地铁列车开门故障的诊断

翁晓韬

（上海地铁维护保障有限公司车辆分公司，上海 200235）

一、电子门控单元工作现状

电子门控单元(EDCU)应用于上海地铁多条线路中，随着EDCU使用年份的增加，其故障率急剧上升。据统计，仅在2011年由EDCU引起的车门故障占到了车门总故障的75.2%，严重影响地铁运营。

针对这一情况，对EDCU各类型的故障进行了分类梳理(表1)，其中两类故障发生率较高：一是工作电源故障，发生率为40%；二是零速回路故障，发生率为47%，应重点排除。

二、零速控制回路原理

零速回路的作用是当列车停稳后，车辆的零速列车线得电为高电平(110V)，该信号通过接口送到EDCU内部的零速控制回路中，以控制开门动作。这一控制回路主要由安全继电器K1、可调稳压芯片TL431、场效应管BUZ60、稳压管ZPY27、二极管4007、电容C47等组成。

当EDCU接收到车辆零速信号后，经过二极管、分压电阻、场效应管给电容C47充电，由于电容两端电压不能跳变，所以电压波形呈指数形式上升，由于此时三段可调稳压电路的输入电流小于输出电流，所以可调三端稳压电路不起作用。同时另外一路通过限流电阻和稳压管ZPY27，将三端稳压芯片TL431的输入端钳在27V，根据芯片手册，输入27V内部基准电压为2.5V。当电容C47两端电压上升到使可调式稳压电路达到电流平衡时，稳压电路开始限压，将电容C47两端电压限制在20V，由于稳压芯片的输出端和零速继电器的线圈是并联关系，这样的话就将零速继电器线圈电压限制在20V，此时零速继电器开始工作，常开触点闭合，为开关门做好准备。

场效应管BUZ60作用是有源负载的作用，因为零速信号是110V，而安全继电器线圈的额定电压是20V，如果简单的用电阻进行分压，受温度和电源电压波动的影响很大，所以依靠稳压管ZPY27将场效应管的栅源极电压钳在2V左右来替代电阻的作用。零速控制回路工作原理图如图1所示。

三、零速控制回路故障分析

对零速控制回路故障的EDCU进行分解和研究后，发现2个1.5K分压电阻R30、R31底部的基板有明显的烧灼痕迹(如图2)，由于基板过热引起贴片安装二极管D58脱落或基板烧穿导致零速控制回路断开，安全继电器K1不工作，EDCU发生零速控制回路故障。经分析得知其故障源如下。

图1 零速控制回路工作原理图

图2 零速控制回路故障的EDCU

(1)分压电阻的安装方式不合理

在该印刷线路板上分压电阻由2个1.5k/2W的电阻并联而成，其等效电阻为750Ω/4W，它在工作中会产生很大的热量，但没装散热器，易烧毁。

(2)分压电阻参数选择不合理

在印刷电路板的设计中，电阻额定功率应大于实际功耗的3倍才安全。

实际上，零速控制回路的电流为I=U/R=20/360=0.06A，式中R为继电器K1线圈阻值。则分压电阻R30、R31的实际功耗为：P=I2R=2.7W，和R30、R31并联额定功率4W比较，显然不满足3倍的原则。

四、改进方案

1.改变分压电阻的安装方式

加大电阻的散热空间，采用架空的方式安装电阻。

2. 重新选择电阻的参数

为满足电阻额定功率大于实际功耗3倍的原则，采取增大分压电阻的额定功率又会导致电阻体积增加，不好安装。

经过计算发现，在零速回路中同样起到分压作用的场效应管Q28的功率还有很大的剩余容量，场效应管的实际功耗为P=2.5W，而它的额定功率为75W，具有很大的使用空间。

由于零速回路的电流基本由继电器K1线圈电压和阻值决定，改变分压电阻的阻值不会影响零速回路电流的变化，通过更改分压电阻的阻值，使得实际工作时电阻和场效应管的功耗将被重新分配，可降低分压电阻的功率，减少发热。

重新选择电阻的规格由两个分压电阻680Ω/2W并联，其等效电阻为340Ω/4W。(如图3)EDCU工作时它的实际功耗为P=I2R=1.22W<4W，场效应管的实际功率为3.7W<<75W，均符合3倍原则的要求。

图3 整改后的线路图

五、试验论证

将EDCU改造前与改造后进行长时间通电试验，并对其进行温度监控，发现电阻和场效应管的温度有明显的变化（表2、3）。

表2 改造前电阻和场效应管温度变化

表3 改造后电阻和场效应管温度变化

从上表中看出，将2个1.5k/2W的电阻调整为2个680Ω/2W的电阻后，电阻和场效应管上的温度均明显降低，表明改造措施有效。

[1] 黄俊，王兆安. 电力电子变流技术[M]. 北京：机械工业出版社,1999.

[2] 杜鹃. 测量仪表与自动化[M]. 山东：中国石油大学出版社,2002.

[3] 汪志峰. 工控组态软件[M]. 北京：电子工业出版社, 2007.

[4] 黄俊，王兆安. 电力电子变流技术[M]. 北京：机械工业出版社,1999.