7.4TGF23系列逆變器的組成參數(shù)與原理25T型客車逆變

25T型客車逆變器是專為25Ｔ新型DC600V供電客車空調(diào)電源研制開發(fā)的，采用DC-AC變換技術(shù)。逆變器設(shè)兩臺互為獨立的熱備逆變器單元，逆變器容量：2×35kVA逆變器＋10kVA隔離變壓器。當(dāng)某一臺逆變器發(fā)生故障造成停止輸出時，另一臺逆變器可通過轉(zhuǎn)換向兩路負(fù)載供電，以確?？蛙囉秒娫O(shè)備的正常工作。7.4TGF23系列逆變器的組成、參數(shù)與原理

輸出的三相三線制AC380V經(jīng)此隔離變壓器通過星形三角形電路轉(zhuǎn)換變?yōu)槿鄮е芯€（三相四線制）及三組AC220V輸出使其波形更加平滑，供伴熱、通風(fēng)機(jī)，插座等負(fù)載使用。

隔離變壓器

一、結(jié)構(gòu)組成2臺35kVA的逆變器+1臺不小于10kVA的變壓器二、主要技術(shù)參數(shù)輸入：DC600V（500V~660V）

輸出：380V±5%

控制電路電壓：DC110V（DC130V~77V）額定輸出容量：2×35kVA額定輸出頻率：50±1Hz三相四線變壓器輸出容量：≥10kVA7.4TGF23系列逆變器的組成、參數(shù)與原理三、逆變器的基本工作原理DC600VR緩沖及濾波A0CBUAUBUAB=UA-UBUAB=UA-UB1、基本原理三、逆變器的基本工作原理直流電變成交流電的過程即成為逆變.電力機(jī)車品質(zhì)很差的單相交流電無法直接供給客車的用電設(shè)備,內(nèi)燃機(jī)車輸出三相電壓頻率變化也不能直接使用,因而都需要逆變.在每個周期內(nèi)將直流電壓分成若干脈沖,脈沖的寬度左右對稱,這些脈沖的面積正好等于正玄波面積.如果輸出不帶濾波器,稱為調(diào)制波輸出,調(diào)制頻率f=Kx50,調(diào)制頻率越高,電動機(jī)的電流波形越接近正玄波.輸出電壓為AC380V與所需要的直流電壓之比,稱為調(diào)制深度,不同的調(diào)制深度對應(yīng)不同的輸入電壓等級.國外有600V、670V、720V、750V等，但輸出也有AC440V。按照正弦波規(guī)律的調(diào)制脈沖，控制6只IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，即可輸出三相調(diào)制電壓，經(jīng)LC濾波后，變成正玄波，調(diào)制頻率越高，濾波器體積越小，但技術(shù)難度較大。1、基本原理兩個概念：

強(qiáng)迫啟動或突投――負(fù)載直接啟動而不實行VVVF啟動的方式稱為強(qiáng)迫啟動或突投。調(diào)制頻率：逆變器的輸出是將直流電壓分割成若干個脈沖，這些脈沖的面積，正好等于正弦波的面積。通常情況下，一個周期內(nèi)脈沖的個數(shù)乘以50即為調(diào)制頻率。

2、軟啟動

采用輸出電壓（U）和輸出頻率（f）同時變化并保證U/f=C（常數(shù)）即可實現(xiàn)軟啟動。

DC600V輸入電路緩沖電路中間支撐電路三相橋式逆變電路逆變電路交流濾波電路輸出電路負(fù)載放電電路LVLVLAALALVLV

CPU主板

驅(qū)動板

聯(lián)絡(luò)開關(guān)下部網(wǎng)關(guān)PLC網(wǎng)關(guān)逆變Ⅱ電路綜合柜信息顯示屏

注：紅色為CPU輸入信號藍(lán)色為CPU輸出信號棕色為驅(qū)動板輸出信號

逆變器原理方框圖四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成1．輸入輸出隔離電路KM1、KM3KM1、KM3電磁接觸器，其主要功能是在逆變器、輸入電路或輸出負(fù)載發(fā)生故障時實施隔離，防止故障擴(kuò)散。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3（一）主電路的組成2．中間支撐電路C1、C2；R1、R2主要由濾波電容C1、C2組成。其主要功能是濾平輸入電路的電壓紋波，當(dāng)負(fù)載變化時，使直流電壓平穩(wěn)。由于逆變器功率較大，因此濾波電容的容量較大，一般使用電解電容。但由于電解電容的電壓等級限制（一般最高工作電壓為450V），需要兩個電容串聯(lián)后再并聯(lián)。由于電容自身參數(shù)的離散，使得串聯(lián)的兩個電容電壓無法完全一致，因此采用電容兩端并聯(lián)均壓電阻的方法，如圖中的R1和R2。R1和R2的另一個作用是在逆變器停止工作時，將電容上的電壓放掉。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3（一）主電路的組成3．緩沖電路

由R0和KM2組成。電容的特性是電壓不能突變，因此在合閘瞬間，電容的電壓很低，基本可以認(rèn)為瞬間短路，因此對電源造成很大的沖擊電流，這個電流足以使保護(hù)熔斷器熔斷，因此逆變器電流一般都有輸入緩沖電路。其工作原理為：在輸入端施加電壓時，先通過緩沖電阻R0對電容充電，當(dāng)電容電壓充到一定值時（比如540V），KM2吸合，將R0短路。只有在電阻R0短路后，三相逆變電路才能啟動工作。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3（一）主電路的組成4．橋式三相逆變電路由V1～V6組成的橋式三相逆變主電路是逆變器的核心電路，目前大部分逆變器采用IGBT和IPM作為開關(guān)器件。IGBT是MOSFET和GTR復(fù)合的產(chǎn)物，具有GTR的導(dǎo)通特性和MOSFET的驅(qū)動特性，驅(qū)動簡單、功率小，開關(guān)頻率高，通態(tài)壓降低、損耗功率小。IPM是一種智能型模塊，是把IGBT的驅(qū)動電路、保護(hù)電路及部分接口電路和功率電路集成于一體的功率器件。35KVA等級的DC600V逆變器一般采用1200V/300A的模塊，IGBT和IPM分為單單元和雙單元，所謂雙單元是指一個模塊上包含上下橋臂的兩個IGBT（或IPM）。6只單單元器件或3只雙單元模塊可構(gòu)成三相逆變器的主電路。

DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3

該電路由六個大功率IGBT組成一個三相橋式逆變電路，此電路是逆變器的心臟，另有三個電容對IGBT進(jìn)行保護(hù)。IGBT作為開關(guān)元件，具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動簡單、損耗低的特點。直流600V經(jīng)此電路逆變?yōu)槿嗳€的380V正弦交流電。三相橋式逆變電路（一）主電路的組成5．交流濾波電路由L1～L3和C1～C3組成，主要是將逆變器輸出的PWM波變成準(zhǔn)正弦波。早期的逆變器輸出波形PWM波，諧波含量高，很多負(fù)載無法適應(yīng)。根據(jù)鐵道部新的技術(shù)條件要求，25T客車使用的逆變器輸出為正弦波。由于驅(qū)動和保護(hù)技術(shù)的不斷完善，使逆變器的調(diào)制頻率提高，最高可達(dá)到6k～8k，因而濾波電感和電容的體積并不太大。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM31）T1、T2時間內(nèi)，V1、V4同時導(dǎo)通，U為+，V為-，uUV為+且Um=Ud。2）T4、T5時間內(nèi)，V2、V3同時導(dǎo)通，U為-，V為+，uUV為-且Um=-Ud。3）T3、T4時間內(nèi)，V3、V6同時導(dǎo)通，V為+，W為-，uVW為+且Um=Ud。4）T6、T1時間內(nèi)，V4、V5同時導(dǎo)通，V為-，W為+，uVW為-且Um=-Ud。5）T5、T6時間內(nèi)，V5、V2同時導(dǎo)通，W為+，U為-，uWU為+且Um=Ud。6）T2、T3時間內(nèi)，V1、V6同時導(dǎo)通，W為-，U為+，uWU為-且Um=-Ud。

上下橋臂的‘死區(qū)’SPWM波形V1V2V3V4V5V6uUVWUuuVWT1T2T3T4T5T6T1（二）主電路的工作原理ABV1V2V3V4V5V6UVWUd（三）逆變器的保護(hù)功能1．過壓保護(hù)輸入電源、電動機(jī)的突然停止和線路感抗等是引起逆變器過壓的原因。對于輸入電源的短時過壓，逆變器一般進(jìn)行檢測后，自動停止工作，當(dāng)電源恢復(fù)正常后，逆變器可以自動重新工作，但對于輸入電源的長時間過壓，則逆變器將切斷輸入電路進(jìn)行隔離保護(hù)；對于電動機(jī)的突然停止，由逆變器本身的中間支撐電容和系統(tǒng)內(nèi)其他負(fù)載消化；對于線路感抗產(chǎn)生的過電壓，則依靠逆變器自身的吸收電路來解決。2．欠壓保護(hù)由于接觸網(wǎng)電壓的波動，有可能造成輸出欠壓，但在這種情況下逆變器可以不停止工作，而是采取降頻降壓的方式工作，即當(dāng)輸入電壓低于540V時，逆變器按照U/F=C的規(guī)律降頻降壓工作。電力機(jī)車由于存在過分相的問題，因此欠壓保護(hù)可以不考慮保護(hù)，而只是進(jìn)行提示。3．過流保護(hù)逆變器在下列情況下會出現(xiàn)過流：（1）負(fù)載尤其是電動機(jī)負(fù)載的沖擊；（2）輸出側(cè)短路；（3）自身工作不正常，如逆變橋臂中某個IGBT損壞、上下橋臂同時導(dǎo)通等。25T客車用的逆變器在技術(shù)要求中已明確要求逆變器具備承受電動機(jī)負(fù)載突加與突減的能力；當(dāng)輸出側(cè)和負(fù)載發(fā)生短路時，逆變器能立即封鎖脈沖輸出，并停止工作，這種保護(hù)是一次性的，必須在故障清除后，逆變器才能重新工作。逆變器在三相輸出側(cè)都安裝了電流檢測傳感器，傳感器的輸出信號既做輸出電流的監(jiān)測，又用于過流和過載保護(hù)；逆變器的內(nèi)部過流保護(hù)一般依靠IGBT的驅(qū)動模塊或IPM的內(nèi)部電流檢測電路來實現(xiàn)，其原理是檢測IGBT或IPM導(dǎo)通時的管壓降Uce，當(dāng)器件故障時，Uce會發(fā)生變化，根據(jù)變化來判斷是否過流并采取保護(hù)對策，如減低驅(qū)動脈沖的幅值、封鎖脈沖等。4．過載保護(hù)由于某種原因，使逆變器的輸出超過其自身的輸出能力，稱為過載。逆變器的過載檢測由輸出側(cè)的電流傳感器或輸入側(cè)的直流電流傳感器完成。一般情況下逆變器的過載保護(hù)為反時限特性，即設(shè)定過載電流為額定電流的1.5倍持續(xù)1min后保護(hù)，低于1.5倍可延長保護(hù)動作時間，高于1.5倍時則保護(hù)動作的時間小于1min。5．過熱保護(hù)IGBT工作時，產(chǎn)生各種損耗，其中主要包括導(dǎo)通過程損耗、通態(tài)損耗和關(guān)斷時的損耗，這些損耗以熱量的形式通過散熱器向外傳送。當(dāng)調(diào)制頻率低即IGBT的開關(guān)頻率低時，通態(tài)損耗占主要成分，散熱器的溫升不會太高，而當(dāng)開關(guān)頻率增高后，IGBT的開關(guān)損耗便不可忽略，因此散熱器溫升相對升高。半導(dǎo)體器件工作在較高的溫度環(huán)境下，性能、壽命、可靠性等都受到影響，因此需要對IGBT進(jìn)行過熱保護(hù)。25T客車使用的逆變器開關(guān)頻率比較高，靠散熱器的自然冷卻有一定的難度，因此大都采用風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻，當(dāng)散熱器的溫度達(dá)到一定值時（設(shè)置為65oC～80oC不等），風(fēng)扇啟動。當(dāng)散熱器溫度超過允許溫度時，安裝在散熱器上的熱保護(hù)繼電器給出信號，逆變器的控制電路自動封鎖脈沖，逆變器停止工作。（四）逆變器故障時的對策

逆變器的可靠性對保障客車空調(diào)系統(tǒng)的正常工作至關(guān)重要，在提高逆變器的可靠性要求的同時，應(yīng)當(dāng)考慮故障情況下的對策。25T客車采用兩個35kVA逆變器，其中一個專門為空調(diào)機(jī)組供電，而另一個為其他三相負(fù)載供電，在一個逆變器出現(xiàn)故障時，通過控制系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換到無故障電源，同時空調(diào)機(jī)組減半載運行。NBQ1KM1KM3KM2NBQ2綜合控制柜小結(jié)：逆變器的組成、參數(shù)和原理；7.5TGF23系列逆變器的使用與故障(一)使用中應(yīng)注意的基本問題1．必須注意輸入DC600V和DC110V的極性不能接反。2.兩個逆變器的輸出不能并聯(lián)，逆變器的輸出三相禁止接入其他電源。3．逆變器工作之前，最好能測量負(fù)載三相是否平衡，是否存在短路。4．啟動時先合DC110V控制電源再合主電源，停止時先斷主電路電源，再斷控制電源，禁止工作中突然斷開控制電源。5．避免逆變器在空載輸出情況下，突加全部空調(diào)負(fù)載（控制電源正常，空調(diào)主電路開關(guān)由斷開狀態(tài)突然合閘）。

NBQ1NBQ2NBQ1NBQ2PEPE允許不允許(一)使用中應(yīng)注意的基本問題6．模擬量控制線、數(shù)字信號線和通信線采用屏蔽線，屏蔽層靠近逆變器的一端接在控制電路的公共端（COM），另一端懸空。7．開關(guān)量、控制信號線可以不用屏蔽線，但同一信號的進(jìn)出兩根線盡可能使絞在一起。8．兩臺逆變器分別接地，不允許兩逆變器的地線連接后在接地

NBQ1NBQ2NBQ1NBQ2PEPE允許不允許

二、維護(hù)與檢修

根據(jù)機(jī)車車輛的一般檢修體制并考慮到25T客車逆變器箱的特點，本逆變器的修程分為入庫檢修、日常維護(hù)、一級檢修A1、二級檢修A2、三級檢修A3、四級檢修A4。檢修周期定義：一級檢修A1：30萬公里二級檢修A2：60萬公里三級檢修A3：120萬公里四級檢修A4：240萬公里

二、維護(hù)與檢修

1．出、入庫檢查檢查各吊裝螺絲是否松動及門鎖是否鎖緊。檢查電源系統(tǒng)是否正常，接入DC600V應(yīng)能正常工作。2．日常維護(hù)該客車逆變器箱正常運行情況下不需要維護(hù)。但為保證其正常安全運行，應(yīng)經(jīng)常檢查箱體安裝螺絲、各部分緊固螺絲及門鎖，確保沒有松動。部位檢查項目檢查內(nèi)容判斷依據(jù)及相應(yīng)對策A1修A2修A3修A4修逆變器箱體骨架變形、傷痕、裂紋裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復(fù)或更換?！獭獭坦耖T變形、傷痕、裂紋裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復(fù)或更換?！獭獭炭刂凭€插頭變形、傷痕、裂紋、松動裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復(fù)或更換，有松動情況需要重新擰緊或更換?！獭獭獭瘫?5T客車逆變器A1～A4檢修部位檢查項目檢查內(nèi)容判斷依據(jù)及相應(yīng)對策A1修A2修A3修A4修逆變器箱內(nèi)部檢查布線老化、破損更換老化嚴(yán)重及破損的導(dǎo)線√√√√√√接線端子、密封套、連接器變形、破損、脫扣、生銹，更換。緊固螺釘松動、脫落重新擰緊√√√逆變器模塊布線檢查緊固件檢查布線情況及緊固件如出現(xiàn)上述問題則采取相應(yīng)對策√√√密封圈存在永久變形或彈性差時需更換√√√散熱器檢查檢查積灰情況并除塵√√√電容組件電容漏液或塌陷時更換電容或組件√√√√IGBT元件元件有裂紋或放電痕跡時查明原因并更換相應(yīng)元件√√√√逆變器箱內(nèi)部檢查電阻、濾波器、電流／電壓傳感器外觀檢查表面如積灰，需清掃干凈，脫色或損壞，需更換。√√√√接線端子檢查有松動的連接部分重新緊固，更換有裂紋或變形的部分?！獭獭蘈C濾波器檢查風(fēng)扇轉(zhuǎn)動情況，不正常則更換。√√√√接觸器通電動作情況觸頭是否有連跳、卡死、粘連，出現(xiàn)任何異常必須更換?！獭獭獭逃|頭表面顏色或磨損觸頭表面顏色發(fā)黑或磨損超過1.5mm，更換接觸器。√√√√散熱風(fēng)扇外觀檢查若有破損，需更換?！獭獭獭掏妱幼髑闆r通電情況下，動作不正常，需更換?！獭獭獭探^緣檢測高壓端對地低壓端對地高低壓之間用500V搖表測量√√試驗控制系統(tǒng)整機(jī)功能依據(jù)使用說明書分別進(jìn)行弱電、強(qiáng)電實驗?！獭獭獭倘?、調(diào)試試驗調(diào)試的原則是先弱電，后強(qiáng)電，先輕載，后重載。此項試驗需要另外配套提供穩(wěn)定的不小于70kW的DC110V動力電源和不小于200W的DC110V控制電源、能測量逆變器的輸出基波電壓、電流及輸出基波頻率的諧波表，以及相應(yīng)負(fù)載。1．弱電試驗僅給控制箱提供DC110V直流電壓，逆變器的開關(guān)電源插件控制開關(guān)置合（ON）位，開關(guān)電源應(yīng)能正常工作。此時逆變器的主控板4A燈閃爍，逆變器板6A燈閃爍。檢查逆變器的主控板、逆變器控制板上的指示燈，除主控板27A燈周期性閃爍外應(yīng)無任何紅色指示燈亮。若有紅色指示燈亮，表明系統(tǒng)有故障，應(yīng)排除故障后方可進(jìn)行后續(xù)試驗。2．空載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，逆變器應(yīng)能正常啟動，待穩(wěn)定后測量逆變器和變壓器的三相輸出電壓、輸出電壓的上升率、輸出電壓峰值，測量值應(yīng)符和技術(shù)要求。

3．輕載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，給逆變器帶上小風(fēng)機(jī)（1～3kW）、變壓器帶小負(fù)載，應(yīng)能正常啟動，輸出電流、電壓、頻率應(yīng)符合技術(shù)要求。4．額定負(fù)載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，給逆變器和變壓器帶上額定負(fù)載運行，應(yīng)能正常啟動，輸出電流、電壓、頻率應(yīng)符合技術(shù)要求。四、常見故障分析及處理

在正常情況下，從置于車上的信息燈查看到逆變器正常的信號顯示，表示逆變器正常。另外，顯示屏還可以查看到有關(guān)逆變器的更詳細(xì)的信息。一般情況下，當(dāng)客車逆變器發(fā)生故障時，在置于車上的顯示屏上會有相應(yīng)的故障顯示或故障提示。檢修時，可根據(jù)故障提示進(jìn)行有針對性的檢查、試驗和處理，從而確定具體故障點。在進(jìn)行故障處理或檢修結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行通電試驗，以確保電源狀態(tài)完好。利用本裝置控制箱插件面板上信號燈及機(jī)車顯示屏信息可對故障進(jìn)行判斷及排除，見表4—2。表7-8逆變器故障處理序號現(xiàn)象描述輸入輸出板主