CRH2动车组变流器工作原理与故障分析的研究

CRH2动车组变流器工作原理与故障分析的研究

作者：陈庆廖志平肖茜

来源：《山东工业技术》2016年第18期

摘要：本文介绍了CRH2动车组变流器的结构及工作原理，此外，根据武汉铁路局动车段的相关统计数据，分析了牵引变流器的几种常见故障的现象、原因以及现场处理措施。为铁路设备故障分析提供参考。

关键词：CRH2动车组；变流器；故障分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.18.208

1 CRH2动车组变流器的工作原理

1.1 CRH2牵引系统的结构组成

如图1所示，在CRH2牵引系统结构简图中，变流器的输入端接单相交流电，连接牵引变压器，经内部整流电路、直流电路与三相逆变电路之后，输出三相变频交流电，直接驱动4台牵引电机。

1.2 变流器的工作原理

如图2所示，CRH2变流器主电路简化图，从左到右依次是变流器的单相整流部分、中间直流部分以及三相逆变部分。

整流器工作原理：CRH2变流器采用单相三电平PWM整流器。该脉冲整流器能够实现能量的双向流动，可以工作在牵引与制动两种状态。当处于牵引状态时，能量从整流器向后续的直流电路流动，再经逆变电路为牵引电机供电。当处于制动状态时，能量从牵引电机出发经逆变电路，过中间直流电路向整流器方向流动，最终反馈电网。

逆变器工作原理：逆变器电路主要由3组桥臂组成，每组桥臂由上、下分臂共4个IGBT 构成，采用两管串联、中点带钳位二极管的方案，此种方案可以降低电路对IGBT的耐压值。逆变器以中间电路支撑电容上的电压作为输出电压，通过控制IGBT开关管的通断，输出电压幅值与频率均可调的三相交流电。

值得注意的是，在变频调速过程中，当需要逆变器输出低频交流电时，由于变流器直流电路上的两个支撑电容不可能无限大，此时中点电位较难维持零电位，从而将出现电位漂移。随时间推移，电位周期性地在零电位附近左右摆动。此种现象会造成同一桥臂的上、下分臂电压

不同，且分臂电压也随时间进行周期性大小转换，变相提高IGBT的耐压值；同时，也影响了输出电压波形的对称性。因此，必须采取合理措施抑制中点电位的漂移，使其保持在零点基本不动。所以，我们必须在较短调制周期内成对地选取两类电压矢量，从而保证上支撑电容和下支撑电容工作时间相等，这样可以在一定程度上抑制中点电位的漂移。

2 CRH2动车组变流器的故障分析

CRH2动车组自2007年在线上投入运行以来，牵引变流器故障时有发生。从故障的原因来看，大致可以分为牵引变流器IGBT断路故障、IGBT控制单元故障、变流器控制单元软件故障、光缆信号传输不良故障、中间直流电路过电压、中间回路充电不良、牵引二次侧过电压或过电流、变流器冷却风机故障等几类。下面将介绍几种常见故障的现象、原因、处理措施，具体见表1所示。

从武汉铁路局动车段的统计数据来看，变流器冷却风机故障在总故障的20.3%左右，为CRH2动车组牵引变流器的第一大故障。IGBT断路故障、IGBT控制单元故障与脉冲信号传输故障3项合计17.6%，故障发生率排在第二位，属于一种主要故障。这3项故障尽管实际原因不同，但都表现为IGBT不能正常导通，可以归为一类、视为IGBT断路故障。

3 结束语

本文介绍了CRH2动车组变流器的结构及工作原理，此外，根据武汉铁路局动车段的相关统计数据，分析了牵引变流器的几种常见故障的现象、原因以及现场处理措施。同时，指出了牵引变流器的IGBT断路故障的发生率及其严重影响。

参考文献：

[1]戴舜华.CRH2型系列动车组牵引变流器介绍及故障分析[J].铁道机车车辆，2013（02）.

[2]彭华东，王慧.CRH2C型动车组牵引变流器故障分析[J].铁道技术监督，2013（03）.

[3]康劲松，陈艳平.高速列车牵引变流器的故障机制及可靠性模型[J].机电一体化，2013（09）.