吴炳娇

摘 要：本文以地铁列车牵引系统的电能变换设备为背景，根据基于PWM控制的逆变原理，将在列车牵引系统中得到应用的牵引逆变器的PIM1模块，在实际中通过模拟输入、控制信号及其设备工作电源，进行相应的实验，实验结果表明PIM1模块能实现逆变，该试验条件下的电源信号以及控制脉冲能够满足列车牵引逆变系统的检测实验，因此可以通过此设备以及试验条件实现对PIM1模块的检修，检测其功能的好坏，为以后进行进一步试验及其研究奠定了基础。

关键词：牵引系统；PIM1模块；逆变；控制脉冲

1 引言

牵引系统作为列车运行的重要环节，在列车运行过程中承担着列车能否运行的重任。列车牵引系统根据结构和功能分为两大模块，PIM1模块和PIM2模块，PIM1模块用于列车牵引以及回馈制动时使用，PIM2模块则用于列车进行电阻制动时。本文首先对牵引系统与高压的连接以及预逆变过程进行了简单以及原理上的介绍，并针对PIM1的逆变功能展开试验研究，模拟在其进行逆变过程中的控制电源以及供电电源，提供PIM1模块的工作试验条件，并在此试验条件下对输出进行相应的检测。

2 牵引逆变系统线路的工作原理

牵引逆变器系统工作主要过程及其各个关键部件的作用介绍如下。

牵引逆变器箱与外界进行连接、实现预电能变换的连线如图1所示。1500V的直流电压，经过浪涌吸收器后接地，然后两个主熔断器，MF1和MF2，MF1是保护本车的牵引箱，MF2是保护另一个本单元动车的牵引箱设备。IESS箱里的高压供应开关HVSS有几个档位，分别是：接地位，车间电源位，受电弓位。接受电弓就是在这个位置，如果是车间电源位则是：由W到了A位，直接不用经过AD二极管，只给辅助逆变器和高压列车线供电，并经过牵引箱，直接供给A车的辅助逆变器和高压列车线。如果有受电弓，则一路经过二极管到达M4，I经过一个保护二极管，其作用是使输入到列车母线上的电不能本牵引箱，即当一个受电弓不能工作时，另一个受电弓电不能给本车的牵引箱供电。此线路将电源供给高压列车线和给本单元的A车辅助逆变器箱提供1500V直流电。经过AF1和AF2线出牵引箱，AF1用来保护高压列车线，AF2 用来保护本单元A车的辅助逆变器设备。

进入到牵引逆变器箱的线路，M7经过高速断路器。电流平衡继电CBR的作用就是检测输入端的电流。一般输入回路中的电流变化不大，如果一个电路中电流变化很大说明有漏电流的问题，当电流平衡继电器检测到电流变化即漏电流超过80A时动作。

预充电环节，预充电时，开始时LC（线路接触器）是不会得电的，在AGATE的控制下，CCC（预充电接触器）先闭合，经过预充电电阻（CCZ），预充电电阻的作用就是如果电压过大进行分压的，当电压达到900V，在AGATE的控制下，LC（线路接触器）闭合。FKZ（滤波放电电阻）的作用是当FK1和FK2放电时，FKZ进行电能的消耗，一般是降弓后有五分钟内放电的过程，与 FK1和FK2并联的电路中有相应的小电阻，当FKZ出现故障时，则FK1和FK2主要放电给各自并联的小电阻，对于放电过程来说DDU上会显示放电速度慢的故障信息。

PIM1和PIM2是实现电能变换的主要模块。它负责将1500VCDC变为670V左右的交流电。列车工作过程有启动时进行牵引和将要进行停止时的制动，牵引时只有PIM1模块起作用，其中起作用的是IGBT。当制动时，列车或者进行回馈制动或者进行电阻制动。回馈制动时也只有PIM2模块的IGBT上部的两个IGBT起作用，下边的IGBT不起作用，硬撬棒和软撬棒是两种过压保护。硬撬棒和软撬棒的区别在于：硬撬棒是指自身检测到电网电压超过2500V时，则自动进行硬撬棒启动；软撬棒则是检测到电网电压超过1900V时，则用AGATE进行控制，控制开关的开通和关断才能实现软撬棒启动。

3 PIM1模块检修实验

在进行PIM1模块检修过程中，我们在对PIM1进行检测，用30V直流来模拟列车供电的直流1500V，而CPB板的工作电压为DC48V，DC48V经过稳压管稳压后进行逆变再进行整流，经过稳压管，及其隔离变压器，将电压变为DC15V或者DC7V，稳压管是通过触发晶闸管的导通来控制IGBT的导通，15VDC作为模拟牵引控制单元PCE给出的信号（AGATE允许IGBT导通的时候才能够导通，而DC7V或者DC15VDC是IGBT的触发能导通的门级输入电压值），检修过程中，发现对于IGBT的顺序，最后一组由于IGBT最后5号和2号安装是相反的，即上面三个IGBT的编号分别是1，3，2，下面IGBT的编号分别是4，6，5。这样安排的原因是母排的原因。这样在对IGBT进行触发时，其顺序为，6和1，1和5，5和3，3和4，4和5，5和6，按这个顺序管子依次导通。在模拟时， 分别给出一对IGBT进行触发，模拟一相的输出，即PH1和PH2，以及PH3输出点的电压值，即分别给IGBT1，IGBT3，IGBT5进行触发后，相应的IGBT导通后，在PH1，PH2，PH3处测得的输出电压值。

外界条件的设置：

其中给出30V的直流电压，来模拟列车的高压供应1500V的直流输入。+15V与-15V用来给IGBT触发板控制上下管子是否导通，被提供+15V电压的IGBT可以导通，被提供-15V电压的IGBT不可以导通。直流48V的电压是IGBT控制板供电的电源板，在这个过程中经历了将直流48V经过隔离变压器变为在+20V与-18V的方波，再经过稳压管变换为+15和-12的稳态方波，给IGBT的门级电压供电，用来触发IGBT的导通与关断。根据PWM控制原理同一桥臂的上下两个管子不能同时导通，因此我们所测的输出电压是针对其中一相来说，即PH1，PH2，PH3处测得的电压分别是通过示波器转换不同的相位后，测量相应的输出电压。

4 实验结果及其结论

图1、图2、图3的上部波形都是IGBT的G級触发电压，+15V与-15V的电压，用于桥臂上端的IGBT的G级触发，即IGBT1、IGBT3、IGBT5。由于在实际使用中，电路导电板是五层电路板，IGBT2与IGBT5所在的桥臂，当IGBT1与IGT3所在板子的电压是正向电压时，此板子的上端是高压，因此IGBT5在板子的下端，IGBT2在板子的下端，在对门极进行触发时，触发电压也是相反的，因此在测量输出电压时，在输出端PH3端，会有当IGBT1与IGBT3是下降沿触发导通的情况下，IGBT2在电压的上升沿触发导通，由图2、图3与图4的下部波形对比可以看出。图2、图3、图4的下部波形是相应的IGBT1、IGBT3、IGBT2导通时，PH1、PH2、PH3端输出的30V电压。输出结果显示，当IGBT导通时，会在输出端输出相应的输入电压。试验结果验证了IGBT在此外部试验条件下能够输出试验预测值，证明了此外界试验条件满足控制系统以及逆变系统的试验条件，能够检测相应的IGBT的状态是否良好，同时也能检测控制板的工作正常与否。为进一步试验条件的设定以及研究奠定了理论和实践基础。