CRH2动车组变流器工作原理与故障分析的研究
关于CRH2型动车组牵引变流器工作原理及常见故障分析
关于CRH2型动车组牵引变流器工作原理及常见故障分析作者：王洪涛来源：《中国科技博览》2018年第34期[摘要]本文介绍了CRH2型动车组动力单元中牵引变流器的结构及工作原理，动车组运用过程中常见故障，并详细介绍了故障处理方法。
[关键词]CRH2型动车组；牵引变流器；常见故障中图分类号：TD540 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）34-0033-01一、高压及牵引控制系统概述动车组由动车、拖车组成，其中动车含有牵引驱动系统，拖车不含牵引等高压系统。
动车组通过车顶受电弓将25kv、50Hz单相交流电引致牵引变压器，牵引变压器将单相交流电转化为牵引变流器及客室、风机、辅助控制用电设备等。
动力单元列车一般含有一台牵引变压器，每台牵引变压器供两台牵引变流器工作；每辆动车含有一台牵引变流器，每台牵引变流器驱动4台牵引电机。
牵引工况下，牵引变流器将接触网25kv、50Hz单相交流电转化为牵引电机所需电源，驱动牵引电机；制动工况下，牵引变流器将牵引电机转化的电能反馈给接触网。
牵引电机一般采用3相鼠笼型感应电机，牵引电机非传动端安装有速度传感器，传感器将采集的数据提供给牵引变流器及制动控制装置。
其中拖车通过轴端速度传感器采集速度信号，提供给本车制动控制装置。
二、牵引变流器工作原理牵引变流器包括主电路设备、控制电路、冷却系统组成，其中主电路包括电平脉冲整流模块、中间直流电路、三电平逆变模块、交流接触器、充电单元、继电器单元等；控制电路包括无触点控制装置、门极电源等；冷却设备包括主风机、辅助风机、热交换器等。
整流部分将单相交流电转化为中间直流电压，逆变部分将中间直流电压转化为三相交流电，供牵引电机使用。
2.1 整流部分整流部分包括单相3级PWM脉冲整流模块，其将牵引变压器二次侧电压1500V、50Hz整流成中间直流电压。
通过无触点控制装置的IPM选通控制，实现输出直流电压2600～3000V定电圧控制、牵引变流器原边侧电压电流功率因数1控制。
CRH2动车组牵引变流器故障诊断
CRH2动车组牵引变流器故障诊断作者：李岚来源：《电脑知识与技术》2016年第10期摘要：牵引变流器一旦出现故障，将严重影响动车运行性能和安全。
CRH2动车组主变流器电路与其他型号动车组有较大区别，其交流传动部分采用三电平逆变技术，该文将以CRH2动车组牵引变流器的三电平逆变电路作为研究对象，对CRH2动车组牵引变流器的故障原因、故障类型、故障诊断技术展开研究。
分析了其工作原理和故障类型，最后通过小波分析进行了故障诊断。
关键词：CRH2动车组；三电平逆变技术；小波分析；故障诊断。
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0248-032004年，我国通过引进国外高速铁路先进技术，立足国内，自主创新，成功研究出CRH 型系列动车组。
随着动车组投入铁路运营，一方面极大提高了铁路运输效率，同时也给机车维修带来新的挑战。
特别是牵引变流器一旦出现故障，将严重影响动车运行性能和安全。
CRH2动车组主变流器电路与其他型号动车组有较大区别，其交流传动部分采用三电平逆变技术，因此本文将以CRH2动车组牵引变流器的三电平逆变电路作为研究对象，对CRH2动车组牵引变流器的故障原因、故障类型、故障诊断技术展开研究。
1 CRH2动车组牵引变流器三电平逆变电路的工作原理IGBT 三电平逆变器主电路（如图1 所示）采用两个主管串联，中点有一对二极管箝位的结构.可以看出，各主管承受的反压是中间回路直流电压的一半，即主管的耐压比二电平逆变器可降低一半。
工作原理先从一相桥臂分析.四个主管的三种通断组合（见表1）可以得出对应交流输出端有三种电平（+Ud/2 ， 0 ， -Ud/2）。
逆变器的输入电压由中间直流环节提供，通过PWM控制IGBT的通断，输出频率电压都可调的三相交流电。
当列车运行在牵引工况时，三电平逆变器输出频率、电压幅值都可调的三相交流电对4台牵引电机进行速度、力矩控制；当列车运行在再生制动工况时，牵引电机产生三相交流电作为三电平逆变器的输入电源，经过整流后向中间直流电路输出直流电压，最终由脉冲整流器将能量反馈回电网。
CRH2型动车组牵引变流器MFD故障的分析
CRH2型动车组牵引变流器MFD故障的分析0 引言在故障实例中，牵引变流器（以下简称CI）在运行途中多次发生输入接触器K断开的现象，但车辆回段入库后做高压启动试验，K接触器动作正常，通过观察故障现象参数，下载CI的故障历史数据，综合分析，都可以判断出故障原因是K接触器本身辅助触点接触不良（亦称触点卡分）。
一.CI途中闪报K接触器断开故障分析1.1 故障现象2014年8月18日，武汉局配属的CRH2型2053列动车组在连续多天的运行途中，报6车的K接触器不吸合故障，同时MON网络控制系统记录MFD牵引不动作故障，通过段方人员的添乘观察描述，该故障多发生在过分相后，每天车辆运行10多个小时，故障现象发生好几次，库内试验检测、启动试验、模拟过分相，故障现象一直不重现。
1.2 基于电路原理的故障分析法运行途中MON信息显示器上显示的故障信息，2053列动车组与另一列CRH2A型动车组重联运行，2053列的1车担当操纵主控端，该时刻，车辆在升弓合主断有电状态，牵引级位手柄在零位，同时也未进行制动操作，所以级位显示“OFF”，由于方向手柄还在前进位，所以各节车厢CI的输入接触器K都应处于闭合状态，画面中2053列6车K未闭合，说明6车CI处于故障状态，由于故障，6车CI的直流电压反馈值也比其他CI低好几百伏。
牵引级位手柄提到2级位（即P2）运行，编组中各个正常CI的直流电压设定值、反馈值都升到3000V左右，而故障的2053列6车该电压只有2500多伏。
从图1所示的三点式脉冲整流器电路图我们知道，车辆在升弓合主断VCB的有电状态下，当司机操纵方向手柄（前进或后退）时，预充电接触器CHK先闭合，主变压器三次侧单相400V电压（对应网压25KV）经CHK接触器、CHT升压变压器、CHDd整流桥，输出1890V直流电压，给CI中间回路支撑电容预充电，CHK动作1秒即断开，K接触器投入，主变压器二次侧单相1500V电压（对应网压25KV）经过K接触器送到U、V两相整流器输入端，整流器输出继续给中间回路支撑电容充电到2500多伏，当司机提牵引级位手柄时，如上图提到P2级位，整流器IGBT栅极牵引启动，整流输出电压继续上升到3000V左右，同时逆变器IGBT栅极牵引启动，牵引电动机给电流。
CRH2型动车组VCB不闭合故障分析报告
VCB不闭合故障分析一，VCB控制电气原理简介1，VCB闭合在主控端司机室操作【VCB合】自复位开关(VCBCS)，VCB投入指令的7线被加压，发出VCB合指令或自动过分相装置发出VCB合指令后，如果VCB闭合的条件满足，VCB-M励磁,VCB 闭合。
下面以1U的VCB控制简要介绍VCB闭合的控制电气原理。
VCBOR2励磁过程：将主控钥匙插入制动器，右旋解锁后，制动手柄移至“快速”位，103线加压→通过VCBN，7B线加压→辅助气压在780±10kpa，ACMGVR1励磁，常开触点闭合，8C线加压→无VCB断指令，VCBOR1常闭触点闭合，8D线加压→VCB没有远程切除，VCBCOR 常开触点闭合，8E线加压→主变压器1次电流正常，ACOCRR2常闭触点闭合，8F加压→主变压器3次电流正常，AOCN闭合，8G加压→主变压器3次接地正常，GRR3-2常闭触点闭合，8H1加压→ACK1闭合，8H加压→2车CI无故障，CIFR1常开触点闭合，若CI故障，切除相应M车，CORR常开触点闭合；CI接地正常，CIGRR1常闭闭合，8K线加压→3车CI无故障，CIFR1常开触点闭合，若CI故障，切除相应M车，CORR常开触点闭合；CI接地正常，CIGRR1常闭闭合，8M线加压→VCBOR2励磁，常闭触点闭合。
VCB-M励磁过程：103线加压→通过VCBN，7B线加压→主变压器未过电流，OCTN闭合，7B1加压→主变压器油泵正常，MTOPMN闭合，7C线加压→3车CI接触器K未闭合，KRR 常闭触点闭合，7D线加压→2车CI接触器K未闭合，KRR常闭触点闭合，7E线加压→发出VCB闭合指令，VCBCR1励磁，常闭触点闭合，7F线加压→VCBOR2的励磁在103线加压后即已完成，常开触点闭合，7G线加压→VCB-M励磁，VCB闭合。
在VCB闭合后，由于【VCB合】按钮的自复位，VCBCR1非励磁，常开触点断开。
CRH2型动车组牵引变流器接地故障的判断及处置方法
CRH2型动车组牵引变流器接地故障的判断及处置方法CRH2型动车组牵引变流器接地故障的判断及处置方法侯文军：太原车辆段摘要：通过了解牵引变流器接地相关故障代码的含义及保护动作，进行相关试验和数据分析，提出故障基本判断方法和相应处置方案，有效提升牵？1变流器接地故障的处理效率。
关键词：动车组；牵引变流器;接地故障；判断处置0概述牵引变流器作为动车组的重要组成部分，由四台 牵引电机电源控制，由脉冲整流器直流平滑电路、逆 变器、真空交流、接触器主电路设备和无触点控制装 置组成，控制电源控制整个电路设备的运转。
牵引变 流器属于动车组的传动装置，牵引电路中的变流器的 主要功能是转换直流和交流之间的电能量，并通过各 种牵引电动机动车的运行进行控制和调节。
当网压瞬 间波动过大时，整流器中电容元器件瞬间无法吸收过 大电能，同时超出其承受范围，就会导致其击穿，造成 主电路接地。
需要对CRH2型动车组在运行过程中牵 引变流器二次侧过电流和牵引变流器牵引绕组发生 接地故障的原因进行分析，制定CRH2型动车组牵引 变流器故障基本判断方法和处理过程，可有效提升牵 引变流器故障处理效率。
1故障代码释义及故障保护动作与牵引变流器接地相关故障代码主要有：牵引变 流器故障1(代码004)、牵引变流器故障2(代码005)、牵引变流器GDI(代码055)、牵引变流器GD2(代码 050)、牵引变流器故障1(代码141)、主电路接地(代码 142)、牵引变流器VDLV2(代码023)。
牵引变流器故障1(代码004)，判断条件是:在运 营模式下，牵引变流器发给网络的通讯信息中，包含了“发生可复位的保护动作”信息。
牵引变流器故障2(代码005),判断条件是:在运 营模式下，牵引变流器发给网络的通讯信息中，包含 了“发生不可复位的保护动作”信息。
该类故障指相对 牵引变流器故障1较为严重的故障，不可在通电状态 下直接复位，需要CI进行断电，重新投入方能复位再 次检测的故障。
CRH2型动车组牵引变流器故障分析和处理
CRH2型动车组牵引变流器故障分析和处理摘要：牵引变流器具有转换直流制和交流制间的电能量，对各种牵引电动机起控制和调节的作用，能够控制机车的运行，是机车中的重要设备，一旦牵引变流器出现故障将会影响机车的正常运行，基于此本文对牵引变流器进行了分析，并针对CRH2型动车组在运行过程中牵引变流器经常会出现的故障进行了分析，并提出了常见故障的处理措施。
关键词：CRH2型动车组；牵引变流器；故障；处理引言牵引变流器作为CRH2型动车组的重要组成部分，它由四台牵引电机电源控制，由脉冲整流器直流平滑电路、真空交流、逆变器、无触点控制装置、接触器主电路设备组成。
它是动车组的传动装置，能够驱动动车组运行，但是牵引变流器在使用过程中经常会出现故障，影响了动车组的稳定、可靠运行，因此需要采取措施解决这些故障，从而保证动车组可靠、安全运行。
1牵引变流器的主要构成及参数CRH2型动车组牵引变流器主要由功率单元、真空交流接触器、交流电压传感器、过压抑制可控硅单元、充电单元、交流电流传感器、电阻单元、控制电源单元和电动送风机、无触点控制装置（变流器控制单元）等构成。
其中，功率单元主要包括：主开关元件IGBT或IPM和滤波电容器，不同形式的功率单元由不同的元件组成，并且元件的数量也不相同。
过压抑制可控硅单元包括：驱动电路和直流电压传感器（DCPT）。
充电单元包括：整流器、变压器、滤波电容器预充电用接触器。
电阻单元包括：放电电阻、过载电压抑制电阻。
电动送风机包括：主/辅助电动通风机，其中辅助电动通风机用于密闭室冷却。
CRH2型动车组的牵引变流器的主要参数有：（1）控制电源和辅助电源的电压为100V直流；（2）整流器和逆变器的输入电压为1650V的交流电压，中间直流电路的电压为3050V直流；（3）三相交流电源电压为400V；（4）每台牵引电机的输出功率为400kW。
2牵引变流器的结构2.1主电路主电路系统一般以两辆车为一个单元，其构成如图1所示，其电源为单相交流，受电弓引入，牵引变压器的原边绕组中主电路的开闭由VCB控制，同时将电流引入其它牵引变流器脉冲整流器中。
CRH2A型动车组牵引系统工作原理及故障处理
CRH2A型动车组牵引系统工作原理及故障处理摘要：本文对CRH2A型动车组在载客运营及检修作业中牵引系统的应用进行概述，首先介绍了工作原理及牵引变压器、牵引变流器、牵引电机关键部件，最后对CRH2A 型动车组牵引系统牵引电机温度高故障处理进行介绍。
关键词：牵引系统；牵引电机；牵引变压器；牵引变流器DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.14.0531 关于CRH2A型动车组牵引系统组成简介1.1 牵引系统概述动车组分为 2 个动力单元：M1+M2，M3+M4。
动车组要求的弓网电压为25kV、50Hz 的单相交流电，由受电弓从接触网受电、通过VCB 与牵引变压器 1 次侧绕组连接。
每个动力单元车中各设一台牵引变压器、两台牵引变流装置及八台牵引电机。
牵引变流装置牵引运行时向牵引电动机供电，制动时将制动再生电能反馈回电网，在牵引及再生制动时向主电动机供应电力和制动时电力再生控制之外且具有保护功能。
牵引电动机使用3 相鼠笼式感应电动机，轴端安装有速度传感器，检测转子频率，并将信息反馈给牵引变换装置、制动控制器。
1.2 牵引系统关键部件简述1.2.1 牵引变压器CRH2A型动车组牵引变压器具有2 次绕组为2个独立绕组，每个绕组与一台牵引变流装置连接，使 2 次绕组具有高电抗和弱藕合性，确保牵引变换装置具有稳定运行的特性。
另外，为对应于每个 2 次绕组的增容，1 次绕组配置了2 个并联结构的线圈；为了减轻重量，1 次，2 次线圈采用了铝质线圈；1 次绕组接地侧、2 次绕组侧及3 次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11 根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。
相对于 3 次绕组侧的一端子使用并引出了 2 根中心导线的特点。
3次绕组对应的电压、电流及容量值如下表：CRH2A型动车组牵引变压器具有壳式变压器结构，油箱分为上下两个部分。
油枕与主体箱通过连接孔与主体箱内的油流通，油充填在波纹管的外侧，波纹管的内侧与大气相通。
CRH2动车组辅助变流器设计说明--解析
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二.APU介绍
继电器单元各种信号输出 ①ＡＲｆＫ闭合：ＡＰＵ的输入电压一旦被确立（ＡＣ２ ５０Ｖ以上）的话，由来自ＣＰＵ的指令，ＡＲｆＫＲ被 励磁（CN2插座的5脚即“101X”线得电），ＡＲｆＫ闭 合。在ＡＰＵ停止的时候，变频器、逆变器变为ＯＦＦ， ２０秒之后ＡＲｆＫ断开。 ②ＡＰＵ故障：ＡＰＵ发生重故障的情况下，通过来自Ｃ ＰＵ的指令，对ＡＰＵＦＡＵ进行励磁。常闭触点断开， CN1插座的10脚与16脚即M100线与M135线断开。常开 触点吸合，CN2插座的20脚即93C线得电。由此，向监视 器发出ＡＰＵ故障信号。 ③瞬间停电检测：ＡＰＵ的输出在停止的情况下，根据Ｃ ＰＵ的指令，向外部输出瞬间停电检测信号（CN2插座的 6脚即112G线得电）。（停电最短为０．５秒）
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一.概述
①额定电压 ②电压变动范围 使用条件 ①环境温度 输出电压种类和技术参数
类别 交流３相
输入电源参数
辅助变流器技术参数
ＡＣ４００Ｖ（５０Ｈｚ）单相 ＋２４％～－３１％（连续）， －２５～＋４０℃（外界温度）
交流单相
－３７％（１０分钟）
直流 （辅助整流器箱） ＡＣ２２０Ｖ １２ｋＶＡ 同左 同左 － ＤＣ１００Ｖ ５８ｋＷ ±１０％ － －
变压器TR1
电抗器ACL2
ACL1+ATr
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二.APU介绍
APU后端
APU前端
风机
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滤网15
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二.APU介绍
APU动作逻辑说明
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二.APU介绍
动作： APU启动： ①控制电源ＯＮ：ＣＶＤＲ继电器被励磁（继电器单元中）。（CN1插座的9脚与15脚 即M435线及M436线闭合）。 ②ＡＰＵ起动：控制电源闭合后，再闭合ＶＣＢ的话，ＡＰＵ的输入电压确立，ＡＰＵ 开始起动。 ＶＣＢ闭合后，控制电源再被闭合的话，ＡＰＵ的ＣＰＵ初期复位、然后起动开始。 ③ＤＣＨＫ的闭合：ＡＰＵ的输入电压一旦被确立（ＡＣ２５０Ｖ以上），通过来自Ｃ ＰＵ的指令，ＤＣＨＫＡＲ被励磁（继电器单元中） ，ＤCＨＫ主触头断开。 ④ＩＶＫ２的闭合：ＤＣＨＫ线圈吸合0.５秒后，由来自ＣＰＵ的指令，ＩＶＫ２ＡＲ 被励磁（继电器单元中）。IVK2闭合。 ⑤ＩＶＫ１的闭合：ＩＶＫ２被闭合开始１．５秒之后，由来自ＣＰＵ的指令，ＩＶＫ １ＡＲ被励磁（继电器单元中） 。ＩＶＫ１被闭合，IVK2断开，０．５秒后变频器 进行软起动。变频器的输出电压在达到DC７００Ｖ的时候，逆变器的输入电压被确 立，０．５秒之后逆变器进行软起动。 ⑥３ＰｈＭＫ的闭合：ＩＶＫ１闭合起０．５秒之后，由来自ＣＰＵ上的指令，ＡＰＵ ＫＡＲ被励磁（继电器单元中） ，３ＰｈＭＫ闭合。 ＡＰＵ停止： ＶＣＢ变为ＯＦＦ、如没有输入电压（ＡＣ２５０Ｖ未满），ＡＰＵ停止。变频器， 逆变器变为ＯＦＦ后，ＩＶＫ１、３ｐｈＭＫ在２０秒之后断开，ＤＣＨＫ２２秒之 后断开。
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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）.。