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1、课题五,25T,2,35kVA,12kVA,逆变器的组成、参数与原理,一、结构组成,2,台,35kV,A,的逆变器,+1,台不小于,12kV,A,的变压器,二、主要技术参数,输入：,DC600V,（,500V660V,）,输出：,380V,5%,控制电路电压：,DC110V,（,DC130V77V,）,额定输出容量：,2,35 kV,A,额定输出频率：,50,1 Hz,三相四线变压器输出容量：,10kV,A,三、逆变器的基本工作原理,?,直流电变成交流电的过程即成为逆变,.,电力机车品质很差的单相交流电无法直接供给客车的用,电设备,内燃机车输出三相电压频率变化也不能直接使用,因而都需要逆变,.
2、,?,在每个周期内将直流电压分成若干脉冲,脉冲的宽度左右对称,这些脉冲的面积正好等于正玄波,面积,.,如果输出不带滤波器,称为调制波输出,调制频率,f=K x 50,调制频率越高,电动机的电流波,形越接近正玄波,.,?,输出电压为,AC380V,与所需要的直流电压之比,称为调制深度,不同的调制深度对应不同的输入,电压等级,.,国外有,600V,、,670V,、,720V,、,750V,等，但输出也有,AC440V,。,?,按照正玄波规律的调制脉冲，控制,6,只,IGBT,的导通和关断，即可输出三相调制电压，经,LC,滤,波后，变成正玄波，调制频率越高，滤波器体积越小，但技术难度较大。,DC60
3、0V,R,缓,冲,及,滤,波,A,0,C,B,U,A,U,B,U,AB=,U,A-,U,B,U,AB=,U,A-,U,B,1,、基本原理,两个概念：,强迫启动或突投,负载直接启动而不实行,VVVF,启动的方式称为强迫启,动或突投。,调制频率：逆变器的输出是将直流电压分割成若干个脉冲，这些脉冲的面,积，正好等于正弦波的面积。通常情况下，一个周期内脉冲的,个数乘以,50,即为调制频率。,2,、软启动,采用输出电压（,U,）和输出频率（,f,）同时变化并保证,U/f=C,（常数）即,可实现软启动。,四、三相逆变器电路原理,（一）主电路的组成,1,输入输出隔离电路,KM1,、,KM3,KM1,、,KM
4、3,电磁接触器，其主要功能是在逆变器、输入电路或输出,负载发生故障时实施隔离，防止故障扩散。,四、三相逆变器电路原理,（一）主电路的组成,2,中间支撑电路,C1,、,C2,；,R1,、,R2,主要由滤波电容,C1,、,C2,组成。其主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化,时，使直流电压平稳。由于逆变器功率较大，因此滤波电容的容量较大，一般使用电,解电容。但由于电解电容的电压等级限制（一般最高工作电压为,450V,），需要两个,电容串联后再并联。由于电容自身参数的离散，使得串联的两个电容电压无法完全一,致，因此采用电容两端并联均压电阻的方法，如图中的,R1,和,R2,。,R1,和,R2,的
5、另一个作,用是在逆变器停止工作时，将电容上的电压放掉。,四、三相逆变器电路原理,（一）主电路的组成,3,缓冲电路,由,R0,和,KM2,组成。电容的特性是电压不能突变，因此在合闸瞬间，电容的,电压很低，基本可以认为瞬间短路，因此对电源造成很大的冲击电流，这个,电流足以使保护熔断器熔断，因此逆变器电流一般都有输入缓冲电路。其工,作原理为：在输入端施加电压时，先通过缓冲电阻,R0,对电容充电，当电容电,压充到一定值时（比如,540V,），,KM2,吸合，将,R0,短路。只有在电阻,R0,短路,后，三相逆变电路才能启动工作。,四、三相逆变器电路原理,（一）主电路的组成,4,桥式三相逆变电路,由,V1
6、,V6,组成的桥式三相逆变主电路是逆变器的核心电路，目前大部分逆变器采用,IGBT,和,IPM,作为开关器件。,IGBT,是,MOSFET,和,GTR,复合的产物，具有,GTR,的导通,特性和,MOSFET,的驱动特性，驱动简单、功率小，开关频率高，通态压降低、损耗,功率小。,IPM,是一种智能型模块，是把,IGBT,的驱动电路、保护电路及部分接口电路,和功率电路集成于一体的功率器件。,35KV,A,等级的,DC600V,逆变器一般采用,1200V/300A,的模块，,IGBT,和,IPM,分为单单元和双单元，所谓双单元是指一个模块上,包含上下桥臂的两个,IGBT,（或,IPM,）。,6,只单
7、单元器件或,3,只双单元模块可构成三相,逆变器的主电路。,四、三相逆变器电路原理,（一）主电路的组成,5,交流滤波电路,由,L1,L3,和,C1,C3,组成，主要是将逆变器输出的,PWM,波变成准正弦波。早,期的逆变器输出波形,PWM,波，谐波含量高，很多负载无法适应。根据铁道,部新的技术条件要求，,25T,客车使用的逆变器输出为正弦波。由于驱动和保,护技术的不断完善，使逆变器的调制频率提高，最高可达到,6k,8k,，因而滤,波电感和电容的体积并不太大。,1,）,T1,、,T2,时间内，,V1,、,V4,同时导通，,U,为,+,，,V,为,-,，,uUV,为,+,且,Um=Ud,。,2,）,T
8、4,、,T5,时间内，,V2,、,V3,同时导通，,U,为,-,，,V,为,+,，,uUV,为,-,且,Um=-Ud,。,3,）,T3,、,T4,时间内，,V3,、,V6,同时导通，,V,为,+,，,W,为,-,，,uVW,为,+,且,Um=Ud,。,4,）,T6,、,T1,时间内，,V4,、,V5,同时导通，,V,为,-,，,W,为,+,，,uVW,为,-,且,Um=-Ud,。,5,）,T5,、,T6,时间内，,V5,、,V2,同时导通，,W,为,+,，,U,为,-,，,uWU,为,+,且,Um=Ud,。,6,）,T2,、,T3,时间内，,V1,、,V6,同时导通，,W,为,-,，,U,为,
9、+,，,uWU,为,-,且,Um=-Ud,。,（二）主电路的工作原理,（三）逆变器的保护功能,1,过压保护,输入电源、电动机的突然停止和线路感抗等是引起逆变器过压的原因。,对于输入电源的短时过压，逆变器一般进行检测后，自动停止工作，当,电源恢复正常后，逆变器可以自动重新工作，但对于输入电源的长时间,过压，则逆变器将切断输入电路进行隔离保护；对于电动机的突然停止，,由逆变器本身的中间支撑电容和系统内其他负载消化；对于线路感抗产,生的过电压，则依靠逆变器自身的吸收电路来解决。,2,欠压保护,由于接触网电压的波动，有可能造成输出欠压，但在这种情况下逆变器,可以不停止工作，而是采取降频降压的方式工作，
10、即当输入电压低于,540V,时，逆变器按照,U/,F,=,C,的规律降频降压工作。电力机车由于存在,过分相的问题，因此欠压保护可以不考虑保护，而只是进行提示。,3,过流保护,逆变器在下列情况下会出现过流：,（,1,）负载尤其是电动机负载的冲击；,（,2,）输出侧短路；,（,3,）自身工作不正常，如逆变桥臂中某个,IGBT,损坏、上下桥臂同时导通,等。,25T,客车用的逆变器在技术要求中已明确要求逆变器具备承受电动机,负载突加与突减的能力；当输出侧和负载发生短路时，逆变器能立即封锁,脉冲输出，并停止工作，这种保护是一次性的，必须在故障清除后，逆变,器才能重新工作。逆变器在三相输出侧都安装了电流检
11、测传感器，传感器,的输出信号既做输出电流的监测，又用于过流和过载保护；逆变器的内部,过流保护一般依靠,IGBT,的驱动模块或,IPM,的内部电流检测电路来实现，其,原理是检测,IGBT,或,IPM,导通时的管压降,Uce,，当器件故障时，,Uce,会发生,变化，根据变化来判断是否过流并采取保护对策，如减低驱动脉冲的幅值、,封锁脉冲等。,4,过载保护,由于某种原因，使逆变器的输出超过其自身的输出能力，称为过载。逆变,器的过载检测由输出侧的电流传感器或输入侧的直流电流传感器完成。一,般情况下逆变器的过载保护为反时限特性，即设定过载电流为额定电流的,1.5,倍持续,1min,后保护，低于,1.5,倍
12、可延长保护动作时间，高于,1.5,倍时则保,护动作的时间小于,1min,。,5,过热保护,IGBT,工作时，产生各种损耗，其中主要包括导通过程损耗、通态损耗和关,断时的损耗，这些损耗以热量的形式通过散热器向外传送。当调制频率低,即,IGBT,的开关频率低时，通态损耗占主要成分，散热器的温升不会太高，,而当开关频率增高后，,IGBT,的开关损耗便不可忽略，因此散热器温升相对,升高。半导体器件工作在较高的温度环境下，性能、寿命、可靠性等都受,到影响，因此需要对,IGBT,进行过热保护。,25T,客车使用的逆变器开关频率,比较高，靠散热器的自然冷却有一定的难度，因此大都采用风扇强迫冷却，,当散热器的
13、温度达到一定值时（设置为,65o,C,80o,C,不等），风扇启动。当,散热器温度超过允许温度时，安装在散热器上的热保护继电器给出信号，,逆变器的控制电路自动封锁脉冲，逆变器停止工作。,（四）逆变器故障时的对策,逆变器的可靠性对保障客车空调系统的正常工作至关重要，在提高逆变器,的可靠性要求的同时，应当考虑故障情况下的对策。,25T,客车采用两个,35kV,A,逆变器，其中一个专门为空调机组供电，而另一个为其他三相负载,供电，在一个逆变器出现故障时，通过控制系统可以转换到无故障电源，,同时空调机组减半载运行,综合控制柜,第五节,25T,2,35kVA,12kVA,逆变器的使用与故障,(,一,),
14、使用中应注意的基本问题,1,必须注意输入,DC600V,和,DC110V,的极性不能接反。,2.,两个逆变器的输出不能并联，逆变器的输出三相禁止接入其他电源。,3,逆变器工作之前，最好能测量负载三相是否平衡，是否存在短路。,4,启动时先合,DC110V,控制电源再合主电源，停止时先断主电路电源，再断控制电,源，禁止工作中突然断开控制电源。,5,避免逆变器在空载输出情况下，突加全部空调负载（控制电源正常，空调主电,路开关由断开状态突然合闸）。,6,模拟量控制线、数字信号线和通信线采用屏蔽线，屏蔽层靠近逆变器的一端接,在控制电路的公共端（,COM,），另一端悬空。,7,开关量、控制信号线可以不用屏
15、蔽线，但同一信号的进出两根线尽可能使绞在,一起。,8,两台逆变器分别接地，不允许两逆变器的地线连接后在接地,二、维护与检修,根据机车车辆的一般检修体制并考虑到,25T,客车逆变器箱的特点，本逆变,器的修程分为入库检修、日常维护、一级检修,A1,、二级检修,A2,、三级检修,A3,、四级检修,A4,。,检修周期定义：,一级检修,A1,：,30,万公里,二级检修,A2,：,60,万公里,三级检修,A3,：,120,万公里,四级检修,A4,：,240,万公里,1,出、入库检查,检查各吊装螺丝是否松动及门锁是否锁紧。检查电源系统是否正常，接入,DC600V,应能正常工作。,2,日常维护,该客车逆变器箱
16、正常运行情况下不需要维护。但为保证其正常安全运行，,应经常检查箱体安装螺丝、各部分紧固螺丝及门锁，确保没有松动。,部,位,检查项目,检查内容,判断依据及相应对策,A1,修,A2,修,A3,修,A4,修,逆,变,器,箱,体,骨架,变形、伤痕、,裂纹,裂纹、变形、伤痕等情况已影响辅,助电源的密封和使用，需修复或更,换。,柜门,变形、伤痕、,裂纹,裂纹、变形、伤痕等情况已影响辅,助电源的密封和使用，需修复或更,换。,控制线插,头,变形、伤痕、,裂纹、松动,裂纹、变形、伤痕等情况已影响辅,助电源的密封和使用，需修复或更,换，有松动情况需要重新拧紧或更,换。,表,25T,客车逆变器,A1,A4,检修,部
17、,位,检查项目,检查内容,判断依据及相应对策,A1,修,A2,修,A3,修,A4,修,逆,变,器,箱,内,部,检,查,布线,老化、破损,更换老化严重及破损的导线,接线端子、,密封套、连,接器,变形、破损、脱扣、生锈，更换。,紧固螺钉,松动、脱落,重新拧紧,逆变器模块,布线检查,紧固件检查,布线情况及紧固件如出现上述问题则,采取相应对策,密封圈,存在永久变形或弹性差时需更换,散热器检查,检查积灰情况并除尘,电容组件,电容漏液或塌陷时更换电容或组件,IGBT,元件,元件有裂纹或放电痕迹时查明原因并,更换相应元件,逆,变,器,箱,内,部,检,查,电阻、滤,波器、电,流电压,传感器,外观检查,表面如积
18、灰，需清扫干净，脱色或损,坏，需更换。,接线端子检查,有松动的连接部分重新紧固，更换有,裂纹或变形的部分。,LC,滤波器,检查风扇转动情况，不正常则更换。,接触器,通电动作情况,触头是否有连跳、卡死、粘连，出现,任何异常必须更换。,触头表面颜色,或磨损,触头表面颜色发黑或磨损超过,1.5mm,，,更换接触器。,散热风扇,外观检查,若有破损，需更换。,通电动作情况,通电情况下，动作不正常，需更换。,绝缘检测,高压端对地,低压端对地,高低压之间,用,500V,摇表测量,试验,控制系统,整机功能,依据使用说明书分别进行弱电、强电,实验。,二、维护与检修,根据机车车辆的一般检修体制并考虑到,25T,客
19、车逆变器箱的特点，本逆变,器的修程分为入库检修、日常维护、一级检修,A1,、二级检修,A2,、三级检修,A3,、四级检修,A4,。,检修周期定义：,一级检修,A1,：,30,万公里,二级检修,A2,：,60,万公里,三级检修,A3,：,120,万公里,四级检修,A4,：,240,万公里,1,出、入库检查,检查各吊装螺丝是否松动及门锁是否锁紧。检查电源系统是否正常，接入,DC600V,应能正常工作。,2,日常维护,该客车逆变器箱正常运行情况下不需要维护。但为保证其正常安全运行，,应经常检查箱体安装螺丝、各部分紧固螺丝及门锁，确保没有松动。,三、调试试验,调试的原则是先弱电，后强电，先轻载，后重载
20、。,此项试验需要另外配套提供稳定的不小于,70kW,的,DC110V,动力电源和不小,于,200W,的,DC110V,控制电源、能测量逆变器的输出基波电压、电流及输出,基波频率的谐波表，以及相应负载。,1,弱电试验,仅给控制箱提供,DC110V,直流电压，逆变器的开关电源插件控制开关置合,（,ON,）位，开关电源应能正常工作。此时逆变器的主控板,4A,灯闪烁，逆,变器板,6A,灯闪烁。检查逆变器的主控板、逆变器控制板上的指示灯，除主,控板,27A,灯周期性闪烁外应无任何红色指示灯亮。若有红色指示灯亮，表,明系统有故障，应排除故障后方可进行后续试验。,2,空载试验,系统接入,600V,直流电源，
21、逆变器应能正常启动，待稳定后测量逆变器和变,压器的三相输出电压、输出电压的上升率、输出电压峰值，测量值应符和,技术要求。,3,轻载试验,系统接入,600V,直流电源，给逆变器带上小风机（,1,3kW,）、变压器带小,负载，应能正常启动，输出电流、电压、频率应符合技术要求。,4,额定负载试验,系统接入,600V,直流电源，给逆变器和变压器带上额定负载运行，应能正常,启动，输出电流、电压、频率应符合技术要求。,四、常见故障分析及处理,在正常情况下，从置于车上的信息灯查看到逆变器正常的信号显示，表示,逆变器正常。另外，显示屏还可以查看到有关逆变器的更详细的信息。,一般情况下，当客车逆变器发生故障时，
22、在置于车上的显示屏上会有相应,的故障显示或故障提示。检修时，可根据故障提示进行有针对性的检查、,试验和处理，从而确定具体故障点。在进行故障处理或检修结束后，应进,行通电试验，以确保电源状态完好。利用本装置控制箱插件面板上信号灯,及机车显示屏信息可对故障进行判断及排除，见表,4,2,。,逆变器故障处理,序,号,现,象,描,述,输入输出板,主控板,逆变器控制板,1,3B,灯亮、,3A,灯不亮,29A,灯亮,K1,触头卡位合不上,2,4B,灯亮、,4A,灯不亮,29A,灯亮,K2,触头卡位合不上,3,5B,灯亮、,5A,灯不亮,29A,灯亮,K5,（,K6,）触头卡位合不上,4,6B,灯亮、,6A,
23、灯不亮,29A,灯亮,K4,触头卡位合不上,5,3B,灯不亮、,3A,灯亮,29A,灯亮,K1,触头卡位断不开,6,4B,灯不亮、,4A,灯亮,29A,灯亮,K2,触头卡位断不开,7,5B,灯不亮、,5A,灯亮,29A,灯亮,K5,（,K6,）触头卡位断不开,8,6B,灯不亮、,6A,灯亮,29A,灯亮,K4,触头卡位断不开,9,1B,灯亮、,1A,灯不亮,29A,灯亮,K7,触头卡位合不上,10,2B,灯亮、,2A,灯不亮,29A,灯亮,K8,触头卡位合不上,逆变器故障处理,11,1B,灯不亮、,6A,灯亮,29A,灯亮,K7,触头卡位断不开,12,2B,灯不亮、,6A,灯亮,29A,灯亮,
24、K8,触头卡位断不开,13,9B,灯亮,28A,灯亮,2A,和,3B,红灯同时亮，若故,障消灭,2A,灯灭,逆变器模块故障，应更换,故障模块。,14,9B,灯亮,28A,灯亮,2A,和,3A,红灯同时亮，若故,障消灭,2A,灯灭,逆变器模块过流，应重点,检查负载和电流传感器。,15,9B,灯亮,28A,灯亮,2A,和,4A,红灯同时亮，若故,障消灭,2A,灯灭,逆变器模块三相输出电流,不平衡，此时应重点检查,负载和电流传感器。,16,9B,灯亮,28A,灯亮,2A,、,3A,和,3B,红灯同时都亮,检查逆变器模块控制板插,头是否松动和逆变器的门,极控制板是否故障,17,9B,灯亮,28A,灯亮,2A,和,2B,红灯同时亮，若故,障消灭,2A,灯灭,逆变器输入过压，测量逆,变器控制板,33A,中间直流电,压值,1V,100V,。,
