关键词：地铁车辆；应急通风逆变器；使用维护
引言
在地铁车辆内设置一套合理的空调、采暖、通风系统是提高乘坐舒适性必不可少的。这套系统从空气的温度、湿度、洁净度以及气流速度等方面对室内空气品质进行控制,从而满足空气舒适性的要求。列车正常运行时,车厢内通风换气系统可满足以上要求;但当交流动力电源失效时,空调系统应自动转入应急通风状态,应急通风使用空调蒸发风机,由蓄电池提供110V电源通过应急逆变器给风机供电,向车内送入新风,以保障乘客的健康和安全。
1概述
应急通风逆变器允许直流输入电压在77～137V范围内变化,直流侧电压随着负载及输出电流的变化而改变,因此为了保持输出基波电压为一预设值,必须加上一个电压调节电路或机制。为了保证在一定的输出频率范围内逆变器的输出电压与风机要求的U/F曲线保持一致,保证整机效率和风机的输出转矩。逆变器采用SVPWM调制技术使输出电压和风机线圈电流中的谐波含量更少,有利于提高直流供电电源的利用效率。
2基本工作原理
2.1主电路原理
紧急状态下，车辆蓄电池组持续输出的DC110V输入到逆变器，经过输入滤波器、主接触器，通过LLC串联谐振电路和变压器后升压成DC560V，再通过IPM和输出滤波电感和滤波电容后变成AC380V三相电压输出，提供给车辆空调风机。实现紧急情况下的车厢通风。这样有效减少了输出正弦电压波形中的谐波成分，提高了电源品质，实现了输出电压与蓄电池电压的电气隔离，此外，有效减少了设备重量，便于地铁车辆轻量化设计。
2.2工作流程
典型的应急通风逆变器工作流程如下：
2.2.1步骤1逆变器得电后开始自检，首先检测是否有启动信号，若启动信号正常，逆变器开始工作，同时继续检测输入电压，检测其是否存在过、欠压情况，如果输入电压正常，则KM1吸合，逆变器执行步骤2，当未检测到启动信号或输入电压异常时，再次执行步骤1。
2.2.2步骤2逆变器中的升压部分开始工作，将输入的DC110V升压至DC560V，逆变器执行步骤3。
2.2.3步骤3逆变器中的逆变部分开始工作，此时主控板发出驱动信号给驱动板驱动IPM将DC560V逆变成AC380V，此时逆变器同时进行输出过流、缺相、过热检测。在工作过程中，逆变器不停检测启动信号，当启动条件不成立时，将停止输出。
3检测电路的设计
3.1直流输入电流检测
电流传感器LEM2检测Boost的输入电流,主要是防止输入电流过流,并对逆变器起到保护作用。
3.2直流电压检测
该接口由输入电压和输出电压检测组成，电压传感器的电流输出信号引入控制板,该电流转换为电压信号后,经过低通滤波后,输入到电压跟随器,再经过二次滤波,最后经过一系列变化后输出直接进入输入口进行采样,其功能是对输出进行恒压控制。
3.3温度检测
是两端电子集成的温度传感器件,可以输出与温度成正比的电流信号。
4IPM模块SVPWM的实现
该逆变器是一个六单元智能功率模块IPM,它是先进的混合集成功率器件,由高速低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及保护电路构成。并且由于IPM集成了过热和欠压锁定保护电路,系统的可靠性得以进一步提高。该模块的工作原理是通过SVPWM控制方式把DC400V电压逆变成三相交流电,再通过滤波器滤波生成266V、频率为35Hz的三相正弦电压。应急通风逆变器以DSP为控制核心,其控制功能包括Boost升压的实现、IPM逆变器SVPWM的实现以及控制整个系统的能量走向。该系统的控制程序用C语言实现,其整个程序分为:主程序、T1中断子程序、电机低压补偿子程序、正弦查表子程序、直流电压检测子程序、电压调节和过欠压保护子程序、过温保护子程序。
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5保护动作及故障处理
5.1逆变器主动保护
应急通风逆变器的故障包括输入过流、反接，散热器过热，输入过欠压，负载过载，缺相、负载短路等。发生这些故障时，逆变器会对自身元器件进行主动保护。
5.1.1输入欠压、过压保护
当蓄电池输出电压在DC68～76V范围内时，逆变器停止工作并处于输入欠压保护状态。系统循环检测输入电压，当电压恢复正常后，逆变器开始重新启动工作。当蓄电池输出电压在DC138～150V范围内时，逆变器停止工作并处于输入过压保护状态。系统循环检测输入电压，当电压恢复到正常后，逆变器开始重新启动工作。
5.1.2输出过载保护
当应急通风逆变器实际输出容量超过额定容量的120%时，60s后即停止输出，逆变器可以重新启动。如果30min内发生3次产生过载保护动作，逆变器进入锁死状态，保持无输出状态，直至重新启动。
5.1.3输出短路保护
当应急通风逆变器输出负载短路时，逆变器停止输出。如果5min内发生3次发生短路保护动作，逆变器进入锁死状态，保持无输出状态，直至重新启动。
5.1.4IPM故障保护
当IPM内部发生短路击穿等故障，逆变器停止输出，逆变器进入锁死状态，保持无输出状态，直至重新启动。
5.1.5内部散热器表面过热保护
当逆变器内部散热器温度高于85±5℃时，逆变器停止输出。如30min内发生4次过热保护动作或者5min内一直过热，逆变器进入锁死状态，保持无输出状态，直至重新启动。
5.1.6反接保护
当逆变器输入DC110V正负极性接反时，逆变器不工作，自身器件不会损坏。
5.2其他故障及处理
5.2.1上电不启动
检查逆变器输入电压和启动信号是否正常。在断电情况下检查接线是否正确及可靠，确保接线无问题后，再次上电，若逆变器仍无法启动，更换预充电接触器KM2。
5.2.2启动后报故障
首先确定逆变器本身是否确实存在故障，及负载是否有短路现象，如果无故障，首先检查交流输出接线是否正确及可靠，若故障仍不能消除，更换核心控制板A1。
5.2.3工作正常但车辆控制单元显示故障
首先确认启动信号是否正常，若正常，该故障一般由于反馈控制回路异常引起，重如果新上电故障仍不能消除，检查逆变器信号反馈接线是否正确且可靠，如果故障依然存在，更换核心控制板A1，仍然故障更换控制板A2。
5.2.4其它故障
由于应急通风逆变器的保护功能很多，任何一种故障保护的触发或瞬间强烈的干扰都有可能引起逆变器报故障，许多因干扰引起的故障可以通过应急逆变器的自动重启功能被排除。此外，逆变器控制板上配置了数码管显示，可以通过数码管显示的预置进行简单的故障判断。
结语
应急通风逆变器是地铁车辆上交流系统故障时，用于为车厢进行紧急通风的电源箱，是地铁车辆电气系统的重要组成部分，是乘客安全性、舒适性的最后一道保障。简要介绍了应急通风逆变器的工作原理及工作流程，详细阐述了应急通风逆变器异常状态下的主动保护机制和常见故障处理方法，对地铁车辆应急通风设备设计及使用维护有一定的参考帮助作用。
参考文献
[1]纪志坡，杨丹燕，刘志刚.地铁车辆应急通风逆变器的设计[J].电力机车与城轨车辆，2006（6）：29-33.
[2]羊利芬，谢湘剑，李小文.一种城轨车辆用紧急逆变器设计[J].大功率变流技术，2002（2）：48-50.
论文作者:陈志恒, 强治政, 赵志敏, 王帅, 石超
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：逆变器论文; 电压论文; 故障论文; 车辆论文; 状态论文; 信号论文; 子程序论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;