地铁车辆主牵引逆变器及测试装置研制

　　1 概述

　　上海地铁三号线的AC03 型电动列车，是于21 世纪初引进的，由法国ALSTOM 公司制造的交流传动车辆，其主牵引逆变器是采用1 200 A/3 300 V IGBT模块构成的，主电路的构成如图1所示。AC03 型电动车主牵引逆变器电路结构与其他进口的交流传动车辆基本相似，但区别是在OV与地之间安装了一种低感的干式金属膜滤波电容，电容参数是6.8 滋F/640 V，以减弱高频辐射的电磁干扰(EMI)。

　　图1 中的PIM1 是牵引逆变器的三相IGBT逆变器模块，型号为ONIX 1500 IGBT，外形结构如图2 所示，上部为滤波电容，滤波电感安装在逆变器箱体内;中部是控制电路与驱动电路;下部为IGBT模块及底座散热器。

　　图1 中的PIM2 为制动斩波模块，用于电制动状态下能量不能反馈给电网时，通过PIM2 将制动能量消耗在制动电阻上。制动斩波模块与逆变器模块结构类似，但与逆变器模块分开组装，斩波器的开关频率为650 Hz;由图1 看出，斩波器模块由4 个IGBT组成，其中两个IGBT并联作斩波器使用，另两个IGBT作为制动电阻的续流管使用。

　　AC03 型电动列车至今运营已近10 年，运营过程中，主牵引逆变器的IGBT模块也常有故障出现，所以需要配备合适的测试装置对其进行检测，以查找相应的问题，以便对主牵引逆变器进行检修与维护。

　　2 牵引逆变器模块结构及其工作原理

　　2.1 牵引逆变器模块结构及其电路分析

　　牵引逆变器IGBT 模块的主电路及其控制电路框图如图3所示。

　　根据图3，牵引逆变器模块结构可分为以下几个部分。

　　1)上部主电路由6个IGBT模块构成三相逆变电路，即VVVF，此外还有4 个IGBT 模块构成制动斩波电路，与三相逆变电路是分开的(见图1 中PIM2)。

　　2)中部的驱动电路板，对应每个IGBT都有一个栅极驱动电路，在每个电路中还带有自身的状态反馈信号和故障信息，这些反馈信息均要反馈给计算机(AGAT)用于处理与判断。此外每个LV 接口连接器负责一相桥臂的两个驱动电路，如LV1 负责PH1相的上管T1和下管T4的驱动电路1与4。

　　3)下部的交流方波电源，输入直流电压48 V，输出35 kHz、依24 V的交流方波电源，给驱动电路板供电，用于产生在电气上与输入信号的控制电路隔离的两路驱动电源，导通时DC 垣15 V，关断时DC -12V，另外，在电源电路板上也有故障与保护信息，同样反馈给计算机用于处理与判断。电源的接口连接器为LV5。

　　此外，由图3 看出，三相逆变器模块与外部连接的接口有：在主电路方面有P、N、PH1-3(输出的三相交流端)及地线;在控制电路方面，通过LV1、2、3、5 连接器来实现。

　　因为制动斩波器模块电路结构与逆变器模块相似，通过LV4 连接器与控制电路相接，所以在此不再作以介绍。

　　2.2 控制电路分析

　　2.2.1 交流方波电源板

　　交流方波电源板用以给驱动电路板供电。电源板正常时，在输入端输入直流电压48 V时，用示波器测试输出端，应该测得35 kHz、依24 V的交流方波电源，波形如图4 所示。

　　2.2.2 驱动电路板

　　驱动电路板工作正常时，将35 kHz、依24 V的交流方波电源施加到驱动电路板的高频变压器的输入端后，其两路二次侧绕组通过整流与稳压，得到两路电气上隔离的驱动电源，即正向导通电压DC 垣15 V 和关断时反偏置电压DC -12 V。此时当驱动信号未输入时，施以IGBT 的栅极电压为反偏置电压，约为DC -12 V;当驱动信号加入后，在输出端将得到驱动IGBT的电压信号VGE。