成都地铁运营有限公司 四川成都 610000
摘要：随着城市化进程不断加快，人口不断增多，城市轨道交通在特大城市、人口高密集度地区承担着重要的交通运输的作用。我国城市地铁正在向着结构复杂化、功能多样化、行使智能化方向迈进，如此高密度的自动化电气件使用就会造成此类故障的频繁发生，为列车的稳定安全运营带来巨大的困扰，这其中尤以牵引逆变器故障最为频繁。由于牵引逆变器是帮助列车实现能量转换、传输的重要设备，其运行的稳定性直接关系到列车的运输功能稳定性。因此，如何有效解决列车牵引逆变器常见故障也成为当前城市轨道交通重点研究方向。
关键词：地铁车辆；牵引逆变器；故障；维修
引言
随着我国城市交通拥堵问题的逐渐加剧，为了提升人民群众的出行效率，我国各大中型城市陆续开展了地铁工程的建设，从而希望其可以有效缓解城市交通压力。为了保证地铁车辆运营效率，避免电气系统中出现相应的故障，有必要对地铁车辆电气系统中牵引系统故障检修方面进行积极的研究，对于我国轨道交通的发展有着极为重要的意义。
1交流牵引系统概述
1.1电力传动系统
世界各国对于本国的地铁供电电压制式都不尽相同，我国基本采用750V或1500V的单相直流电压作为地铁接触网或第三轨的供电制式。就DC750V电源而言，电能是通过线路钢轨旁边设置的第三轨经受流器引入地铁车辆内部，经钢轨最后形成回流；就DC1500V电源而言，机车则是通过接触网经受电弓将电能导入，并经钢轨最后形成回流。直流电机传动和交流电机传动是当前地铁车辆传动的主流，成都地铁采用的传动方式就是交流电机传动。接触网是地铁车辆捕获电能的首要部位，并经由受电装置传输至牵引逆变器，而作为完成能量转换的重要环节，牵引逆变器将引入的电能进行电压调节和频率调节，进而形成可以驱动电机转动的三相交流电，以此实现列车运转。
1.2交流牵引系统的优点
这种直流受电，转换成交流进行输出的城市轨道交通运行方式叫作交流牵引系统。这种系统不但能够有效节约电能，还具备良好的稳定性，且系统维护费用偏低，这也是当前地铁车辆采用此系统的主要原因。而交流牵引系统还具备以下优点。（1）牵引性能上佳，制动性能良好。（2）牵引电动机的最大执行功率大。（3）电机质量较轻，轮对簧负担较小，易高速行驶。（4）牵引和制动两种状态转换动作迅捷，可无缝衔接。（5）逆变器功率范围大，列车速度调节范围较宽。
2常见的牵引逆变器故障
通过调查地铁列车监视系统中有关牵引逆变器故障的统计数据进行分析我们不难得知：列车牵引逆变器属于城市轨道交通中的多发部位，多数由于滤波电容充放电、二极管击穿等故障造成的，其中尤以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）故障发生的频率最高，而牵引逆变器的IGBT故障状态中又分为短路和开路两种类型。IGBT短路故障是指：整个IGBT从闭合至打开的过程，由于电流下降突然，易形成尖峰电压，进而造成故障发生，通常此种情况我们采取电流闭环处理可以针对此类故障进行有效维修；IGBT开路故障是指：IGBT产生开路，但机车不会马上失去动力，还会自行负载运行一段时间，在此期间故障波形中的大量谐波会造成牵引逆变器的温度升高，在开路故障不易及时发现并排除的条件下，久而久之会造成牵引逆变器的使用寿命降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于在实际故障维修过程我们发现，同一台机车的牵引逆变器上IGBT同时发生3个或3个以上的故障几率几乎为零，故多数为同一时间一个或两个功能管产生故障。因此，在对牵引逆变器常见故障进行维修时可以针对这种情况只设计单管故障开路和双管故障开路两种故障类型诊断模式，这样可以合理规避无用环节，使维修工作更加高效。
3地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的作用
3.1牵引逆变器控制
在实际应用中，地铁车辆电气牵引系统通常会利用牵引逆变器控制技术，来完成对自身牵引系统直流侧电流谐波的控制操作。受此影响，地铁车辆电气牵引系统，除了将面临交流牵引电机，在运行时所要使用到的基波电压之外，还需要对其中所包含的谐波电压成分进行控制。利用牵引逆变器控制技术，地铁车辆电气牵引系统能够在不同开关函数的指引下，形成不同的开关状态。这样，地铁车辆电气牵引系统的变频电压，会在系统的交流电压作用下，与牵引电机的定子段形成电流作用。电气牵引系统中的逆变器，会被自身所产生的基波电流所吸引，而产生逆变效应。一般每台地铁车辆机车上都会配置有4台牵引电机，并为其提供VVVF三相电源。每台牵引电机都能与电源形成一个独立的控制系统，产生的电流成分数值为主要受牵引电机相电流基波分量幅值、牵引电机基波电流滞后基波电压的相位角、谐波次数、谐波电流与相应谐波电压的滞后相位角等因素所影响。
3.2线性滤波控制
为了更好的控制，地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波。当前地铁系统还使用线性滤波的方式，通过滤波装置不同控制变换，来形成不同幅度的谐波衰减，一般情况下，其衰减程度与滤波装置的参数，及正向电流频率等因素密切相关。除此之外，滤波的控制因素，还会和地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的振动衰减幅度有一定关系。同时，其控制模块中，还聚集了8个3300V/800A的IGBT元件，这些元件有着制动三相逆变器三相桥臂的重要作用。元件中的模块能够充分发挥热管散热、温度传感、电源控制、脉冲分配等职能。地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波，将在这些元件的影响下被进一步模块化和标准化，线路上的散乱电感，会因此而被吸收掉，电路系统中的谐波将变得更加简洁可靠。目前，先进的地铁车辆电气牵引系统，能够依靠这些IGBT元件所引入的自然风，形成好的散热效果，从而使系统变得更加环保和简洁，其实用性也将因此而进一步得到提高，有着广阔的发展潜力。
3.3仿真验证分量
为了验证地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波的实际应用效果，技术人员通常会利用仿真验证的方式，来检验其实际工作情况，方式如下：（1）首先，技术人员应利用一台50赫兹的交流电牵引逆变器，向地铁车辆的电机进行供电。通常情况下，这时除了会在测量仪器上发现直流成分之外，还会发现电流存在着明显的低频率谐波成分。技术人员可以将逆变器所输出的VVVF交流电压，对牵引电机进行供应，使逆变器的输入侧出现各种不同成分的谐波电流；（2）这些谐波电流能够达到正常频率的6倍左右。这样大量的谐波电流将不仅会影响到逆变器输入端口，还将对整条馈电线路造成负面影响。为解决这一问题，技术人员在牵引逆变器的输入端口设置线路的低通滤波器，这样可以有效避免出现电流震荡问题和电磁干扰问题，保证地铁车辆能够在电力系统的保障下，安全、顺利、平稳的得到运转。
结语
牵引逆变器是地铁车辆运转的核心组成部分，其运行的质量直接关系到城市轨道交通的运输状况，分析和统计牵引逆变器的常见故障，并依照支持向量机的能力进行分析和建模，帮助牵引逆变器维修工作是十分必要的，这也是我国地铁车辆牵引逆变器维修未来的主要发展方向。
参考文献：
[1]郭美莉，王芳.滤波电路在直流稳压电路中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（15）：132-133.
[2]左全生.电感滤波电路的研究[J].常州工学院报，2017，24（06）：34-35+7
论文作者:刘永发,李宽宏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：逆变器论文; 地铁论文; 谐波论文; 电流论文; 车辆论文; 系统论文; 故障论文; 《防护工程》2018年第34期论文;