王澤昊 王振虎 劉彥志 王雪瑩

摘要：客室熒光燈是高速動(dòng)車組車廂內(nèi)的重要照明設(shè)備，隨著旅客對(duì)高速列車舒適性要求的不斷提高，其性能直接影響到乘客乘車舒適性。通過對(duì)某型動(dòng)車組客室熒光燈逆變器的工作原理進(jìn)行分析，并對(duì)在運(yùn)用檢修中常出現(xiàn)的故障進(jìn)行總結(jié)，提出了相應(yīng)故障的判斷處理方法，為現(xiàn)場(chǎng)快速排查及搶修動(dòng)車組照明系統(tǒng)故障提供保障，具有較好的實(shí)用價(jià)值和行業(yè)應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;熒光燈;檢修

引言：

客室熒光燈是高速動(dòng)車組內(nèi)重要的照明設(shè)備，該設(shè)備主要由熒光燈管及熒光燈逆變器兩部分組成。隨著動(dòng)車組運(yùn)營里程的增加，逆變器故障已成為動(dòng)車組旅客服務(wù)設(shè)施頻發(fā)性故障，逆變器的維修越來越受到關(guān)注。動(dòng)車組提供的DC100V電壓通過熒光燈逆變器，將其逆變?yōu)锳C120V（或AC180V），為40W（或110W）熒光燈正常工作，提供電壓。因此，對(duì)熒光燈逆變器的運(yùn)用維護(hù)檢修將直接決定熒光燈能否正常照明。本文以輸出電壓為AC120V的熒光燈逆變器為例進(jìn)行分析研究，找到逆變器故障電子元件，通過故障電子元件進(jìn)行修復(fù)從而使逆變器恢復(fù)正常工作狀態(tài)，達(dá)到修復(fù)故障逆變器，從而延長其使用壽命的目的。

1 熒光燈逆變器工作原理及試驗(yàn)分析

1.1 逆變器工作原理

熒光燈逆變器由輸入穩(wěn)壓電路、變壓器工作能量轉(zhuǎn)化電路、三極管工作振蕩電路三個(gè)主體組成[1]。逆變器的外接 DC100V 電源，經(jīng)保險(xiǎn)管 FS1后送到由二極管D2和電容C1、電感L1、壓敏電阻ZNR組成的電路進(jìn)行整流濾波和抑制浪涌，將純凈的直流電壓通過啟動(dòng)電阻R5和電容C3提供給三極管 TR1和TR2的基極，滿足三極管工作的靜態(tài)條件[2]。變壓器 T1 繞組為主繞組產(chǎn)生激勵(lì)磁場(chǎng)，使次級(jí)繞組產(chǎn)生電壓，與T2繞組配合，通過控制變壓器線圈的匝數(shù)比，使三極管有放大功能，滿足：|AF|=1。

變壓器 T2 繞組的感應(yīng)電流加到三極管的基極，使基極信號(hào)更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)三極管的正反饋。進(jìn)而滿足三極管工作的動(dòng)態(tài)條件，三極管靜動(dòng)態(tài)工作條件滿足，可以實(shí)現(xiàn)自激振蕩。另一方面，變壓器 T1 繞組與電容 C2 配合形成并聯(lián)諧振產(chǎn)生瞬時(shí)高壓點(diǎn)亮熒光粉。熒光燈有了可以激活熒光粉的瞬時(shí)高壓和持續(xù)的自激振蕩便可以正常工作，為乘客提供舒適的照明條件。

1.2 逆變器試驗(yàn)分析

根據(jù)逆變器電路原理對(duì)電路板元件進(jìn)行分析，電阻電感變壓器等由于自身特性不易損壞，而電容二極管和三極管則受電壓電流影響較大，容易出現(xiàn)故障[3]。

根據(jù)電路邏輯和逆變器振蕩需要滿足的條件，只要二極管 D1、電容 C2、電容 C3、三極管 TR1、TR2 有一處損壞，逆變器都無法工作，因此依次對(duì)30個(gè)故障逆變器進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有逆變器所以故障均是由于電容 C2、電容 C3 和三極管 TR1、TR2 故障造成的。為了更好地對(duì)逆變器故障進(jìn)行快速修復(fù)，對(duì)30個(gè)故障逆變器進(jìn)行試驗(yàn)分析，其中電容C2故障18件，C3故障8件，三極管故障4件。

2 熒光燈逆變器常見故障原因分析

2.1 C2電容故障

故障原因：由于電容C2容量低于額定工作容量0.018μF導(dǎo)致。

原理分析：C2電容與變壓器T1繞組配合，在電路中起并聯(lián)諧振的作用，此時(shí)變壓器繞組充當(dāng)電感的作用，當(dāng)滿足：

WL=1/WC

且方向相反時(shí)，發(fā)生并聯(lián)諧振。并聯(lián)諧振中，電壓和電流同相位，根據(jù)有功功率P=UIcosα

α為電壓和電流的相位差，當(dāng)電壓電流相位相同時(shí)，α為 0，此時(shí)cosα為1，達(dá)到最大值，電源有功功率達(dá)到最大，變壓器獲得最大能量。這時(shí)在變壓器的輸出繞組上電壓達(dá)到最大值，瞬間高壓將熒光粉點(diǎn)亮。當(dāng)電容C2容量低于額定工

作容量0.018μF時(shí)，并聯(lián)諧振條件無法滿足，無法產(chǎn)生瞬時(shí)高壓點(diǎn)亮熒光燈。

2.2 C3電容故障

故障原因：電容 C3 容量低于額定工作容量 100μF。

原理分析：三極管自激振蕩需要基極有持續(xù)的直流電供應(yīng)，否則當(dāng)交流信號(hào)為負(fù)半波時(shí)，三極管截止，無法實(shí)現(xiàn)振蕩。電路剛通電時(shí)，外接 DC100V電壓經(jīng)過電容電感二極管的整流濾波和抑制浪涌后，將穩(wěn)定的電壓通過啟動(dòng)電阻R5和電容C3提供給三極管TR1和TR2的基極。當(dāng)電路實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡后，由于R5電阻過大，消耗能量過多，電路改由變壓器T3繞組獲得的感應(yīng)電流經(jīng)二極管整流后通過C3電容提供給三極管。電容C3容量由于長時(shí)間工作或其他原因低于額定工作容量 100μF 時(shí)，三極管得不到足夠的持續(xù)的直流電，靜態(tài)工作條件無法滿足，無法實(shí)現(xiàn)正常的自激振蕩。

2.3 三極管故障

故障原因：三極管損壞，電路無法完成振蕩。

原理分析：三極管是逆變器最核心的部分，此逆變器的的本質(zhì)就是各電子元件配合三極管完成自激振蕩。兩個(gè)三極管型號(hào)相同都會(huì)爭相導(dǎo)通，由于制造工藝等因素會(huì)導(dǎo)致一個(gè)三極管先導(dǎo)通。假設(shè)TR1先導(dǎo)通，此時(shí)變壓器繞組T2的上部分和T1上部分線圈會(huì)獲得電流，T2的上端與T3的上端互為同名端，此時(shí)T2繞組與T1繞組的電壓方向一致。三極管TR1導(dǎo)通后，變壓器繞組上端被TR1接地，所以T2和T1上端電壓也變?yōu)樨?fù)，下端變?yōu)檎R1 斷開，由于T2正電壓加到了TR2的基極，TR2導(dǎo)通，振蕩過程以此類推，TR1和TR2三極管實(shí)現(xiàn)交替導(dǎo)通，從而在變壓器的輸出端輸出正弦波交流電，完成逆變過程。若TRI和TR2損壞，電路無法完成振蕩。

3 維修及驗(yàn)證方案

針對(duì)以上故障原因，提出以下修復(fù)方案：

（1）取出電路板，用洗板水進(jìn)行清洗，觀察電路板上各元器件的外觀，確認(rèn)是否有發(fā)黑或燒焦的痕跡，各電阻和三極管是否有松動(dòng)的現(xiàn)象，尤其需要特別注意電容元件是否有鼓包或爆裂漏液的情況發(fā)生。

（2）使用熱風(fēng)槍對(duì)電路板上故障元件對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，用洗板水清除殘留的焊錫和雜質(zhì)，涂抹助焊油，將融化的焊錫均勻地覆蓋在管腳處，取下故障元件。

（3）用鑷子將相應(yīng)新元件安裝在對(duì)應(yīng)的管腳處，將電絡(luò)鐵調(diào)至 300～350℃，將元件重新焊接在電路板上，注意電氣元件的正負(fù)，焊接完成后，觀察管腳是否有虛焊、脫焊等現(xiàn)象，確保焊接狀態(tài)良好。

（4）進(jìn)行通電試驗(yàn)，確認(rèn)熒光燈發(fā)光正常，輸出電壓穩(wěn)定在 AC120V，逆變器工作正常。為確保修復(fù)后的逆變器可以正常工作，對(duì)修復(fù)后的逆變器板進(jìn)行點(diǎn)溫試驗(yàn)，以電容C2故障為例，當(dāng)通過更換電容C2使逆變器電路板正常工作后，每隔一小時(shí)對(duì)C2電容進(jìn)行點(diǎn)溫，并與新逆變器電路板C2電容的點(diǎn)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確保更換后的逆變器電路板工作溫度在正常溫度范圍內(nèi)。

通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電容C2工作溫度隨著時(shí)間而逐漸升高，當(dāng)正常工作六小時(shí)后，溫度逐步穩(wěn)定在40～45℃之間;同時(shí)二者工作溫度的最大差值為 1℃，屬于合理的誤差范圍，說明通過更換故障元件修復(fù)逆變器的方案是可行的。

4 結(jié)語

客室熒光燈逆變器故障中，由于熒光燈工作時(shí)長增加導(dǎo)致逆變器電容容量不足的現(xiàn)象十分普遍，在故障處理過程中應(yīng)重點(diǎn)檢查;其次經(jīng)過試驗(yàn)，確認(rèn)通過更換故障元件來實(shí)現(xiàn)修復(fù)逆變器的方案是可行的，大大降低了動(dòng)車組熒光燈故障的運(yùn)用維護(hù)檢修成本，為同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)及故障分析提供一定借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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[3]張博華. 試論LED燈具在動(dòng)車組照明系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 鋒繪， 2019（4）：169-169.