CRH2A统型及CRH380AL牵引变流器VIB基板的研究

李艳飞　秦涛涛

摘 要：随着国民经济的快速发展，列车运行速度的提高成为必然趋势。对CRH380型高速动车组的牵引系统进行深入研究，有利于提高高速动车组列车的自主创新能力。该文对CRH2A统型及CRH380AL动车组装有日立平台牵引变流器的VIB基板进行改造，并针对其再生制动失效故障提出了解决方案。

关键词：CRH2A统型 CRH380AL型高速动车组 牵引系统

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（b）-0082-02

CRH2A统型及CRH380AL动车组作为引进的高速动车组系列之一，深入研究其结构性能有利于加快高速动车组的国产化进程，其中牵引变流器是CRH2A统型及CRH380AL动车组牵引系统的核心，有必要对其设计原理及故障情况进行深入分析，以促进我国动车组变流器设计平台的建设。该文以CRH2A统型及CRH380AL动车组采用的日立平台牵引变流器作为研究对象，根据实际运行过程中所发生的再生制动失效故障，从牵引变流器VIB基板设计、电路具体电气参数等方面进行故障分析研究，并提出了相应的解决方案。

1 存在的問题

CRH2A统型、CRH380AL动车组投入运行以来，前期多次出现车辆在再生制动过程中，突然发生再生制动力下降，并随之发生再生制动失效保护，带来了一定的安全隐患。2014年南昌西动车所曾多次发生再生制动失效故障，故障发生后，将检测保护动作的VIB基板更换后，库内试验正常，车辆运营至今故障未再次发生，从而减少了对运输秩序造成的影响。

2 原理分析

2.1 故障判断

从故障情况看，与VIB基板关联最大的部分为制动反馈输入回路，如图1所示。

图1所示为制动指令信号（BTP）及制动反馈信号（BTF）的输入电路。从逻辑部前面的连接器输入BTP和BTF，经过抑制过电压用的绝缘放大器「AD202KY」和后段的电压跟随器（ （α）部分）电路以及多路复用器IC「MAX328EPE」传送到控制基板（VCU基板）。该电路中如（β）所示安装有容量为1.0 μF的电容器（容性负载）。原本安装此电容器是为了消除高频干扰，但因安装在电压跟随器的后段，使用过程中会发生非常强烈的振动现象。

出现振动现象的机理为：电压跟随器电路中装有运算放大器μPC251C，运算放大器的输入通过电阻R39变为负反馈。此时，运算放大器内部的电阻和电容器构成滤波回路，因输入信号和输出信号的相位差接近180°，负反馈转换为正反馈，从而出现振动现象。

在常温下对故障VIB基板制动输入回路施加5 V的电压模拟信号，在输出端测量波形，输出端输出5 V电压信号，波形正常。将故障VIB基板进行加热，同时，给制动反馈输入回路施加5 V的电压模拟信号，在输出端测量波形，结果发现波形出现了异常。异常现象的出现表明该电路的图1中（α）和（β）处局部受热时会造成不良发生；使用未发生过不良的基板进行相同的模拟试验，没有再出现信号振动现象。由上所述，推断VIB基板输出发生波形异常为VIB基板局部受热所致。

2.2 故障原因分析

进而开展了详细的故障调查，首先，为了确定VIB基板运算放大器的后端安装的电容器的影响，制作了只含运放及电容器周边的电路。试验时输入5 V的电压模拟信号，分别通过：（1）包含有容量1μF的电容器的电路；（2）无电容器的电路，进行确认当试验电路过热时在输出部分是否会发生振动现象。试验结果如表1所示。试验结果表明，装有电容器的电路中当试验基板过热时出现振动现象，而未装电容器的电路则没有发生振动现象。由此可知，运算放大器后端安装的电容器是发生振动现象的原因，同一VIB基板的其他部位安装的电容器与振动现象无关。

同时，对比了正常VIB基板和发生异常的VIB基板的特性。在上述结果的基础上，对正常基板和异常基板分别在安装电容器与不装电容器特性进行了比较。正常基板与CRH2A、2B、2C1、2C2动车组上的基板相同；异常基板与CRH380AL、CRH2A统动车组上的基板相同。试验时边加热基板边输入模拟制动力指令信号和制动力反馈信号。对于正常基板，即使安装了电容器也不会发生振动现象。对于发生异常的基板，安装了电容器后会发生振动现象，而区别仅在于运算放大器是否含铅。由此，确定VIB基板输出波形发生振动现象是由于在高温情况下无铅运算放大器与电容器组合而发生的现象，拆除该电容器可以消除振动现象。综上，结果表明此振动原因是由于在高温情况下无铅运算放大器与电容器组合而发生的现象。

3 动车组牵引变流器VIB基板的改造方案

经过公司级的专家评审，评审专家一致认可通过拆下牵引变流器VIB基板上电压跟随器后段的电容器（β）来防止故障的发生。为此，需将装有日立平台牵引变流器的CRH2A统型及CRH380AL动车组去除牵引变流器VIB基板上电压跟随器后段的电容器（β），同时对CRH2A统型动车组日立平台牵引曲线软件进行微调，调整后的软件版本号由CHEV002更改为CHEV003。新软件于2014年4月在CRH2293列（配属南昌局）装车，至2014年12月31日该车辆已运行346545 km，目前该车辆运行稳定、可靠。为进一步验证其可靠性，首先选取2列CRH2A统型及2列CRH380AL动车组去除电容，同时选取2列CRH2A统型动车组对牵引曲线软件微调，进行为期3个月的运用考核。若考核期内未出现因VIB基板导致的故障等异常，则对装有日立平台牵引变流器的15列CRH2A统型及17列CRH380AL动车组进行批量改造。

4 结语

牵引变流器报出再生制动失效故障原因为牵引变流器VIB基板输出波形异常所致，VIB基板输出波形异常原因是由于在高温情况下（发生在夏季）无铅运算放大器与电容器耦合而发生的现象。因此，CRH2A统型及CRH380AL动车组需去除其牵引变流器VIB基板上电压跟随器后段的电容器（β），同时需对CRH2A统型动车组牵引曲线软件进行微调。

参考文献

[1] 李伟，张黎.交-直-交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现[J].中国铁道科学，2002，23（6）：49-54.

[2] 王挺泽.1000k交—直—交地面试验系统四象限变流器的主电路及控制电路[J].机车电传动，1993（6）：22-26.

[3] 刘长清，郭平华，黄长强，等.电力机车四象限辅助变流器的研制[J].电力机车与城轨车辆，2003（6）：18-20.

[4] 李波.四象限变流器PWM双闭环控制系统的计算机仿真[J].机车电传动，2000（3）：16-19.

[5] 孙靖.CRH2型动车组牵引变流器的故障处理[J].铁道机车车辆，2009，29（6）：64-66.