唐梓健
深圳市地铁集团有限公司运营总部 广东深圳 518040
摘要：辅助逆变器作为地铁列车关键的驱动部件，随着运行年限的增加其故障率有上升的趋势，急需开展列车辅助逆变器模块的试修工作，通过梳理试修过程中的各类故障、查阅相关维修标准等途径，结合现有的维修手段，对维修中遇到的困难逐个攻关，并制定后续的工艺标准和维修策略。
关键词：辅助逆变器；自主维修；原理及应用
引言
随着运行年限的增加，深圳地铁1、5号线株型列车陆续出厂家质保期，面临着可修复备件提供紧张、供车压力大的困境。而列车辅助逆变器为列车的关键驱动部件，其工作状态也将逐渐不稳定，故障率有上升的趋势。同时受厂家技术封锁，国内同行普遍采取委托原厂家，但周期长且委外维修价格昂贵。因此急需开展对地铁列车的逆变器试修工作，提升可修复件的维修质量，提高自主维修能力。
1辅助逆变器结构及原理
目前我司地铁列车的供电制式主要采用DC1500V供电电压制式，允许电压波动范围为DC1000～1800V。其中西门子辅助逆变器为典型的双逆变器拓扑结构，其直接从供电电网取电，直流输入电压高、输入电压波动范围大、且要求输出电压和频率稳定、输出电压谐波含量低。列车辅助逆变器正常工作时，其内部的主控制器根据采集到的电压、电流以及网络控制信号发出对应的低压的PWM信号给两块驱动板，由驱动板实现PWM信号的隔离放大以驱动IGBT，并通过隔离变压器耦合输出稳定的三相交流电源。
2辅助逆变器试修
2.1面临的困难
西门子紧凑型辅助逆变器因内部元件多结构复杂，其拆卸、安装困难，耗时长。逆变器维修测试手段能力有限，缺少内部电路及元器件检测标准。试修过程中遇到的技术难点多，缺乏维修参考资料。
2.2攻克紧凑型逆变器关键工艺
对辅助逆变器进行阶段性分解，掌握内部结构及电路，便于后续逆变器维修中形成分解组装的工艺流程及内部元器件的辨识能力。
2.2.1分解组装关键工艺
针对西门子辅助逆变器结构复杂紧凑，采取分阶段进行试分解，梳理分解过程中的工序及注意事项，对导流板衔接、电解电容、IGBT安装力矩及安装的步骤进行明确。
2.2.2子部件检测工艺
由于生产厂家未提供内部技术资料，特别是各电子板件的电路图，研究逆变器各部件功能困难，利用现有技术能力，开展逆变器的部件拆验工作，对接口定义进行梳理。在试修期间对模块内部电路、组件结构进行分析，并在确保模块无损伤的情况下逐步分解，逐步形成测试标准、检测手段。如驱动板K1、K2进行MOS检测，对电容C1-C12进行容量测试，对放电电阻R1-R6进行阻值测试。
用电桥进行电容容量测试，测试频率为100HZ，测试标准为（100hz下，5000uF-5300uF）。用万用表调到欧姆档测量X90两个温感阻值（标准为9-13kΩ），使用万用表测量六个放电电阻阻值（标准为3.8kΩ）。
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2.2.3逆变器整体性能测试
对试修逆变器进行装车试验并跟踪其正线运行状态，先后通过了库内静态调试、高压空载测试、高压满载测试、试车线动态调试、正线运营测试等试验，评估试修阶段的维修手段及诊断能力，检验试修后的逆变器运行质量。
2.3试修中技术难点的突破
2.3.1彻底解决“DCLinkAsymmetry”故障
由于1、5号线株型车A车与B、C车辅助逆变器在接线方式上存在区别，辅助逆变器X9、X12之间采用短接片进行短接，A车短接片为外置式，位于红色层压板内，模块下车后不带短接片；B、C车短接片安装在辅助逆变器上，模块下车后带短接片。现通过技术通知单下发对X9、X12之间短接片使用进行明确。其中X10（+）、X9（-）之间形成DC750V输入给辅助逆变器的K1板工作，X12（+）、X11（-）之间形成DC750V输入给辅助逆变器的K2板工作，X9（-）与X12（+）之间即为短接片位置，使得两个半桥之间形成串联，确保DC1500V供电电压的工作稳定。
2.3.2K1/K2板隐性故障点突破
IGBT的驱动电路（K1/K2板）的主要功能：过流检测保护及故障信号反馈。驱动板还具有通过检测IGBT导通压降的方式判断IGBT是否已经过流的功能。根据不同的IGBT特性，驱动板设定了IGBT过流所对应的阈值作为基准，一旦超过基准值驱动板立即在短时间内按照软关断功能封锁输出，实现IGBT的过流保护；同时高压侧的过流检测电路发出故障信号，通过光纤耦合器将故障信号反向传输到主控制器M2500，主控制器将封锁全部PWM信号的输出并作停机处理。在辅助逆变器的维修中驱动板的故障类型主要有两种，具体如下：
2.3.2.1K1/K2板光纤隔离信号传输不稳定
在辅助逆变器故障修中经常遇过“对内部元器件检测无异常且通过试验台测试良好通过“的模块装车时发现依旧有故障，逆变器显黄。目前驱动板在实际运行当中主要表现为两种故障情况：一种是线上运行报出严重故障后无法恢复；另一种是线上运行时不可预料地报出严重故障，回库检修时，对辅助逆变器DC110V电源断电重启后可恢复正常工作，但上线运行后又会报故障，工作状态呈现不稳定的现象。对更换下来的驱动板进行外观检查，绝大部分的失效驱动板外观上看不到异常。在经过一段时期和对一定数量故障驱动板件的跟踪分析及测试后，确定了隐性故障的驱动板主要原因：驱动板上的光电隔离信号传递器件存在运行不稳定的情况。
2.3.2.2K1/K2板MOS管击穿
通过对K1/K2板上MOS管的PN结阻值进行正向导通检测，即可发现是否出现异常情况。
2.3.3IGBT检测及更换策略
西门子辅助逆变器IGBT型号为FF300R17KE3英飞凌1700V/300A。对于IGBT模块的检测，从电路原理图进行初步分析。每一项输出是有2个IGBT模块并联控制的，而每一个IGBT模块又由1个三极管和一个MOS场效应管串联组成。按照由局部到整体的思路进行检测，使用万用表测量IGBT的CE极正向和反向电阻.目视检查IGBT外观是否有严重放电烧损或破损现象，使用万用表测量IGBT各触点阻值，具体检测方法如下：
图1IGBT实物图
经分析并结合子部件之间的电气连接，梳理出西门子辅助逆变器IGBT的各触点的接口定义，各触点阻值测试标准.
3结束语
通过对西门子辅助逆变器的自主维修，积累技术经验和制定工艺标准，培养专业性人才，同时从元件选型方面进行考量，便于在后续新车采购合同中对逆变器子部件的技术要求提出建设性意见。
论文作者:唐梓健
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/5
标签：逆变器论文; 故障论文; 测试论文; 阻值论文; 电压论文; 列车论文; 模块论文; 《防护工程》2018年第18期论文;