1 概述

　　上海地鐵" title="地鐵">地鐵三號線的AC03 型電動列車,，是于21 世紀初引進的,，由法國ALSTOM 公司制造的交流傳動車輛，其主牽引逆變器" title="牽引逆變器">牽引逆變器是采用1 200 A/3 300 V IGBT模塊構(gòu)成的,，主電路的構(gòu)成如圖1所示,。AC03 型電動車主牽引逆變器電路結(jié)構(gòu)與其他進口的交流傳動車輛基本相似，但區(qū)別是在OV與地之間安裝了一種低感的干式金屬膜濾波電容,，電容參數(shù)是6.8 滋F/640 V,，以減弱高頻輻射的電磁干擾（EMI）。

　　圖1 中的PIM1 是牽引逆變器的三相IGBT逆變器模塊,，型號為ONIX 1500 IGBT,，外形結(jié)構(gòu)如圖2 所示，上部為濾波電容,，濾波電感安裝在逆變器箱體內(nèi),；中部是控制電路與驅(qū)動電路；下部為IGBT模塊及底座散熱器,。

　　圖1 中的PIM2 為制動斬波模塊,，用于電制動狀態(tài)下能量不能反饋給電網(wǎng)時，通過PIM2 將制動能量消耗在制動電阻上,。制動斬波模塊與逆變器模塊結(jié)構(gòu)類似,，但與逆變器模塊分開組裝，斬波器的開關(guān)頻率為650 Hz,；由圖1 看出,，斬波器模塊由4 個IGBT組成,，其中兩個IGBT并聯(lián)作斬波器使用，另兩個IGBT作為制動電阻的續(xù)流管使用,。

　　AC03 型電動列車至今運營已近10 年,，運營過程中，主牽引逆變器的IGBT模塊也常有故障出現(xiàn),，所以需要配備合適的測試裝置" title="測試裝置">測試裝置對其進行檢測,，以查找相應的問題，以便對主牽引逆變器進行檢修與維護,。

2 牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)及其工作原理

　　2.1 牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)及其電路分析

　　牽引逆變器IGBT 模塊的主電路及其控制電路框圖如圖3所示,。

　　根據(jù)圖3，牽引逆變器模塊結(jié)構(gòu)可分為以下幾個部分,。

　　1）上部主電路由6個IGBT模塊構(gòu)成三相逆變電路,，即VVVF，此外還有4 個IGBT 模塊構(gòu)成制動斬波電路,，與三相逆變電路是分開的（見圖1 中PIM2）,。

　　2）中部的驅(qū)動電路板，對應每個IGBT都有一個柵極驅(qū)動電路,，在每個電路中還帶有自身的狀態(tài)反饋信號和故障信息,，這些反饋信息均要反饋給計算機（AGAT）用于處理與判斷。此外每個LV 接口連接器負責一相橋臂的兩個驅(qū)動電路,，如LV1 負責PH1相的上管T1和下管T4的驅(qū)動電路1與4,。

　　3）下部的交流方波電源，輸入直流電壓48 V,，輸出35 kHz,、依24 V的交流方波電源，給驅(qū)動電路板供電,，用于產(chǎn)生在電氣上與輸入信號的控制電路隔離的兩路驅(qū)動電源,，導通時DC 垣15 V，關(guān)斷時DC -12V,，另外,，在電源電路板上也有故障與保護信息，同樣反饋給計算機用于處理與判斷,。電源的接口連接器為LV5,。

　　此外，由圖3 看出,，三相逆變器模塊與外部連接的接口有：在主電路方面有P,、N、PH1-3（輸出的三相交流端）及地線,；在控制電路方面,，通過LV1,、2、3,、5 連接器來實現(xiàn),。

　　因為制動斬波器模塊電路結(jié)構(gòu)與逆變器模塊相似，通過LV4 連接器與控制電路相接,，所以在此不再作以介紹,。

　　2.2 控制電路分析

　　2.2.1 交流方波電源板

　　交流方波電源板用以給驅(qū)動電路板供電。電源板正常時,，在輸入端輸入直流電壓48 V時,，用示波器測試輸出端，應該測得35 kHz,、依24 V的交流方波電源,，波形如圖4 所示。

　　2.2.2 驅(qū)動電路板

　　驅(qū)動電路板工作正常時,，將35 kHz,、依24 V的交流方波電源施加到驅(qū)動電路板的高頻變壓器的輸入端后，其兩路二次側(cè)繞組通過整流與穩(wěn)壓,，得到兩路電氣上隔離的驅(qū)動電源,，即正向?qū)妷篋C 垣15 V 和關(guān)斷時反偏置電壓DC -12 V。此時當驅(qū)動信號未輸入時,，施以IGBT 的柵極電壓為反偏置電壓，約為DC -12 V,；當驅(qū)動信號加入后,，在輸出端將得到驅(qū)動IGBT的電壓信號VGE。

3 牽引逆變器IGBT模塊測試裝置

　　3.1 測試裝置結(jié)構(gòu)分析

　　所研制的逆變器測試裝置的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)框圖如圖5 所示,。強電部分主要是高壓直流電源,、LEM傳感器、模擬負載和被試對象等,；控制臺是測試與控制的核心,，主要由數(shù)據(jù)采集卡、計算機,、調(diào)理電路及其他部件等構(gòu)成,；通過編寫測控專業(yè)軟件LabVIEW8.5，能實時分析所測數(shù)據(jù)和波形并將其存盤或打印,，還能實現(xiàn)測試過程的手動完成,。

　　此逆變器測試裝置測試功能齊全，能對一個IGBT模塊,、或一相（即一個橋臂）或三相分別進行測試,；不僅可以實現(xiàn)高壓測試,，而且還可進行低壓測試，即無損測試,。一般,，對有故障的IGBT模塊，先是進行無損檢測,，待查出問題修復后,，再實施高壓測試。

　　3.2 測試步驟與測試分析

　　可用便攜式測試儀先進行低壓測試,。

　　1）測試交流方波電源板,。測試加入DC 48 V后輸出端是否為依24 V、35 kHz 的方波電壓,。

　　2）測試驅(qū)動電路板,。輸入驅(qū)動信號，AC03 型電動列車上IGBT 牽引逆變器的驅(qū)動信號是依10耀15 V的方波電壓信號,，如圖6 所示,，波形上的零線寬度對應一橋臂上、下管的死區(qū)時間,，是可調(diào)的（此圖為清楚起見進行了放大,，實際上很小）,，在驅(qū)動電路板的輸出端得到相同的電壓波形VGE,，只是反壓幅值為-12 V。

　　3）測試功率模塊,。如圖7 所示,，由一相（如PH1 相）的逆變橋連成半橋式逆變電路，圖中T1為上管,，T4 為下管,，R 為純電阻負載（約100 贅）E1、E2為直流電源,，約在DC 15耀24 V之間,。

　　（1）僅上管T1導通牽引逆變器一相逆變橋（由上管與下管構(gòu)成）的驅(qū)動信號是由對應的接口連接器LV的插針（5,，6）輸入的,，而上、下管對應的兩塊驅(qū)動電路板的驅(qū)動信號應是互反的,，這也就保證上,、下管只能有一個管導通，同時輸入的驅(qū)動信號也要確保上,、下管之間有一個死區(qū)時間,。如果插針5,、6 上輸入驅(qū)動信號500 Hz、垣10 V的方波電壓時,，上管T1 導通,，則用示波器測試負載電阻R上的波形，VR就是幅值為E1 的相同脈寬（占空比約為50%）的方波電壓,，測得的波形如圖8 所示,；此時T4管是關(guān)斷的，即截止的,。

　?。?）僅下管T4 導通如果將插針5、6 上的輸入信號反接一下,，即原來5 為“+”,、6 為“0”，現(xiàn)是6為“+”,、5 為“0”,，此時T1截止，T4導通,。用示波器觀察電阻R 上波形,，VR 將是幅值為E2 的反向的方波電壓波形。

　?。?）上,、下管交替導通在確認上、下管對應的驅(qū)動電路功能正常時,，才可進行上,、下管交替導通的測試。在LV插針5,、6上輸入500 Hz,、依10 V的交流方波電壓驅(qū)動信號,，要求從+10 V變到-10 V時必須經(jīng)過“0”電平,，而且“0”電平的維持時間至少要大于死區(qū)時間，這樣就會使上,、下管交替導通,。由示波器測得的負載電阻R 上的電壓波形，VR變?yōu)榉凳?E1,、-E2 的同頻同寬的交流方波電壓波形,，如圖9 所示。圖上的“0”電平段對應輸入信號的“0”電平段,，也即上,、下管的死區(qū)時間,。

　　通過對故障模塊的電氣性能測試并與功能正常的模塊的測試結(jié)果進行比較，可以判斷分析其所存在的問題,，從而進行修復,。修復后再進行測試檢查，如測試一切正常,，表明牽引逆變器IGBT 模塊功能已恢復正常,。

　　如對于故障模塊上的IGBT有疑慮時，可對其進一步實施高壓測試,。在上高壓測試時,，按圖5所示，將主牽引逆變器IBGT模塊連接在“被試對象”環(huán)節(jié)處,，然后在控制臺上進行測試操作,，通過顯示器上顯示所需的電壓、電流波形,，需要時可進行記錄或打印保存,。在控制臺上進行高壓測試并打印保存測試波形的格式如圖10所示。圖中上部自左到右1耀4,，下部為5耀8,。其中，1耀3 為三相電流波形,，由于主電路被連接成半橋式逆變電路,，1 與3的相電流是相等且相反的，中間相2是不流過電流的,，故為零,。4和5為線電壓且相等。6和7 為中間電路的直流電壓和中間電路的電流,。8 上顯示有波形,，表示控制臺工作正常。

4 結(jié)語

　　應用所研制的測試裝置,，可以對AC03 型電動列車用的主牽引逆變器IGBT 模塊電路進行測試與分析,。因測試裝置測試功能齊全，又有便攜式測試儀,，所以運營維護部門應用相當方便,，而且顯著地提高了檢修和維護的效率。