- 頭條一種雙重化脈沖整流器多管開路故障的快速診斷方法2021-06-09 作者：陳濤 劉志剛 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語雙重化脈沖整流器是電力牽引交流傳動系統的重要組成部分，它的可靠性直接影響整個動車組的安全穩定運行，其主電路功率管IGBT是最易發生故障的部分。現有研究針對多個IGBT開路故障定位研究較少，而雙重化脈沖整流器存在8個功率管，故對于雙管、多管故障的診斷也不可忽視。 為此，西南交通大學電氣工程學院的研究人員陳濤、劉志剛、胡軻珽、張雨婷，在2020年第10期《電工技術學報》上撰文，以雙重化脈沖整流器為研究對象，分析了正常工作模式和多種功率管開路故障情況，提出了一種多管開路故障快速診斷方法。該方法能迅速實現功率管單管、雙管及多管故障的準確定位，且不受負載擾動影響。
隨著我國高速鐵路的迅速發展，動車組的安全穩定運行顯得尤為重要。一般來說，CRH3型動車組（Electric Multiple Units, EMUs）牽引傳動系統中整流部分均采用雙重化脈沖整流器拓撲結構，其主電路功率管IGBT（insulated gate bipolar transistor）是電力電子裝置系統中最脆弱的結構。
由于雙重化脈沖整流器中的IGBT長期在電磁干擾、多種惡劣環境下運行，極易發生故障。而IGBT作為核心部件，其故障主要分為短路故障和開路故障。現有的IGBT模塊驅動電路針對短路故障已集成了硬件保護和監控裝置，但是開路故障會導致網側電流畸變、直流側電壓幅值降低和波動增大，從而引發二次故障。為提高系統的可靠性，實現對IGBT開路故障的有效診斷十分重要。
在功率管開路故障診斷方法上，目前主要分為電壓檢測法和電流檢測法。電壓檢測法通過考察變頻器故障時的電機相電壓、線電壓或中性點電壓與正常時的偏差來診斷故障。而電流檢測法則派生出平均電流Park矢量法、電流矢量特征、電流軌跡等。現有研究中很少對多個IGBT開路故障進行關注，而對于雙重化脈沖整流器來說，其相比單重化兩電平脈沖整流器增加了一個整流單元，故障情況較多，故障定位的難度有所加大，故對于雙管、多管故障的診斷也不可忽視。
為此，西南交通大學電氣工程學院的研究人員嘗試將門極信號與線電壓的變化情況，作為故障特征信號生成的依據，提出了一種雙重化脈沖整流器多管開路故障快速診斷方法。整體思路如圖1所示。
圖1 整體思路
圖2 HIL+RCP測試平臺
HIL+RCP測試平臺試驗結果證明了該方法的有效性和魯棒性，并具有以下特點：
- 1）該方法可輕松定位相同、不同整流單元和橋臂的多個功率管故障，在針對多管開路故障診斷方面具有顯著優勢。
- 2）診斷動作時間不超過3/4基波周期，即可迅速實現功率管單管、雙管及多管故障的準確定位。
- 3）該方法不受負載突變影響，且適應于其他多重化結構的脈沖整流器IGBT開路故障診斷。
以上研究成果發表在2020年第10期《電工技術學報》，論文標題為“一種雙重化脈沖整流器多管開路故障快速診斷方法”，作者為陳濤、劉志剛、胡軻珽、張雨婷。
