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摘 要：本文介绍了DC600V供电客车逆变器及逆变器故障的分类，梳理了逆变器常见故障的几种类型，并针对几种常见故障提出了相应的改进措施。
关键词：逆变器 逆变器故障 改进措施
Common Faults and Treatment Measures of Inverter Power Supply for DC600V Power Supply Passenger Cars
Zhu Yali
Abstract：This article introduces the classification of inverters and inverter faults of DC600V power supply buses， sorts out several types of common inverter faults， and proposes corresponding improvement measures for several common faults.
Key words：inverter， inverter failure， improvement measures
1 引言
伴随着我国电子科学技术的发展进步，近年来，一些电器设备的电源不再使用电网直接提供的交流电，而是将电网提供的交流电进行变换后再提供给设备使用。利用逆变电路与整流电路对电网提供的电源进行变换就是电源转换的过程，这其中最重要的一个流程就是通过逆变电路变换。
逆变电源作为一种电能变换器，它利用开关控制转换方式把输入的直流或者交流电，转换为电压和频率都比较稳定的交流电输出[1]。
随着我们铁路客车技术的不断发展，车种车型的更新换代。目前，我们国家空调旅客列车的供电供电方式，采用分散变流、集中供电。当旅客列车运行在电气化的铁路区段时，机车上的变流设备把由受电弓从接触网上引入的25KV、50HZ的交流电进行变压整流后输出DC600V直流电，然后利用机车车辆上的两路DC600电力连接线向所有旅客列车车厢供电，电源送到每一节车厢后，再由每节车的逆变器把DC600V直流电变换为AC380V、50HZ交流电输出，从而让旅客列车车厢里的电茶炉、电暖器、空调等设备正常工作。而经过逆变器转换后输出的电源会影响列车上许多用电器的性能，所以逆变器时确保旅客列车正常运行的重要设备。
2 逆变器
2.1 逆变器的种类
伴随着逆变器的广泛使用，它的种类也是越来越多，分类也是越来越细，目前使用最广泛的由以下几种：
（1）根据不同类型的输入电源，逆变器可分为电压型以及电流型两种。
（2）根据不同结构的电路，逆变器可分为全桥、半桥以及推挽式三种。
（3）根据不同类型的开关管，逆变器可分为门极可关断晶闸管、晶闸管、功率场效应管以及绝缘栅晶体管四种。
（4）根据不同性质的开关器件，逆变器可分为硬开关、软开关以及谐振式三种。
（5）根据不同方式的频率转化，逆变器可分为中频、高频以及工频三种。
（6）根据输出去向的不同，逆变器可分为有源及无缘两种。
（7）根据能否相互转化输入输出，逆变器可分为单项和双向两种。
（8）根据不同的相数的输出波形，逆变器可分为三相、多向以及单项三种。
（9）根据输出电压电平的不同，逆变器可分为二电平以及多电平两种。
（10）根据不同的输出电压波形，逆变器可分为正弦波以及非正弦波两种，其中正弦波逆变器的市场价格比较高，可它的性能比较好可以用于不同的载荷[2]。
2.2 逆变器常见故障的种类
（1）根据故障发生的时间过程分，可分为突发和渐进故障两类。
突发故障的产生具有随机性，这类故障的发生提前是不能被测试和预测到的。渐进故障的发生时由于逆变器上一些电器原件性能的变化所产生的，这类故障一般情况下时可以提前发现的。
（2）根据故障存在的时间长度分，可分为永久性和间歇性两种。
间歇性的故障指的是逆变器输出的电压在比较短的时间内超出了规定的界限。突发性的故障指的是逆变器输出的电压在长时间内超出了规定的界限。
（3）根据故障所显现的状况分，可分为功能性和潜在性故障。
功能性故障指的是逆变器的功能输出超出了规定的范围或者逆变器的功能已經完全没有了，例如TGBT原件烧损。潜在性故障是指逆变器的功能输出正常，但附加输出已出现显性表现，例如输出的谐波含量有所变大等。
（4）根据故障产生的原因来看，可分为内部和外部故障两种。
内部故障是指逆变器本身的元器件或者元器件之间关联逻辑出现问题而导致的。外部故障则是指逆变器的输入发生问题而导致的[3]。
3 逆变器常见故障及原因分析
3.1 逆变器短路导致逆变器烧损故障
一般情况下，在下雨天或者下雪天逆变电源装置比较容易由于内部电路短路的问题而导致逆变器烧损的故障。究其原因，主要有下面几点：
（1）用来散热的风道底部和电器柜之间采用了点焊，而当散热风道的出口和列车的前进方向一致的时候，列车在前进过程中所卷起的雨雪就可能通过散热风道出口处或者焊缝处进入到逆变器电器柜中，从而导致逆变器故障的发生。
（2）另外，有些逆变器的箱门会因为密封不严而导致箱门处有缝隙，也有可能会使得了雨雪进入到逆变箱的内部，从而导致逆变器故障的发生。
（3）除过以上两个原因之外，有些车上也有可能在雨雪融化时通过箱体上部焊缝的砂眼处把融化的雨水渗入到逆变箱的内部，从而导致逆变器故障的发生。 3.2 充电电阻排烧损故障
逆变器工作的额定输入电压是DC600V，过压保护是DC720V，负压保护是DC500V。当关上逆变器的控制开关之后，接触器KM1会吸合，若输入的电压在DC500V到DC720V之间的时候，通过充电电阻排 R1对电容进行充电，而这个充电电阻排采用的是阻值为150Ω的绕线电阻，共20只，利用每10个并联然后再进行串联组成，阻值是30Ω。而在充电完成以后，逆变器的主控板会发出指令，此时，接触器KM2吸合，逆变器开始动作，最终输出三相交流电。而如果机车供电异常且电压波动比较大的时候，则接触器KM2不吸合，此时，母线会重复给充电电阻排充电，这样便容易造成充电电阻排发热烧损，而烧损之后逆变器会发生没有办法恢复的故障，与此同时，绕线电阻表面的漆包线会碳化，而最终则会导致逆变器主回路的电气元件出现绝缘不好的故障。
3.3 电容及功率模块IPM烧损
DC600V的直供电列车是机车通过车顶受电弓从接触网上取得电再经过变压整流以后向车辆提供电源的，而供电的机车一般为SS7E以及55型。电容及功率模块IPM的烧损则是因为在电器化的铁路区段，接触网每间隔一定的距离就会有一个无电区，也就是常说的分相区，通过调研，机车在通过分相区的时候，一段都会出现脉冲电压比较高的情况，如果有这种情况发生，则机车在通过分相区后，受电弓取电的瞬间如果脉冲电压较高，就会对逆变器电源箱中的元器件带来损伤，如果这样的现象高频发生，就会使得逆变器出现故障。并且，通过对机车通过分相区时供电电压等数据的监测，发现机车通过分相区时，电压之所以过高是因为列供时间特别短而导致的，列供时间则指的是列车到分相区没有电到过分相区之后有了点的这段时间。反之，如果机车在过分相区时输入电压是正常的，则不会对逆变电源造成损伤，从而一般不会产生故障[4]。
4 针对逆变器常见故障采取的处理措施
4.1 针对逆變器短路故障造成逆变器烧损故障的处理措施
针对逆变电源箱体内部进入雨雪后导致逆变器短路的问题。通过分析，发现雨雪是通过逆变器箱体上的散热风道进入的，考虑到夏季散热需求比较大，其他季节散热需求小。因此可以在冬季的时候把散热风道进行临时的封堵，并且在每年的春整和秋整中，还需要组织对逆变箱门的密封状态进行检测，发现有密封条变形、损坏、老化等问题时，要立即进行更换，如果是进行段修则要对密封条全数进行换新，同时，还要在箱门的周围涂上密封胶，从源头上防止雨雪通过箱门进入箱体使得逆变器发生短路而损坏逆变电源。
4.2 针对充电电阻排烧损故障的处理措施
针对充电电阻排烧损以后易导致电器绝缘的故障。可以通过改变电阻类型来处理，通过测试分析，电阻排的电阻可以用陶瓷电阻替代绕线式电阻，并且要把每只150Ω的电阻更换为30Ω的，但还是采用10只并联后再串联的方式连接，串联以后R1的电阻值为60Ω，这样就能有效防止电阻排烧损问题发生。
4.3 针对电容及功率模块IPM烧损故障的处理措施
针对电容及功率模块IPM烧损的故障，可以通过在充电电容和功率模块IPM之间增加绝缘隔板的方法来处理，同时，在加装上隔板后还要再隔板接缝的地方涂上密封胶，通过分析，这样可以有效的防止充电电容再裂开或者是炸裂时电解液飞溅到IPM内部，从而杜绝IPM烧损问题发生[5]。
5 结束语
通过在春秋冬季封堵逆变器散热风道和箱门、改变电阻排的电阻类型以及在充电电容和功率模块间增加绝缘隔壁并且涂密封胶等方法，有效降低了逆变器的故障，切实提高了逆变电源工作的稳定性和可靠性。
基金资助：西安铁路职业技术学院2020年度立项课题：正弦波逆变电源加载试验装置的设计（XTZY20G02）。
参考文献：
[1]卢莉蓉，周晋阳，牛晓东.三相SPWM逆变电源的设计与实现[J].山西电子技术，2018，（1）：25-30.
[2]孙佳辉.正弦逆变电源输出控制的实现[D].内蒙古大学，2018.
[3]伍启天.铁路空调客车逆变器失效分析及其故障诊断系统的研究[D].华中科技大学，2005.
[4]石高山.DC600V供电客车逆变电源常见故障分析[J].铁道机车车辆，2008，28（6）：1-3.
[5]卢桂云，李钊.DC600V供电客车车下逆变电源故障原因分析及措施[J].机车车辆工艺，2009，（2）：43-44.
作者简介
朱亚利：（1989—），女，硕士，助教，主要从事铁道车辆方面的研究。
关键词：逆变器 逆变器故障 改进措施
Common Faults and Treatment Measures of Inverter Power Supply for DC600V Power Supply Passenger Cars
Zhu Yali
Abstract：This article introduces the classification of inverters and inverter faults of DC600V power supply buses， sorts out several types of common inverter faults， and proposes corresponding improvement measures for several common faults.
Key words：inverter， inverter failure， improvement measures
1 引言
伴随着我国电子科学技术的发展进步，近年来，一些电器设备的电源不再使用电网直接提供的交流电，而是将电网提供的交流电进行变换后再提供给设备使用。利用逆变电路与整流电路对电网提供的电源进行变换就是电源转换的过程，这其中最重要的一个流程就是通过逆变电路变换。
逆变电源作为一种电能变换器，它利用开关控制转换方式把输入的直流或者交流电，转换为电压和频率都比较稳定的交流电输出[1]。
随着我们铁路客车技术的不断发展，车种车型的更新换代。目前，我们国家空调旅客列车的供电供电方式，采用分散变流、集中供电。当旅客列车运行在电气化的铁路区段时，机车上的变流设备把由受电弓从接触网上引入的25KV、50HZ的交流电进行变压整流后输出DC600V直流电，然后利用机车车辆上的两路DC600电力连接线向所有旅客列车车厢供电，电源送到每一节车厢后，再由每节车的逆变器把DC600V直流电变换为AC380V、50HZ交流电输出，从而让旅客列车车厢里的电茶炉、电暖器、空调等设备正常工作。而经过逆变器转换后输出的电源会影响列车上许多用电器的性能，所以逆变器时确保旅客列车正常运行的重要设备。
2 逆变器
2.1 逆变器的种类
伴随着逆变器的广泛使用，它的种类也是越来越多，分类也是越来越细，目前使用最广泛的由以下几种：
（1）根据不同类型的输入电源，逆变器可分为电压型以及电流型两种。
（2）根据不同结构的电路，逆变器可分为全桥、半桥以及推挽式三种。
（3）根据不同类型的开关管，逆变器可分为门极可关断晶闸管、晶闸管、功率场效应管以及绝缘栅晶体管四种。
（4）根据不同性质的开关器件，逆变器可分为硬开关、软开关以及谐振式三种。
（5）根据不同方式的频率转化，逆变器可分为中频、高频以及工频三种。
（6）根据输出去向的不同，逆变器可分为有源及无缘两种。
（7）根据能否相互转化输入输出，逆变器可分为单项和双向两种。
（8）根据不同的相数的输出波形，逆变器可分为三相、多向以及单项三种。
（9）根据输出电压电平的不同，逆变器可分为二电平以及多电平两种。
（10）根据不同的输出电压波形，逆变器可分为正弦波以及非正弦波两种，其中正弦波逆变器的市场价格比较高，可它的性能比较好可以用于不同的载荷[2]。
2.2 逆变器常见故障的种类
（1）根据故障发生的时间过程分，可分为突发和渐进故障两类。
突发故障的产生具有随机性，这类故障的发生提前是不能被测试和预测到的。渐进故障的发生时由于逆变器上一些电器原件性能的变化所产生的，这类故障一般情况下时可以提前发现的。
（2）根据故障存在的时间长度分，可分为永久性和间歇性两种。
间歇性的故障指的是逆变器输出的电压在比较短的时间内超出了规定的界限。突发性的故障指的是逆变器输出的电压在长时间内超出了规定的界限。
（3）根据故障所显现的状况分，可分为功能性和潜在性故障。
功能性故障指的是逆变器的功能输出超出了规定的范围或者逆变器的功能已經完全没有了，例如TGBT原件烧损。潜在性故障是指逆变器的功能输出正常，但附加输出已出现显性表现，例如输出的谐波含量有所变大等。
（4）根据故障产生的原因来看，可分为内部和外部故障两种。
内部故障是指逆变器本身的元器件或者元器件之间关联逻辑出现问题而导致的。外部故障则是指逆变器的输入发生问题而导致的[3]。
3 逆变器常见故障及原因分析
3.1 逆变器短路导致逆变器烧损故障
一般情况下，在下雨天或者下雪天逆变电源装置比较容易由于内部电路短路的问题而导致逆变器烧损的故障。究其原因，主要有下面几点：
（1）用来散热的风道底部和电器柜之间采用了点焊，而当散热风道的出口和列车的前进方向一致的时候，列车在前进过程中所卷起的雨雪就可能通过散热风道出口处或者焊缝处进入到逆变器电器柜中，从而导致逆变器故障的发生。
（2）另外，有些逆变器的箱门会因为密封不严而导致箱门处有缝隙，也有可能会使得了雨雪进入到逆变箱的内部，从而导致逆变器故障的发生。
（3）除过以上两个原因之外，有些车上也有可能在雨雪融化时通过箱体上部焊缝的砂眼处把融化的雨水渗入到逆变箱的内部，从而导致逆变器故障的发生。 3.2 充电电阻排烧损故障
逆变器工作的额定输入电压是DC600V，过压保护是DC720V，负压保护是DC500V。当关上逆变器的控制开关之后，接触器KM1会吸合，若输入的电压在DC500V到DC720V之间的时候，通过充电电阻排 R1对电容进行充电，而这个充电电阻排采用的是阻值为150Ω的绕线电阻，共20只，利用每10个并联然后再进行串联组成，阻值是30Ω。而在充电完成以后，逆变器的主控板会发出指令，此时，接触器KM2吸合，逆变器开始动作，最终输出三相交流电。而如果机车供电异常且电压波动比较大的时候，则接触器KM2不吸合，此时，母线会重复给充电电阻排充电，这样便容易造成充电电阻排发热烧损，而烧损之后逆变器会发生没有办法恢复的故障，与此同时，绕线电阻表面的漆包线会碳化，而最终则会导致逆变器主回路的电气元件出现绝缘不好的故障。
3.3 电容及功率模块IPM烧损
DC600V的直供电列车是机车通过车顶受电弓从接触网上取得电再经过变压整流以后向车辆提供电源的，而供电的机车一般为SS7E以及55型。电容及功率模块IPM的烧损则是因为在电器化的铁路区段，接触网每间隔一定的距离就会有一个无电区，也就是常说的分相区，通过调研，机车在通过分相区的时候，一段都会出现脉冲电压比较高的情况，如果有这种情况发生，则机车在通过分相区后，受电弓取电的瞬间如果脉冲电压较高，就会对逆变器电源箱中的元器件带来损伤，如果这样的现象高频发生，就会使得逆变器出现故障。并且，通过对机车通过分相区时供电电压等数据的监测，发现机车通过分相区时，电压之所以过高是因为列供时间特别短而导致的，列供时间则指的是列车到分相区没有电到过分相区之后有了点的这段时间。反之，如果机车在过分相区时输入电压是正常的，则不会对逆变电源造成损伤，从而一般不会产生故障[4]。
4 针对逆变器常见故障采取的处理措施
4.1 针对逆變器短路故障造成逆变器烧损故障的处理措施
针对逆变电源箱体内部进入雨雪后导致逆变器短路的问题。通过分析，发现雨雪是通过逆变器箱体上的散热风道进入的，考虑到夏季散热需求比较大，其他季节散热需求小。因此可以在冬季的时候把散热风道进行临时的封堵，并且在每年的春整和秋整中，还需要组织对逆变箱门的密封状态进行检测，发现有密封条变形、损坏、老化等问题时，要立即进行更换，如果是进行段修则要对密封条全数进行换新，同时，还要在箱门的周围涂上密封胶，从源头上防止雨雪通过箱门进入箱体使得逆变器发生短路而损坏逆变电源。
4.2 针对充电电阻排烧损故障的处理措施
针对充电电阻排烧损以后易导致电器绝缘的故障。可以通过改变电阻类型来处理，通过测试分析，电阻排的电阻可以用陶瓷电阻替代绕线式电阻，并且要把每只150Ω的电阻更换为30Ω的，但还是采用10只并联后再串联的方式连接，串联以后R1的电阻值为60Ω，这样就能有效防止电阻排烧损问题发生。
4.3 针对电容及功率模块IPM烧损故障的处理措施
针对电容及功率模块IPM烧损的故障，可以通过在充电电容和功率模块IPM之间增加绝缘隔板的方法来处理，同时，在加装上隔板后还要再隔板接缝的地方涂上密封胶，通过分析，这样可以有效的防止充电电容再裂开或者是炸裂时电解液飞溅到IPM内部，从而杜绝IPM烧损问题发生[5]。
5 结束语
通过在春秋冬季封堵逆变器散热风道和箱门、改变电阻排的电阻类型以及在充电电容和功率模块间增加绝缘隔壁并且涂密封胶等方法，有效降低了逆变器的故障，切实提高了逆变电源工作的稳定性和可靠性。
基金资助：西安铁路职业技术学院2020年度立项课题：正弦波逆变电源加载试验装置的设计（XTZY20G02）。
参考文献：
[1]卢莉蓉，周晋阳，牛晓东.三相SPWM逆变电源的设计与实现[J].山西电子技术，2018，（1）：25-30.
[2]孙佳辉.正弦逆变电源输出控制的实现[D].内蒙古大学，2018.
[3]伍启天.铁路空调客车逆变器失效分析及其故障诊断系统的研究[D].华中科技大学，2005.
[4]石高山.DC600V供电客车逆变电源常见故障分析[J].铁道机车车辆，2008，28（6）：1-3.
[5]卢桂云，李钊.DC600V供电客车车下逆变电源故障原因分析及措施[J].机车车辆工艺，2009，（2）：43-44.
作者简介
朱亚利：（1989—），女，硕士，助教，主要从事铁道车辆方面的研究。