter; Low-pass filter; Leakage inductance

近年來我國(guó)軌道交通快速發(fā)展，鐵路裝備制造企業(yè)對(duì)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車研究不斷深入，具有了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力機(jī)車研發(fā)平臺(tái)。電力機(jī)車輔助供電電源是機(jī)車可靠運(yùn)行的必要保證，220V輔助供電變壓器高溫甚至燒損給機(jī)車正常運(yùn)行帶來不利影響，為此，對(duì)輔助供電變壓器故障原因進(jìn)行深入分析。

1 ?HXD2型電力機(jī)車輔助電源原理說明

輔助供電電路原理如圖1所示，AC380V電路主要由Buck降壓電路和輔助逆變器構(gòu)成給機(jī)車上的三相負(fù)載提供AC380V電源，AC220V電路由輔助逆變器輸出電壓供電，經(jīng)過輔助變壓器TF和濾波電容器給單相負(fù)載提供AC220V電源。

Buck降壓電路主要由功率器件IGBT、斬波電抗器、直流電壓支撐電容器以及必備的電壓/電流傳感器等部件共同組成，利用Buck電路原理和高頻斬波控制實(shí)現(xiàn)DC/DC變換功能，將來自牽引變流器中間電路的DC1800V直流電壓變?yōu)镈C545V的直流電壓，為輔助逆變器提供電源。

輔助逆變器是輔助變流器中的關(guān)鍵組成部件，逆變器采用SHEPWM控制方式將DC545V輸入電壓逆變?yōu)榈幕?0Hz的PWM電壓直接給三相輔助負(fù)載供電，輸出電壓主要包含23次、25次及更高次諧波。AC220V供電電路由三相電源的一路線電壓供電，經(jīng)過380/220變壓器和低通濾波器濾波輸出具有良好電源品質(zhì)的220V電壓。

2 ?220V供電電路原理說明

輔助逆變器輸出的PWM電壓含有較高諧波，諧波對(duì)用電設(shè)備及線路不利，例如增加設(shè)備發(fā)熱，降低設(shè)備效率，電機(jī)類負(fù)載產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。220V電源主要用于機(jī)車上生活設(shè)備用電和窗加熱等，需要較高的電源品質(zhì)，因此采用降壓變壓器和濾波器電路結(jié)構(gòu)濾除輔助變流器輸出電壓的諧波，為負(fù)載提供準(zhǔn)正弦波，減少諧波對(duì)負(fù)載的危害。

輔助變壓器的功能是實(shí)現(xiàn)PWM電壓降壓獲得負(fù)載端所需電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了變流器輸入端和單相輔助負(fù)載之間的電氣隔離;變壓器設(shè)計(jì)有較高漏感，漏感與濾波電容器構(gòu)成LC低通濾波器，濾除PWM電壓的高次諧波輸出準(zhǔn)正弦波供給單相負(fù)載。

圖2所示為輔助變壓器通過繞組歸算原理簡(jiǎn)化等效，漏感折算到變壓器次邊與電容器構(gòu)成濾波電路原理圖，一般的變壓器等效電路中漏電阻遠(yuǎn)小于漏感，因此等效電路中忽略了繞組阻抗。圖中Rm和Lm分別是變壓器激磁電阻和激磁電感，Lu是變壓器折算到次邊側(cè)的漏感值，C是濾波電容器。

3 ?變壓器過溫故障分析

220V輔助變壓器安裝在輔助變流柜中，采用自然冷卻方式散熱，在運(yùn)行中多次出現(xiàn)溫度過高或變壓器燒損問題，為此對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)分析和電氣參數(shù)檢，發(fā)現(xiàn)變壓器漏感沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值要求，對(duì)此進(jìn)行技術(shù)分析。

當(dāng)變壓等效漏感為時(shí)，總負(fù)載阻抗模值為，考慮變壓器輸出電壓不變，變壓器繞線電阻不變情況，變壓器實(shí)際發(fā)熱量為設(shè)計(jì)值的k倍，k值接近2倍。

變壓器漏感量不足導(dǎo)致總負(fù)載減小電流增加，變壓器繞組發(fā)熱增加，為此分析故障變壓器繞組結(jié)構(gòu)，確定在保證變壓器最大外形尺寸和其它電氣參數(shù)不變情況，適當(dāng)增加繞組層間間隙提高變壓器漏感方案使漏感達(dá)到3800uH滿足4100uH±10%要求，變壓器繞組層間間隙增加示意圖如圖3所示。對(duì)改進(jìn)后的變壓器進(jìn)行按照GB/T 25120-2010軌道交通機(jī)車車輛牽引變壓器和電抗器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溫升試驗(yàn)，在6.5kW額定負(fù)載工況環(huán)境溫度為17℃時(shí)，測(cè)得變壓器最高溫度為62℃滿足H級(jí)絕緣要求，改進(jìn)后輔助變壓器裝車后運(yùn)行溫度正常。

4 ?結(jié)語

HXD2電力機(jī)車運(yùn)用中出現(xiàn)220V輔助供電變壓器過溫故障，通過對(duì)輔助變壓器電氣參數(shù)測(cè)試，輔助變壓器供電原理分析確認(rèn)了漏感不足引起的變壓器溫度過高故障原因，對(duì)變壓器進(jìn)行改進(jìn)后進(jìn)行溫升試驗(yàn)和裝車運(yùn)行證明措施可行，對(duì)以后機(jī)車的運(yùn)用與檢修起到了較好的指導(dǎo)和參考作用。

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