地铁牵引逆变器输出电流传感器测试策略优化分析

2021-10-23褚衍廷余雨婷李坤

新型工业化 2021年8期

褚衍廷，余雨婷，李坤

（1.湖南铁路科技职业技术学院，湖南株洲 412006；2.湖南省高铁运行安全保障工程技术研究中心，湖南株洲 412006；3.湖南铁道职业技术学院，湖南株洲 412006；4. 株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲 412006）

0 引言

DC1500V牵引逆变器主电路采用电压型直-交逆变电路。经高压供电输入的DC1500V直流电牵引逆变器转换成三相交流电[1]。牵引逆变器内部放置一个IGBT模块，每个IGBT模块包括一个逆变器单元和一个或两个斩波单元，当电网电压在DC1000V～DC1800V之间变化时，主电路能正常工作，其主电路如图1所示。

图1 牵引逆变器主电路图

在直流回路得到DC1500V直流电压时，启动逆变器，通过控制逆变器模块3个逆变桥臂的6个IGBT的开通和关断实现输出三相正弦电流。

1 输出电流传感器检测

地铁牵引逆变器产品现有的测试方案中，输出电流传感器检测部分还存在不规范的问题，检测方式各异，给测试带来了很大的麻烦，同时也给大纲的审核及验证工作带来极大的不便[2]。总结发现，现有的输出电流传感器检测一共有以下4种，且每一种都或多或少的存在测试盲区。

（1）给定直流回路DC500V电压，启动逆变器，观察上位机软件逆变A相电流和逆变B相电流，若逆变A相电流输出为正，逆变B相电流输出为负，且逆变A相电流的大小与逆变B相电流大小几乎相等，则认为逆变A相电流传感器、逆变B相电流传感器接线正确。

针对这种检测方式，在程序设计时，实际上一直保持VT3和VT6两个IGBT开通，使主电路形成一个直流回路，其电路原理图如图2所示，从图中可以看出A相电流经过VT3从A相负载流入，从B相负载流出，使得逆变A相电流与逆变B相电流大小近似相等方向相反。

图2 电路原理图

基于以上分析，建立仿真模型进行验证，如图3所示。仿真结果，如图4所示。

图3 仿真模型搭建

图4 仿真结果

下管并未开通，故而此种检测方式下无法检测C相输出电流值，且若C相故障，现有测试方案无法检测。

（2）给定直流回路DC500V电压，启动逆变器，观察上位机软件逆变A相电流和逆变B相电流，若逆变A相电流输出为正，逆变B相电流输出为负，且逆变A相电流为逆变B向电流的2倍左右，则认为逆变A相电流传感器、逆变B相电流传感器接线正确。

同样的，此种检测方式下实际保持了VT3、VT6、VT8开通，使主电路构成直流回路，如图5所示，从图中可以清晰的看到流经A相负载的电流经B相和C相负载分流，使得A相电流检测值为B相电流电流检测值的2倍左右，且A相电流检测值大于零，B相电流检测值小于0。

图5 电路原理图

仿真结果，如图6所示。

图6 仿真结果

较第一种检测方式而言，此种检测方式可以间接的检测C相电流输出，但是此种模型下若B相电流传感器错接到C相，输出的电流检测值仍满足逆变A相电流为逆变B相电流的2倍左右，且逆变A相电流为正，逆变B相电流为负。

（3）给定直流回路DC500V电压，启动逆变器，观察上位机软件逆变A相电流和逆变B相电流，若逆变A相电流输出为负，逆变B相电流输出为正，且逆变A相电流约为逆变B向电流的一半左右[3]。则认为逆变A相电流传感器、逆变B相电流传感[4]。

此种检测方式和第二种检测方式类似，实际上是保持VT4、VT5、VT8三个IGBT开通，使得主电路构成直流通路。电路原理如图7所示，从图中可以清楚的看到电流从B相负载流入，经A、C相分流后流出，故而使得逆变A相电流输出为负，逆变B相电流输出为正，且逆变A相电流约为逆变B向电流的一半左右。

图7 电路原理图

仿真结果，如图8所示。

图8 仿真结果

此种检测方式的测试盲区和第二种一样，可以间接的测量C相输出电流，但是如果A相电流传感器错装到了C相，则此种测试方案无法测量。

（4）若逆变A相电流输出为负，逆变B相电流输出为正，且逆变A相电流约等于逆变B向电流。则认为逆变A相电流传感器、逆变B相电流传感器接线正确。

这种检测方式原理和第一种类似，差别仅在与开通的IGBT不同，这种检测方式下实际只保持开通VT4、VT5两个IGBT，使主电路构成直流回路，从图9中可以清楚的看出电流从B相负载流入从A相负载流出，使得A相电流为负，B相电流为正，且A相电流的大小和B相电流大小几乎相等。此时由于C相IGBT并未开通，无法检测C相是否正常。

仿真结果，如图10所示。

图10 仿真结果

通过以上的分析总结发现，无论使用哪种检测方式都会存在测试盲区。

2 测试方案改进策略

根据上文的仿真结果可以清晰的了解到现有的测试方案存在一定的测试盲区，同时繁琐的测试项目占用了大量的调试时间，考虑到现有测试资源的紧张情况，本论文结合现场实际，考虑整合电气保护和测量装置试验。具体的测试方案通过MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型加以说明，其仿真模型以及输出波形分别如图11、12所示。