铁科院25T客车逆变器电路分析故障处理及使用维护

25T客车逆变器电路分析故障处理及使用维护25Ｔ客车采用的是机车集中供电，分散变流的供电方式，每辆车都配备了2×35ＫＷ+10ＫＷ的逆变器。本文主要对铁科院生产的逆变器的电路原理，工作原理进行了深入剖析；重点对出现的故障进行分析，并提出处理故障和解决问题的办法；对日常使用与维护进行了说明；特别对运行中出现的电气系统故障提出了相应的应急处置预案。摘要关键词25T客车铁科院逆变器电路分析故障处理应急预案使用维护逆变器系统概述25T型客车逆变器是专为25Ｔ新型DC600V供电客车空调电源研制开发的，采用DC-AC变换技术。逆变器设两台互为独立的热备逆变器单元，逆变器容量：2×35kVA逆变器＋10kVA隔离变压器。当某一台逆变器发生故障造成停止输出时，另一台逆变器可通过转换向两路负载供电，以确保客车用电设备的正常工作。该逆变器箱体采用耐候钢结构，箱体为全密封结构，并装有防飞石装置。功率电缆出线采用万可接线端子，控制线也采用万可接线端子。控制装置位于箱体中间腔体前部，逆变器模块位于箱体中间腔体后部，控制箱的后面，正弦滤波器、EMC滤波器、变压器及输出接触器位于箱体两侧腔体。25T型软卧客车逆变器箱外形及安装尺寸如图１所示。（英制管螺纹）散热器门锁散热器下托箱体接地螺柱散热器吊杆安装座门板门板散热器散热器吊杆主要技术参数和性能指标1、额定容量：逆变器：2×35kVA(按负载功率因数＜0.8考虑)隔离变压器：10kVA2、逆变器效率不小于90%(额定输出负载)3、额定输入电压：DC600V电压范围：DC500V～DC660V，相对峰-峰纹波因数≤15%，瞬态过电压720V，允许持续不小于2s，1200V允许持续不小于200μs。控制回路：额定电压：DC110V电压范围：DC80V～DC130V，相对峰-峰纹波因数≤15%；4、输出电压恒压恒频(CVCF)方式三相交流电压有效值380V5、逆变器输出三相负载允许有不大于20%的不平衡。6、逆变器采用VVVF启动控制方式，满载启动时间应不大于15s，启动过程中，风机和压缩机电机启动电流的最大值应小于稳态电流的1.5倍。7、逆变器应有一定的承受输入电压突变的能力及输入过电压、输出负载过流、缺相、短路和半导体器件过热等保护功能。8、逆变器工作时，噪声应不大于70dB(A)(1m处)。9、主要功率器件散热器的表面温升小于40K。10、平均无故障小时应大于50000h。逆变器原理方框图说明逆变器将客车控制柜接入的DC600V电源，通过充电电阻到中间支撑电路再到六只IGBT功率开关器件上。同时接入DC110V电源供给控制回路，经电源模块变压给控制电路CPU和IGBT驱动板提供电源。驱动板向IGBT发送开通/截止脉冲信号，使IGBT在逆变控制电路控制下，按设定程序正确导通与关断。与此同时电压检测电路（各电压传感器），电流检测电路（各电流传感器）把检测到各部分工作状态与控制电路中CPU系统预先设定的工作状态比较之后，决定是否发送正常运行或停机保护命令。同时依据输入电压变化按程序动态调节输出电压，使逆变器输出恒压恒频弦脉宽调制电压，经滤波电感与电容构成的LC滤波电路变换为正弦波（380V50HZ）供给空调机组使用。而隔离变压器通过星形三角形电路转换，把逆变器提供的三相380V电压变成三相四线制380V电压并输出三组AC220V交流电供负载使用。DC600V输入电路缓冲电路中间支撑电路三相桥式逆变电路逆变电路交流滤波电路输出电路负载放电电路LVLVLAALALVLVCPU主板驱动板联络开关下部网关PLC网关逆变Ⅱ电路综合柜信息显示屏注：红色为CPU输入信号蓝色为CPU输出信号棕色为驱动板输出信号逆变器原理方框图逆变器电路原理图AV欧LA15LT109欧LA16LT109LA14LT109LA25LT109LA26LT109LA24LT109逆变器电路工作原理分析一、输入电路输入电路原理：该电路由电压传感器LV11、输入电感L1及直流接触器KM11常开触头组成。LV11将检测到的输入电压传送给控制电路的CPU主板,当输入电压值介于DC500--DC660V时，CPU经比较处理后传出信号通过固态继电器将KM11吸合,完成电源输入,并对其进行L形滤波.当电压低于500V或高于660V时，KM11保持断开,同时CPU将输入过压或欠压信号送给控制柜，具有过压欠压保护功能。二、缓冲与中间支撑电路该电路由充电电阻R11、接触器KM12、熔断器FU11，电压传感器LV12，电流传感器LA11，及四个均衡电阻R12—R15，四个电容C11—C14，及另两个电容C15、16组成。其中R11和电容C11—C14组成RC电路，初始阶段为了避免对电容直接充电，电源经R11限流给电容充电，当电容充电达到DC450V时，LV12将检测到的信号传给CPU主板处理后再经驱动单元将KM12吸合，此时R11被短路，电流不经R11而直接经KM12送入后面的环节，实现了对电路的缓冲。此电路经电容滤波后得到较为平滑的直流电压，保证电源品质。该电路由六个大功率IGBT组成一个三相桥式逆变电路，此电路是逆变器的心脏，另有三个电容对IGBT进行保护。IGBT作为开关元件，具有开关频率高、驱动简单、损耗低的特点。直流600V经此电路逆变为三相三线的380V正弦交流电。三、三相桥式逆变电路四、交流滤波电路该电路由三个电感与组合电容构成LC滤波器，对逆变电路输出的斩波脉冲进行滤波，使其波形更接近正弦波，当输出的电压正常时LV13和LA12、LA13将检测到的信号传给CPU处理后传出信号使KM13闭合，进入输出电路。该电路由输出接触器KM13、三个有效值电流传感器及滤波器EMI1组成，经此电路对高次谐波进行滤波，使输出的正弦波波形更加平滑供用电器使用。五、输出电路六、放电电路该电路由放电电阻R16和接触器FKM13组成，当工作完毕断开DC600V电源后，LV12检测到的信号传给CPU，经处理后传出信号使FKM13闭合，中间电路的电容余电经R16放电。注：更换故障部件前，应先关断DC600V主电源，再关DC110V控制电源的原因就是为了使FKM13闭合放电，以保证人身安全。输出的三相三线制AC380V经此隔离变压器通过星形三角形电路转换变为三相带中线（三相四线制）及三组AC220V输出使其波形更加平滑，供伴热、通风机，插座等负载使用。七、隔离变压器八、联络开关KM4当一台逆变器故障另一台正常时。CPU收到故障信号经处理再通过PLC发出减载信号使空调半载运行，然后将KM14闭合。这样就由一台逆变器向两路负载供电，确保客车用电设备的正常工作。逆变器故障分析与处理代码含义故障原因处理方法00正常01输入过压1、用万用表测量实际输入电压2、不过压是电压传感器故障更换电压传感器,3、不过压，电压传感器接线松动或漏电紧固接线或处理漏电4、确实过压，是电网电压过压等待电网电压正常代码含义故障原因处理方法02输入欠压1、用万用表测量实际输入电压2、不欠压是电压传感器故障更换电压传感器,3、不欠压，电压传感器接线松动或漏电紧固接线或处理漏电4、确实欠压，是电网电压欠压等待电网电压正常代码含义故障原因处理方法03输出过压1、用万用表测量实际输出电压2、不过压是电压传感器故障更换电压传感器,3、不过压，电压传感器接线松动或漏电紧固接线或处理漏电4、确实过压，断DC600V，断Q39重新给电一次能自动恢复是由于干扰或软故障引起5、确实过压，按4操作未恢复正常更换驱动板或CPU主板代码含义故障原因处理方法04输出过压1、用万用表测量实际输出电压2、不过压是电压传感器故障更换电压传感器,3、不过压，电压传感器接线松动或漏电紧固接线或处理漏电4、确实过压，断DC600V，断Q39重新给电一次能自动恢复是由于干扰或软故障5、确实过压，按4操作未恢复正常更换驱动板或CPU主板代码含义故障原因处理方法05输出过流1、负载有短路或漏电甩开各负载摇表测量各负载对地绝缘，查找短路故障和漏电故障2、如1正常，判断是逆变器输出端子有短路或漏电处理输出端子短路，漏电故障3、如1、2均正常，判断是电流传感器故障或电流传感器接线松更换，紧固代码含义故障原因处理方法06输出过载1、用电器有过载（如风机卡死、冷凝器脏堵、压缩机卡死等）查找处理用电器过载2、电压传感器或电流传感器故障更换电压传感器或电流传感器故障3、电压传感器或电流传感器接线松紧固接线4、负载确实过大减载运行代码含义故障原因处理方法07IGBT故障1、断DC600V空气开关，断Q39，重新给电一次能自动恢复一般是由于干扰或软故障引起2、按1操作未恢复正常，判断是IGBT故障能自动恢复一般是由于干扰或软故障引起用开IGBT接线，单独量每个IGBT电阻，然后对6个IGBT电阻进行比较，其中有差别较大的IGBT即为此IGBT出现故障，对其进行更换3、如2正常，判断是驱动板故障更换驱动板代码含义故障原因处理方法09散热器超温：散热器上装有一个温度开关，平时常开，当温度超过温升40℃--45℃（外温+40℃--45℃）或超过85℃时闭合，送超温信号给CPU，停止逆变器的工作。1、散热器损坏散热不良修理散热器2、散热器上积污或被异物遮盖去污，去遮盖物3、温度开关未到闭合温度时闭合，判断是温度开关故障更换温度开关4、温度确实过高（由于环境温度太高未超过温升40℃--45℃，却达到85℃）自然冷却，待低于85℃后过一段时间再重新启动代码含义故障原因处理方法0D内部故障中间环节无电1、检查快速熔断器FU11是否正常更换熔断器2、如1正常，检查主接触器KM11和短路接触器KM12是否损坏更换3、如1、2项正常，检查充电电阻R11是否正常（测量电阻值）更换充电电阻4、如1、2、3项正常，检查中间环节电压传感器LV12是否正常更换电压传感器5、如1、2、3、4项正常，检查中间支撑电容C11—C14是否正常更换支撑电容代码含义故障原因处理方法0D内部故障中间环节过流1、检查逆变器输出是有否短路更换逆变器元器件或输出部分电器2、如1项正常，检查电流传感器是否正常更换电流传感器代码含义故障原因处理方法0D内部故障IGBT开关元器件过流保护1、检查IGBT特性参数或损坏如损坏，更换2、如1项正常，检查IGBT驱动器是否正常如损坏，更换驱动板代码含义故障原因处理方法0D内部故障过热保护1、检查IGBT开关元器件特性参数，元件是否损坏元件参数不对或损坏，更换2、如1项正常，检查温度传感器是否正常（详见09散热器超温）更换温度开关3、确实高温自然冷却，减少负载运行等代码含义故障原因处理方法OE接触器故障1、断DC600V、断Q39重新给电一次重新给电如能消除可能是误报或软故障2、检查DC110V电源是否正常（77—135V）处理电源故障3、如2正常，检查主接触器KM11与短路接触器KM12的驱动单元是否损坏（驱动单元：是一个固态继电器间接驱动这些接触器，故称为驱动单元）更换驱动单元4、有无漏电现象（DC110V漏电使主接触器不能吸合）处理漏电现象5、接触器接线松动或脱落紧固接线6、接触器触点烧结更换接触器7、接触器机械故障代码含义故障原因处理方法FE节点离线1、空气开关Q39和箱内DC110V空气开关未合合空气开关2、下部网关坏或接口松动充电机和逆变器离线，是下部网关坏，更换下部网关3上部网关坏或接口松动很多电器设备（如烟火，车门信息）都离线是上部网关坏4、逆变器内CPU板上的通讯片装错了只逆变器离线而充电机正常是通讯片错装，一般发生在逆变1与逆变2的通讯片装错代码含义故障原因处理方法逆变器三相无输出1、检查三相输出接触器是否正常更换接触器2、三相线接线松动或脱落紧固接线代码含义故障原因处理方法逆变器三相输出不正常1、检查三相输出滤波器是否正常（在滤波器前端测量电压，如正常，而在滤波器后端测量不正常，即可判断滤波器故障）更换输出滤波器2、如1正常，检查输出电压传感器是否正常（用万用表测量）更换电压传感器3、检查输出电压传感器接线是否松动或脱落紧固接线代码含义故障原因处理方法二台逆