【正文】 action control system structure and principle, to grasp the mon breakdown processing method has a very important practical significance. The main topic of city railway vehicle AC drive control system in electric traction ponents and each ponent is the main function principle, train work control system is introduced as well as the mon AC drive control technology, analyzes the mon faults and emergency treatment method. And look forward to direction of AC drive technology of China39。 導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。 （ 2）電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu) 10 圖 11 電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 導(dǎo)電機(jī)理與小功率 MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大的區(qū)別 ， 采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同的設(shè)計。 優(yōu)點 —— 用柵極電壓來控制漏極電流 ： 驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。 MOSFET 晶體管的工作原理 MOSFET 的原意是： MOS（ Metal Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導(dǎo)體），F(xiàn)ET（ Field Effect Transistor 場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（ M）的柵極隔著氧化層（ O）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（ S）的場效應(yīng)晶體管。 IGBT 電力晶體管 IGBT 電力晶體管的結(jié)構(gòu) ： 柵極 G、集電極 C 和發(fā)射極 E 11 圖 12 為內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 IGBT 的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號 IGBT 的結(jié)構(gòu)： 簡化等效電路表明， IGBT 是 GTR與 MOSFET 組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個由 MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū) PNP 晶體管， RN為晶體管基本區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。該電子為 p+np 晶體管的少數(shù)載流子，從集電極襯底 p+層開始流入空穴，進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制（雙極工作），所以可以降低集電極－發(fā)射極間飽和電壓。電流繼續(xù)流動，直到輸出側(cè)停止供給電流。具體地來說， p+np的電流放大系數(shù)α設(shè)計為 以下。基片的應(yīng)用在管體的 P+和 N+ 區(qū)之間創(chuàng)建了一個 J1 結(jié)。 uGE 大于開啟電壓 UGE(th)時， MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流， IGBT 導(dǎo)通。這種殘余電流值（尾流）的降低，完全取決于關(guān)斷時電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)?，層次厚度和溫度? 柵射極間施加反壓或不加信號時， MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷， IGBT 關(guān)斷。 (5)正向阻斷 當(dāng)柵極和發(fā)射極短接并在集電極端子施加一個正電壓時，P/NJ3 結(jié)受反向電壓控制。這種現(xiàn)象會使集電極與發(fā)射極之間的電流量增加，對等效 MOSFET 的控制能力降低，通常還會引起器件擊穿問題。這一特殊現(xiàn)象嚴(yán)重地限制了安全操作區(qū)。因此，器件制造商必須注意將集電極最大電流值與閂鎖電流之間保持一定的比例，通常比例為 1： 5。因此， IGBT 的驅(qū)動和保護(hù)電路是電路設(shè)計的難點和重點，是整個裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 無源逆變 —— 把直流電逆變?yōu)槟骋活l率的交流電供給負(fù)載； 有源逆變 —— 把直流電逆變?yōu)榻涣麟姺此偷诫娋W(wǎng)（或交流源）。 圖 23 逆變原理圖 (5)逆變電路的分類 直流側(cè)是 電壓源：電壓型逆變電路 —— 又稱為電壓源型逆變電路。 1）整流電路 整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。 變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。從而可以在輸出 端 U、 V、 W 三相上得到相位互差 120176。 圖 26SPWM 脈沖電壓圖 因此，要使 PWM 電壓波在每一時段都與該時段中正弦電壓等效，除每一時間段的面積相等外，每個時間段的電壓脈沖還必須很窄，這就要求脈沖數(shù)量很多。轉(zhuǎn)換器是將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的 12V 直流輸出，而逆變器是將 Adapter輸出的 12V 直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電；兩個部分同樣都采用了用得比較多的脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)。 VIN 由 Adapter 提供， ENB電壓由主板上的 MCU 提供，其值為 0或 3V，當(dāng) ENB=0 時，逆變器不工作，而 ENB=3V 時，逆變器處于正常工作狀態(tài)；而 DIM 電壓由主板提供，其變化范圍在 0～ 5V 之間，將不同的 DIM 值反饋給 PWM 控制器反饋端，逆變器向負(fù)載提供的電流也將不同， DIM 值越小，逆變器輸出的電流就越大。輸出電壓反饋：當(dāng)負(fù)載工作時，反饋采樣電壓，起到穩(wěn)定 I 逆變器電壓輸出的作用。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載19 阻抗情況的不同而不同。 電壓型逆變器的工作原理 逆變電路直流側(cè)電源是電壓源的稱為電壓型逆變電路（ Voltage Source Type Inverter－－ VSTI)。負(fù)載為感性，星形接法，在整流電路和逆變電路之間并聯(lián)大電容Cd。每隔 60176。其他兩相 uBO 和 uCO 波形分別滯后于 uAO120176。的交變四階梯波。由圖 1a 可見 ,A 相電流 iΑ 可視為六階梯波相電壓 uAO 對負(fù)載 ZΑ作用的成果。 在圖 1中由于直流電源是由晶閘管組成的相控整流電路，其輸出電流 id 方向不能轉(zhuǎn)變；直流側(cè)又并聯(lián)大電解電容 Cd，因此輸出電壓平均值 Ud 極性也不能轉(zhuǎn)變，因此逆變?nèi)攵斯β势骄?PB 恒大于零，即電能只能由直流側(cè)經(jīng)逆變電路輸向負(fù)載而不能沿相反方向由負(fù)載反饋回電網(wǎng)。由于逆變電路只具有單方向傳遞電能的功能，故比較適用于穩(wěn)態(tài)運行、無需頻繁起制動和加、減速的場合。交流傳動 —— 交流牽引電動機(jī)變頻調(diào)速，多采用轉(zhuǎn)差頻率控制或磁場定向式矢量控制，近年來也已開始采取直接力矩控制。 （ 3） 電傳動系統(tǒng)主電路 定義：一般指一個車輛單元的牽引動力電路。 1)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速 三相異步電動機(jī)最基本的工作原理之一是在氣隙中建立旋轉(zhuǎn)和正弦分布的磁場。 電流：一次負(fù)載電流： = 一次電流 ： = + ；（ 勵磁電流， A。 圖 33(d):電壓 /頻率 =常數(shù)時轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速曲線。矢量控制的定義：交流電機(jī)模擬成直流電機(jī)來控制，通過坐標(biāo)邊換來實現(xiàn)電機(jī)定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解藕，然后分別獨立調(diào)節(jié)，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。在供電頻率下三相定子電壓通過與每相連接的晶閘管的觸發(fā)來控制，輸出的電壓或電流波形中含有較多的諧波，造成電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動大，功率因數(shù)較差。原因在于，其控制規(guī)律是從異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式觸發(fā)推導(dǎo)出的平均值控制，完全不考慮過渡過程。 。它相當(dāng)于應(yīng)用直流串勵電動機(jī)的車輛用調(diào)節(jié)電阻來控制主電動 機(jī) 端電壓得到速度范圍。 2 恒轉(zhuǎn)差頻率控制 這是逆變電路的輸出電壓達(dá)到最大值后僅僅改變逆變電路搞出頻率的控制方法。 根據(jù)式，使轉(zhuǎn)差頻率 fs 與電源頻率 f 成正比地增加，則轉(zhuǎn)矩 T與電源頻率，即車輛速度基本成反比，轉(zhuǎn)矩的下降比恒轉(zhuǎn)差頻率控制方式笑。 電流 轉(zhuǎn)矩 電流 fs頻率增加 28 圖 35異步電動機(jī)基本特性曲線的變化 （ f轉(zhuǎn)差率） 4 恒電壓控制 U/f 恒定控制時，即使逆變電路輸出電壓為最大，如果輸出電流、轉(zhuǎn)差頻率到最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)點還有裕量，可以用恒轉(zhuǎn)矩控制擴(kuò)大速度范圍。 目前，用于城市軌道交通車輛的閉環(huán)控制系統(tǒng)有轉(zhuǎn)差 電流控制（如上海地鐵 2 號線地鐵車輛牽引電動機(jī)控制）、矢量控制（如廣州地鐵 1 號線地鐵車輛牽引電動機(jī)控制）及直接轉(zhuǎn)矩控制（如深圳地鐵 1號線地鐵增購車輛牽引電動機(jī)控制）等。矢量控制逆變器分為電流型和電壓型，電流型逆變器通過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出給定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電樞繞組電流給定值，通過磁通調(diào)節(jié)器輸出給定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中勵磁組電流給定值，對上述兩變量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)逆變變換，得到在靜止坐標(biāo)系中對應(yīng)的給定值，再 經(jīng)過坐標(biāo)變換，等效為三相異步電動機(jī)定子電流的給定值，把給定電流作為可控電流逆變器的三相電流控制信號，由逆變器驅(qū)動電動機(jī)。為此需要準(zhǔn)確地設(shè)定電動機(jī)的參數(shù)，并要求控制裝置具有強(qiáng) 大的演算處理能力。在再生制動時以相反的路徑使電網(wǎng)吸收電動機(jī)反饋的能量。 （ 2） VVVF 逆變器由 V1～ V15 構(gòu)成。斬波器的主要功能是用于電阻制動，用它來調(diào)節(jié)制動電流的大小，另一個功能是作過電壓保護(hù)之用。當(dāng)直流環(huán)節(jié)發(fā)生過 電壓，經(jīng)斬波器放電后仍不能消除，則晶閘管 TZ 通，直流電路通過 FCZ放點。 （ 5）其他保護(hù)環(huán)節(jié) 是固定并聯(lián)在濾波電容器 LFC 上的放點電阻。 CBR 為差動電流傳感器，用以檢測直流電路流入與流出的電流差，以檢測接地等故障。供電方式的選擇取決于牽引、制動特性要求，以及逆變器與電機(jī)的容量。設(shè)備故障是多種多樣的可以從不同角度進(jìn)行分類。突發(fā)故障多發(fā)生在設(shè)備初始試用階段，往往是由于設(shè)計、制造、裝配以及材 料缺陷，或者操作失誤、違章作用而造成的。在不能獲得設(shè)備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障率數(shù)據(jù)的情況下，可選擇定性的分析方法。 用定量的方法進(jìn)行危害性分析時 ， 所用的故障率數(shù) 據(jù)源應(yīng)與進(jìn)行其他可靠性維修性分析時所用的故障率數(shù)據(jù)源相同。 其準(zhǔn)則應(yīng)是根據(jù)劃分 的故障原因種 類 ， 容 易 看出每種故障的主要原因或存在的問 題 ， 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障 后進(jìn)行 鑒定時 ，要 按同 一規(guī)定 確定 故 障 的 原 因 （種類 ）。高速開關(guān)的檢修內(nèi)容如下。 2．動／靜觸點檢查 檢查動／靜觸點的“熔化”程度，如“熔化”程度厲害，應(yīng)更換觸點。對于燒灼厲害的滅弧柵片應(yīng)更換。高速開關(guān)檢修完成后，應(yīng)對過載跳閘裝置整定值進(jìn)行調(diào)整。對于變流設(shè)備的檢修應(yīng)重點對以下幾方面進(jìn)行檢查。在散熱片間必須沒有阻擋空氣流進(jìn)入的阻塞物。 3． VVVF 逆變器箱體蓋板和緊固件檢查 逆變器的所有蓋板應(yīng)無損壞、變形，鎖閉功能良好，如有必要需進(jìn)行檢修或予以更換；檢查所有蓋板的密封橡膠的彈性，如果存在 3mm的裂縫或更大的永久變形，則需要更換；檢查所有蓋板的門鎖，看能否正常工作和自由轉(zhuǎn)動，如果有必要則予以更換；檢查多針插頭無腐蝕或污垢 ，如有則對其進(jìn)行清掃或更換。 7．元件檢查 電阻元件：檢查電阻表面無變色、開裂、損壞、起皮或脫層等現(xiàn)象，檢查電阻接線端子緊固良好。 逆變器線路接觸器（ LB、 CHB 單元）檢修 (1)將 LB 接觸器的閉鎖杠桿往上抬，從接觸器上取下滅弧罩。 (5)仔細(xì)觀察接觸點上是否有過渡燒蝕，觸點允許的最大燒蝕范圍如圖 219所示，如果超過范圍則及時報告。 (9)觸點安裝完畢后，請確認(rèn)在不超過 條件下閉合主觸點和輔助觸點。 13．填寫相應(yīng)記錄 以上項目檢修完畢，符合規(guī)定要求后，簽名并確認(rèn)作業(yè)編號，將處理及未處理故障填入相應(yīng)的記錄表并簽名。電氣磨損是主要的，發(fā)生在觸頭閉合和觸頭開斷電流的過程。對于有輕度燒灼或有結(jié)瘤的接觸面，可進(jìn)行打磨。安裝時，可使用專用夾具來保證主觸頭的安裝精度，以保證靜／動觸頭接觸面的接觸良好。同時，還需要檢查軸孔的工作狀態(tài)，由于軸和外殼使用的材質(zhì)不同，通常外殼上的軸孔較易磨損。然后檢查接觸器的吸合及分?jǐn)鄷r間。在檢查及清潔印制電路板時，需對檢修人員采取防靜電措施。 37 1．制動電阻及制動電阻箱清潔 定期清潔制動電阻及制動電阻箱，用壓縮空氣清潔電阻器，確保無污物附著。 (4)檢查帶狀電阻是否有變形 ，如果冷態(tài)下帶狀電阻就有變形，一旦通過制動電流，其變形會更加嚴(yán)重，極易造 成電阻之間的短路。 38 第四章：城軌車輛輔助供電系統(tǒng) 城軌車輛輔助供電系統(tǒng)的類型 隨著電力電子器件的發(fā)展，城市軌道交通車輛靜止式逆變電源的輔助供電系統(tǒng)也經(jīng)歷了不同時期的發(fā)展過程。 DC100V 控制電源構(gòu)成方案 目前城市軌道交通輔助供電系統(tǒng)中，獲得 DC110V 控制電源主要有兩種不同的途徑。 輔助供電系統(tǒng)的供電方式 （ 1）分散供電 地鐵車輛大都采用 2M1T（ 3 節(jié)車輛）構(gòu)成一個單元，由兩個單元（所謂 6節(jié)編組）構(gòu)成一列車。 分散供電和集中供電這兩種供電方式各有優(yōu)缺點。一般常用的有 50Hz 變壓器隔離和高頻變壓器隔離方式。 城軌車輛輔助供電系統(tǒng)的工作原理分析 車輛輔助供電系統(tǒng)組成 城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)包括輔助逆變器（ DC/AC 變流器，簡稱 SIV）和低壓電源（ DC/DC 變流器和蓄電池）兩大部分。 列車輔助逆變器根據(jù)負(fù)載的運用實際，采用恒壓頻輸出，其技術(shù)性能要求與VVVF 主逆變器有所不同，而且對 DC/DC 變流器的性能也有特殊要求。因此，對輔助逆變器負(fù)載的起動有很多要求：40 如起動功率限制，每次起動的負(fù)載不能超過額定功率