城市轨道列车辅助逆变电源的开路故障诊断研究

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随着城市化进程的加快,我国城市人口急剧增加,城市交通问题突显。作为具有运量大、速度高、低污染、乘坐舒适等特点的现代化公共交通工具,城市轨道交通近年来在我国迅速发展。辅助供电系统作为城市轨道列车运行不可缺少的部分,维持着列车许多重要功能的实现,也关系到旅客的乘坐舒适性。辅助逆变电源的故障诊断是整个辅助逆变供电系统故障诊断的基础。目前对于辅助逆变电源的故障诊断和保护措施还不完善,只能够诊断出一些常规的过流、过欠压和温升等方面的故障,对于主电路中关键功率转换器件IGBT的开路故障还没有比较好的诊断手段和方法。木文针对城轨列车上两种常用辅助逆变电源的功率管开路故障进行了研究,分别提出了相应的故障诊断方法,通过各种故障情况下的仿真测试,验证了所提理论和方法的正确性和有效性。主要完成以下几项工作:首先学习研究了辅助供电系统的组成结构、辅助逆变电源的具体工作原理,并详细分析了逆变电源的功率管故障成因及其对系统输出的影响,提出了逆变器开路故障诊断的基本研究思想。在此基础上,详细计算得到了辅助逆变电源的滤波电路参数及控制系统参数后,在Simulink里面搭建了它们的仿真模型,并对各种IGBT开路故障进行了模拟和分析。在上面工作的基础上,针对SPWM调制的两电平辅助逆变电源,通过对其工作过程进行详细分析,对比了IGBT正常和开路情况下各相电流正负极性部分的流向和做功情况,得出各相电流正、负极性部分对应的输出功率与通过桥臂上、下侧IGBT输出功率的关系。据此提出了通过检测各相电流正负极性部分对应的功率,进而反映出各IGBT的工作状况的故障诊断方法。该方法提取的故障特征概念明确、故障区分明确,能够较好地反映功率管工作状态。仿真测试验证了该方法的准确性和可靠性。针对城市轨道列车上广泛使用的另外一种辅助逆变电源——十二脉冲辅助逆变器的开路故障诊断问题,文中通过分析各个子逆变器故障后,故障分量的传播方式及其对输出电压的影响,提出通过对每相输出电压后移1/3个基波周期后作为其滞后相电压的参考电压,对它们进行相减得到误差电压值,该误差值即能够反映故障是否发生。检测到故障发生后,再根据输出电压中故障分量的分布和含量实现故障子逆变器和故障桥臂的定位。根据检测原理,该方法能够检测出各种开路故障,但只能够准确定位单个桥臂上发生开路的IGBT。最后对所提出的方法进行了仿真验证。以上两种基于对象结构和故障传播规律分析的逆变电源功率管开路故障诊断方法的提出,增加和完善了功率管开路诊断的思想和方法,有助于提升国内城轨列车辅助逆变供电系统运行的安全性和可靠性水平。
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