吳炳嬌

摘 要：本文以地鐵列車牽引系統(tǒng)的電能變換設(shè)備為背景，根據(jù)基于PWM控制的逆變原理，將在列車牽引系統(tǒng)中得到應(yīng)用的牽引逆變器的PIM1模塊，在實際中通過模擬輸入、控制信號及其設(shè)備工作電源，進行相應(yīng)的實驗，實驗結(jié)果表明PIM1模塊能實現(xiàn)逆變，該試驗條件下的電源信號以及控制脈沖能夠滿足列車牽引逆變系統(tǒng)的檢測實驗，因此可以通過此設(shè)備以及試驗條件實現(xiàn)對PIM1模塊的檢修，檢測其功能的好壞，為以后進行進一步試驗及其研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：牽引系統(tǒng)；PIM1模塊；逆變；控制脈沖

1 引言

牽引系統(tǒng)作為列車運行的重要環(huán)節(jié)，在列車運行過程中承擔著列車能否運行的重任。列車牽引系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能分為兩大模塊，PIM1模塊和PIM2模塊，PIM1模塊用于列車牽引以及回饋制動時使用，PIM2模塊則用于列車進行電阻制動時。本文首先對牽引系統(tǒng)與高壓的連接以及預(yù)逆變過程進行了簡單以及原理上的介紹，并針對PIM1的逆變功能展開試驗研究，模擬在其進行逆變過程中的控制電源以及供電電源，提供PIM1模塊的工作試驗條件，并在此試驗條件下對輸出進行相應(yīng)的檢測。

2 牽引逆變系統(tǒng)線路的工作原理

牽引逆變器系統(tǒng)工作主要過程及其各個關(guān)鍵部件的作用介紹如下。

牽引逆變器箱與外界進行連接、實現(xiàn)預(yù)電能變換的連線如圖1所示。1500V的直流電壓，經(jīng)過浪涌吸收器后接地，然后兩個主熔斷器，MF1和MF2，MF1是保護本車的牽引箱，MF2是保護另一個本單元動車的牽引箱設(shè)備。IESS箱里的高壓供應(yīng)開關(guān)HVSS有幾個檔位，分別是：接地位，車間電源位，受電弓位。接受電弓就是在這個位置，如果是車間電源位則是：由W到了A位，直接不用經(jīng)過AD二極管，只給輔助逆變器和高壓列車線供電，并經(jīng)過牽引箱，直接供給A車的輔助逆變器和高壓列車線。如果有受電弓，則一路經(jīng)過二極管到達M4，I經(jīng)過一個保護二極管，其作用是使輸入到列車母線上的電不能本牽引箱，即當一個受電弓不能工作時，另一個受電弓電不能給本車的牽引箱供電。此線路將電源供給高壓列車線和給本單元的A車輔助逆變器箱提供1500V直流電。經(jīng)過AF1和AF2線出牽引箱，AF1用來保護高壓列車線，AF2 用來保護本單元A車的輔助逆變器設(shè)備。

進入到牽引逆變器箱的線路，M7經(jīng)過高速斷路器。電流平衡繼電CBR的作用就是檢測輸入端的電流。一般輸入回路中的電流變化不大，如果一個電路中電流變化很大說明有漏電流的問題，當電流平衡繼電器檢測到電流變化即漏電流超過80A時動作。

預(yù)充電環(huán)節(jié)，預(yù)充電時，開始時LC（線路接觸器）是不會得電的，在AGATE的控制下，CCC（預(yù)充電接觸器）先閉合，經(jīng)過預(yù)充電電阻（CCZ），預(yù)充電電阻的作用就是如果電壓過大進行分壓的，當電壓達到900V，在AGATE的控制下，LC（線路接觸器）閉合。FKZ（濾波放電電阻）的作用是當FK1和FK2放電時，F(xiàn)KZ進行電能的消耗，一般是降弓后有五分鐘內(nèi)放電的過程，與 FK1和FK2并聯(lián)的電路中有相應(yīng)的小電阻，當FKZ出現(xiàn)故障時，則FK1和FK2主要放電給各自并聯(lián)的小電阻，對于放電過程來說DDU上會顯示放電速度慢的故障信息。

PIM1和PIM2是實現(xiàn)電能變換的主要模塊。它負責將1500VCDC變?yōu)?70V左右的交流電。列車工作過程有啟動時進行牽引和將要進行停止時的制動，牽引時只有PIM1模塊起作用，其中起作用的是IGBT。當制動時，列車或者進行回饋制動或者進行電阻制動。回饋制動時也只有PIM2模塊的IGBT上部的兩個IGBT起作用，下邊的IGBT不起作用，硬撬棒和軟撬棒是兩種過壓保護。硬撬棒和軟撬棒的區(qū)別在于：硬撬棒是指自身檢測到電網(wǎng)電壓超過2500V時，則自動進行硬撬棒啟動；軟撬棒則是檢測到電網(wǎng)電壓超過1900V時，則用AGATE進行控制，控制開關(guān)的開通和關(guān)斷才能實現(xiàn)軟撬棒啟動。

3 PIM1模塊檢修實驗

在進行PIM1模塊檢修過程中，我們在對PIM1進行檢測，用30V直流來模擬列車供電的直流1500V，而CPB板的工作電壓為DC48V，DC48V經(jīng)過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后進行逆變再進行整流，經(jīng)過穩(wěn)壓管，及其隔離變壓器，將電壓變?yōu)镈C15V或者DC7V，穩(wěn)壓管是通過觸發(fā)晶閘管的導通來控制IGBT的導通，15VDC作為模擬牽引控制單元PCE給出的信號（AGATE允許IGBT導通的時候才能夠?qū)?，而DC7V或者DC15VDC是IGBT的觸發(fā)能導通的門級輸入電壓值），檢修過程中，發(fā)現(xiàn)對于IGBT的順序，最后一組由于IGBT最后5號和2號安裝是相反的，即上面三個IGBT的編號分別是1，3，2，下面IGBT的編號分別是4，6，5。這樣安排的原因是母排的原因。這樣在對IGBT進行觸發(fā)時，其順序為，6和1，1和5，5和3，3和4，4和5，5和6，按這個順序管子依次導通。在模擬時， 分別給出一對IGBT進行觸發(fā)，模擬一相的輸出，即PH1和PH2，以及PH3輸出點的電壓值，即分別給IGBT1，IGBT3，IGBT5進行觸發(fā)后，相應(yīng)的IGBT導通后，在PH1，PH2，PH3處測得的輸出電壓值。

外界條件的設(shè)置：

其中給出30V的直流電壓，來模擬列車的高壓供應(yīng)1500V的直流輸入。+15V與-15V用來給IGBT觸發(fā)板控制上下管子是否導通，被提供+15V電壓的IGBT可以導通，被提供-15V電壓的IGBT不可以導通。直流48V的電壓是IGBT控制板供電的電源板，在這個過程中經(jīng)歷了將直流48V經(jīng)過隔離變壓器變?yōu)樵?20V與-18V的方波，再經(jīng)過穩(wěn)壓管變換為+15和-12的穩(wěn)態(tài)方波，給IGBT的門級電壓供電，用來觸發(fā)IGBT的導通與關(guān)斷。根據(jù)PWM控制原理同一橋臂的上下兩個管子不能同時導通，因此我們所測的輸出電壓是針對其中一相來說，即PH1，PH2，PH3處測得的電壓分別是通過示波器轉(zhuǎn)換不同的相位后，測量相應(yīng)的輸出電壓。

4 實驗結(jié)果及其結(jié)論

圖1、圖2、圖3的上部波形都是IGBT的G級觸發(fā)電壓，+15V與-15V的電壓，用于橋臂上端的IGBT的G級觸發(fā)，即IGBT1、IGBT3、IGBT5。由于在實際使用中，電路導電板是五層電路板，IGBT2與IGBT5所在的橋臂，當IGBT1與IGT3所在板子的電壓是正向電壓時，此板子的上端是高壓，因此IGBT5在板子的下端，IGBT2在板子的下端，在對門極進行觸發(fā)時，觸發(fā)電壓也是相反的，因此在測量輸出電壓時，在輸出端PH3端，會有當IGBT1與IGBT3是下降沿觸發(fā)導通的情況下，IGBT2在電壓的上升沿觸發(fā)導通，由圖2、圖3與圖4的下部波形對比可以看出。圖2、圖3、圖4的下部波形是相應(yīng)的IGBT1、IGBT3、IGBT2導通時，PH1、PH2、PH3端輸出的30V電壓。輸出結(jié)果顯示，當IGBT導通時，會在輸出端輸出相應(yīng)的輸入電壓。試驗結(jié)果驗證了IGBT在此外部試驗條件下能夠輸出試驗預(yù)測值，證明了此外界試驗條件滿足控制系統(tǒng)以及逆變系統(tǒng)的試驗條件，能夠檢測相應(yīng)的IGBT的狀態(tài)是否良好，同時也能檢測控制板的工作正常與否。為進一步試驗條件的設(shè)定以及研究奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。