地铁车辆辅助逆变器工作原理及典型故障阐述

熊磊

【摘要】随着科技的进步，城轨列车管理工作逐渐涵盖了行车安全、行车状况的实时监控和快速高效的故障排除等工作，使得管理工作变得越来越繁重。城市轨道交通系统建设涉及很多高新技术，如车体制造、转向架、牵引驱动、故障诊断等技术。其中，故障诊断技术是保障地铁安全运行的重要技术之一。其可以预测故障的发生，确定故障的原因，并提出维护建议以避免或减少故障的发生。

【关键词】地铁运行;辅助逆变器;工作原理;典型故障

辅助逆变器是城市轨道列车运行过程中不可缺少的重要电气元件。其主要任务是用于列车控制、客舱照明、空调、通风和其他低压电气设备的低压电源、电压和功率。供电质量和辅助供電系统的可靠性直接影响列车行车的安全和乘客的舒适度。地铁在运营过程中，辅助逆变器如果发生严重故障，则会影响列车正常运行，这是干扰列车正常运行的重要因素之一。详细研究辅助逆变器故障诊断系统对于保障城轨安全具有重要的理论和实践意义。

1逆变器诊断技术研究现状

1.1基于电流的故障诊断技术

针对基于电流的故障的诊断方法通常是利用相应的技术诊断并进行故障排除。首先测量当前电流大小和绕组的尺寸，然后对测量数据进行坐标变换，最后对数据进行处理以进行模式识别。国内外科学家在研究感应电机逆变器故障时，主要采用电流测量方法。比如常见的：简单恒流法、电流矢量路径斜率法、电流矢量轨迹质心法等。

1.2基于电压的故障诊断技术

逆变器的性能直接决定了整个系统是否安全可靠地运行。同时，功率开关器件非常容易损坏，研究人员需要及时关注关注逆变器保护和故障诊断。诊断逆变器故障已成为一个研究问题，因为整个系统中的其他功率设备出现故障，在几毫秒内将立即诊断出逆变器故障并予以纠正。基于电流的诊断方法在系统中使用电流传感器并需要特定的软件算法。诊断时间往往是多个主波周期，容易受到噪声和干扰等因素的影响。基于电压的诊断方法结合逆变器电压模型使用逆变器电压测量来提供有关故障的信息。诊断时间短，负载与控制策略无关，可靠性高。城轨辅助逆变器是电力系统的一部分。主要为空调、通风机、空气压缩机、电暖器、室内照明等辅助交流负载提供稳定的三相380V、50Hz交流电源。城轨运行过程中，辅助逆变器严重故障会直接影响列车正常运行。国内外科学家对异步电动机逆变器故障问题进行了详细研究，且方法较为丰富，但在城轨辅助逆变器方面的研究还比较少。而城铁辅助逆变器是列车供电系统的重要组成部分。如何利用现有逆变器诊断方法创建故障自动检测诊断系统，有效诊断辅助逆变器故障是其难点和今后的研究方向。

2地铁列车辅助逆变器原理及失效分析

2.1辅助逆变器原理

逆变系统组件主要包括充电电路、滤波电抗器、滤波电容器、辅助逆变模块、变压器、三相滤波器、EMI电容器等，是辅助电源系统的核心。滤波扼流圈和滤波电容组成高压输入滤波器，抑制输入电路的谐波，减少输入电路的瞬态现象出现。滤波电容器和滤波电抗器可以减少电路瞬变和谐波对输入电路的影响。它用作高压输入部分的滤波器。

2.2辅助逆变器失效机理

低电流半导体器件故障：逆变器使用大量低电流半导体器件。如果设备出现故障，整体系统性能将下降或系统功能将完全丧失。半导体器件失效的原因之一是器件本身固有的可靠性。半导体器件设计制造技术的不断发展和对可靠性技术的深入研究，大大提高了半导体器件的可靠性。逆变器运行条件、装配条件、系统运行环境等外部因素引起的故障是逆变器半导体器件故障的主要原因。这些外部因素引起的故障主要有除湿、除过压、除静电、除机械过载、除温等。

功率半导体失效。逆变器在具有高电压浪涌的环境中运行。功率半导体器件故障时逆变器故障的主要原因，人们在设计上对器件保护措施缺乏了解会导致功率半导体器件进一步失效。

电容损坏。逆变器内部有一个铝电解电容，具有稳压作用。经验表明，该电容器是最常见的受损组件之一。铝电解电容器的工作介质是通过电化学方法在金属铝表面形成一层致密的氧化铝薄膜，它与内部的金属铝结合形成一个整体，称为阳极。电容器在工作过程中氧化膜被破坏，但在电极开始反应后，它可以自然修复损坏。但是，在一定条件下，如果氧化物破坏速度超过自愈速度，则氧化物会恢复得太慢，导致在标称电压下氧化物被破坏。在极端情况下，电容器可能会发生不可逆转的损坏甚至爆炸。

3结语

综上所述，通过对地铁车辆辅助逆变器原理进行分析以及对其典型故障及失效原理进行阐述，不难看出，当地铁车辆辅助逆变器在出现故障时，地铁车辆的正常运输将受到严重影响。因此，维修人员在进行地铁车辆的日常维护同时也应当关注辅助逆变器等系统组件的工作状况，及时更换老化元器件，避免出现上述问题，从而保证地铁列车正常运行。

【参考文献】

[1]郑超.地铁车辆辅助逆变器故障分析及整改研究[J].设备管理与维修，2019（13）：32-33.

[2]黄昆.地铁车辆辅助逆变器故障问题思考与分析[J].数码设计（上），2019（7）：147.

[3]马姗姗.地铁车辆辅助逆变器故障问题论述与分析[J].数码设计（上），2018（5）：90-91.