地鐵車輛主牽引逆變器及測試裝置研制

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　　1 概述

　　上海地鐵三號線的AC03 型電動列車，是于21 世紀(jì)初引進的，由法國ALSTOM 公司制造的交流傳動車輛，其主牽引逆變器是采用1 200 A/3 300 V IGBT模塊構(gòu)成的，主電路的構(gòu)成如圖1所示。AC03 型電動車主牽引逆變器電路結(jié)構(gòu)與其他進口的交流傳動車輛基本相似，但區(qū)別是在OV與地之間安裝了一種低感的干式金屬膜濾波電容，電容參數(shù)是6.8 滋F/640 V，以減弱高頻輻射的電磁干擾(EMI)。

　　圖1 中的PIM1 是牽引逆變器的三相IGBT逆變器模塊，型號為ONIX 1500 IGBT，外形結(jié)構(gòu)如圖2 所示，上部為濾波電容，濾波電感安裝在逆變器箱體內(nèi);中部是控制電路與驅(qū)動電路;下部為IGBT模塊及底座散熱器。

　　圖1 中的PIM2 為制動斬波模塊，用于電制動狀態(tài)下能量不能反饋給電網(wǎng)時，通過PIM2 將制動能量消耗在制動電阻上。制動斬波模塊與逆變器模塊結(jié)構(gòu)類似，但與逆變器模塊分開組裝，斬波器的開關(guān)頻率為650 Hz;由圖1 看出，斬波器模塊由4 個IGBT組成，其中兩個IGBT并聯(lián)作斬波器使用，另兩個IGBT作為制動電阻的續(xù)流管使用。

　　AC03 型電動列車至今運營已近10 年，運營過程中，主牽引逆變器的IGBT模塊也常有故障出現(xiàn)，所以需要配備合適的測試裝置對其進行檢測，以查找相應(yīng)的問題，以便對主牽引逆變器進行檢修與維護。

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　　2 牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　2.1 牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)及其電路分析

　　牽引逆變器IGBT 模塊的主電路及其控制電路框圖如圖3所示。

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　　根據(jù)圖3，牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)可分為以下幾個部分。

　　1)上部主電路由6個IGBT模塊構(gòu)成三相逆變電路，即VVVF，此外還有4 個IGBT 模塊構(gòu)成制動斬波電路，與三相逆變電路是分開的(見圖1 中PIM2)。

　　2)中部的驅(qū)動電路板，對應(yīng)每個IGBT都有一個柵極驅(qū)動電路，在每個電路中還帶有自身的狀態(tài)反饋信號和故障信息，這些反饋信息均要反饋給計算機(AGAT)用于處理與判斷。此外每個LV 接口連接器負責(zé)一相橋臂的兩個驅(qū)動電路，如LV1 負責(zé)PH1相的上管T1和下管T4的驅(qū)動電路1與4。

　　3)下部的交流方波電源，輸入直流電壓48 V，輸出35 kHz、依24 V的交流方波電源，給驅(qū)動電路板供電，用于產(chǎn)生在電氣上與輸入信號的控制電路隔離的兩路驅(qū)動電源，導(dǎo)通時DC 垣15 V，關(guān)斷時DC -12V，另外，在電源電路板上也有故障與保護信息，同樣反饋給計算機用于處理與判斷。電源的接口連接器為LV5。

　　此外，由圖3 看出，三相逆變器模塊與外部連接的接口有：在主電路方面有P、N、PH1-3(輸出的三相交流端)及地線;在控制電路方面，通過LV1、2、3、5 連接器來實現(xiàn)。

　　因為制動斬波器模塊電路結(jié)構(gòu)與逆變器模塊相似，通過LV4 連接器與控制電路相接，所以在此不再作以介紹。

　　2.2 控制電路分析

　　2.2.1 交流方波電源板

　　交流方波電源板用以給驅(qū)動電路板供電。電源板正常時，在輸入端輸入直流電壓48 V時，用示波器測試輸出端，應(yīng)該測得35 kHz、依24 V的交流方波電源，波形如圖4 所示。

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　　2.2.2 驅(qū)動電路板

　　驅(qū)動電路板工作正常時，將35 kHz、依24 V的交流方波電源施加到驅(qū)動電路板的高頻變壓器的輸入端后，其兩路二次側(cè)繞組通過整流與穩(wěn)壓，得到兩路電氣上隔離的驅(qū)動電源，即正向?qū)妷篋C 垣15 V 和關(guān)斷時反偏置電壓DC -12 V。此時當(dāng)驅(qū)動信號未輸入時，施以IGBT 的柵極電壓為反偏置電壓，約為DC -12 V;當(dāng)驅(qū)動信號加入后，在輸出端將得到驅(qū)動IGBT的電壓信號VGE。