关于某型动车组客室荧光灯逆变器故障的分析研究

王泽昊 王振虎 刘彦志 王雪莹

摘要：客室荧光灯是高速动车组车厢内的重要照明设备，随着旅客对高速列车舒适性要求的不断提高，其性能直接影响到乘客乘车舒适性。通过对某型动车组客室荧光灯逆变器的工作原理进行分析，并对在运用检修中常出现的故障进行总结，提出了相应故障的判断处理方法，为现场快速排查及抢修动车组照明系统故障提供保障，具有较好的实用价值和行业应用前景。

关键词：动车组;荧光灯;检修

引言：

客室荧光灯是高速动车组内重要的照明设备，该设备主要由荧光灯管及荧光灯逆变器两部分组成。随着动车组运营里程的增加，逆变器故障已成为动车组旅客服务设施频发性故障，逆变器的维修越来越受到关注。动车组提供的DC100V电压通过荧光灯逆变器，将其逆变为AC120V（或AC180V），为40W（或110W）荧光灯正常工作，提供电压。因此，对荧光灯逆变器的运用维护检修将直接决定荧光灯能否正常照明。本文以输出电压为AC120V的荧光灯逆变器为例进行分析研究，找到逆变器故障电子元件，通过故障电子元件进行修复从而使逆变器恢复正常工作状态，达到修复故障逆变器，从而延长其使用寿命的目的。

1 荧光灯逆变器工作原理及试验分析

1.1 逆变器工作原理

荧光灯逆变器由输入稳压电路、变压器工作能量转化电路、三极管工作振荡电路三个主体组成[1]。逆变器的外接 DC100V 电源，经保险管 FS1后送到由二极管D2和电容C1、电感L1、压敏电阻ZNR组成的电路进行整流滤波和抑制浪涌，将纯净的直流电压通过启动电阻R5和电容C3提供给三极管 TR1和TR2的基极，满足三极管工作的静态条件[2]。变压器 T1 绕组为主绕组产生激励磁场，使次级绕组产生电压，与T2绕组配合，通过控制变压器线圈的匝数比，使三极管有放大功能，满足：|AF|=1。

变压器 T2 绕组的感应电流加到三极管的基极，使基极信号更强，实现三极管的正反馈。进而满足三极管工作的动态条件，三极管静动态工作条件满足，可以实现自激振荡。另一方面，变压器 T1 绕组与电容 C2 配合形成并联谐振产生瞬时高压点亮荧光粉。荧光灯有了可以激活荧光粉的瞬时高压和持续的自激振荡便可以正常工作，为乘客提供舒适的照明条件。

1.2 逆变器试验分析

根据逆变器电路原理对电路板元件进行分析，电阻电感变压器等由于自身特性不易损坏，而电容二极管和三极管则受电压电流影响较大，容易出现故障[3]。

根据电路逻辑和逆变器振荡需要满足的条件，只要二极管 D1、电容 C2、电容 C3、三极管 TR1、TR2 有一处损坏，逆变器都无法工作，因此依次对30个故障逆变器进行排查，发现现有逆变器所以故障均是由于电容 C2、电容 C3 和三极管 TR1、TR2 故障造成的。为了更好地对逆变器故障进行快速修复，对30个故障逆变器进行试验分析，其中电容C2故障18件，C3故障8件，三极管故障4件。

2 荧光灯逆变器常见故障原因分析

2.1 C2电容故障

故障原因：由于电容C2容量低于额定工作容量0.018μF导致。

原理分析：C2电容与变压器T1绕组配合，在电路中起并联谐振的作用，此时变压器绕组充当电感的作用，当满足：

WL=1/WC

且方向相反时，发生并联谐振。并联谐振中，电压和电流同相位，根据有功功率P=UIcosα

α为电压和电流的相位差，当电压电流相位相同时，α为 0，此时cosα为1，达到最大值，电源有功功率达到最大，变压器获得最大能量。这时在变压器的输出绕组上电压达到最大值，瞬间高压将荧光粉点亮。当电容C2容量低于额定工

作容量0.018μF时，并联谐振条件无法满足，无法产生瞬时高压点亮荧光灯。

2.2 C3电容故障

故障原因：电容 C3 容量低于额定工作容量 100μF。

原理分析：三极管自激振荡需要基极有持续的直流电供应，否则当交流信号为负半波时，三极管截止，无法实现振荡。电路刚通电时，外接 DC100V电压经过电容电感二极管的整流滤波和抑制浪涌后，将稳定的电压通过启动电阻R5和电容C3提供给三极管TR1和TR2的基极。当电路实现动态平衡后，由于R5电阻过大，消耗能量过多，电路改由变压器T3绕组获得的感应电流经二极管整流后通过C3电容提供给三极管。电容C3容量由于长时间工作或其他原因低于额定工作容量 100μF 时，三极管得不到足够的持续的直流电，静态工作条件无法满足，无法实现正常的自激振荡。

2.3 三极管故障

故障原因：三极管损坏，电路无法完成振荡。

原理分析：三极管是逆变器最核心的部分，此逆变器的的本质就是各电子元件配合三极管完成自激振荡。两个三极管型号相同都会争相导通，由于制造工艺等因素会导致一个三极管先导通。假设TR1先导通，此时变压器绕组T2的上部分和T1上部分线圈会获得电流，T2的上端与T3的上端互为同名端，此时T2绕组与T1绕组的电压方向一致。三极管TR1导通后，变压器绕组上端被TR1接地，所以T2和T1上端电压也变为负，下端变为正。TR1 断开，由于T2正电压加到了TR2的基极，TR2导通，振荡过程以此类推，TR1和TR2三极管实现交替导通，从而在变压器的输出端输出正弦波交流电，完成逆变过程。若TRI和TR2损壞，电路无法完成振荡。

3 维修及验证方案

针对以上故障原因，提出以下修复方案：

（1）取出电路板，用洗板水进行清洗，观察电路板上各元器件的外观，确认是否有发黑或烧焦的痕迹，各电阻和三极管是否有松动的现象，尤其需要特别注意电容元件是否有鼓包或爆裂漏液的情况发生。

（2）使用热风枪对电路板上故障元件对应的焊点进行加热，用洗板水清除残留的焊锡和杂质，涂抹助焊油，将融化的焊锡均匀地覆盖在管脚处，取下故障元件。

（3）用镊子将相应新元件安装在对应的管脚处，将电络铁调至 300～350℃，将元件重新焊接在电路板上，注意电气元件的正负，焊接完成后，观察管脚是否有虚焊、脱焊等现象，确保焊接状态良好。

（4）进行通电试验，确认荧光灯发光正常，输出电压稳定在 AC120V，逆变器工作正常。为确保修复后的逆变器可以正常工作，对修复后的逆变器板进行点温试验，以电容C2故障为例，当通过更换电容C2使逆变器电路板正常工作后，每隔一小时对C2电容进行点温，并与新逆变器电路板C2电容的点温数据进行比对，确保更换后的逆变器电路板工作温度在正常温度范围内。

通过试验，发现电容C2工作温度随着时间而逐渐升高，当正常工作六小时后，温度逐步稳定在40～45℃之间;同时二者工作温度的最大差值为 1℃，属于合理的误差范围，说明通过更换故障元件修复逆变器的方案是可行的。

4 结语

客室荧光灯逆变器故障中，由于荧光灯工作时长增加导致逆变器电容容量不足的现象十分普遍，在故障处理过程中应重点检查;其次经过试验，确认通过更换故障元件来实现修复逆变器的方案是可行的，大大降低了动车组荧光灯故障的运用维护检修成本，为同类产品设计及故障分析提供一定借鉴和参考。

参考文献

[1]申勇， 修伟. 40W荧光灯逆变器[J]. 承德民族职业技术学院学报， 2000， 03：28-29.

[2]胡南， 胡小光. 一种直流荧光灯逆变器： CN， CN201601881 U[P].

[3]张博华. 试论LED灯具在动车组照明系统中的应用[J]. 锋绘， 2019（4）：169-169.