列车牵引逆变器输出电能品质及其故障特征研究

列车牵引逆变器输出电能品质与牵引系统关键部件的工作状态紧密耦合。分析了牵引电机转子断条故障、电机定子匝间短路故障及逆变器IGBT开路故障状态下定子电流的特定谐波分量特性。针对定子电流故障特征,使用快速傅里叶变换(FFT)对故障特征进行识别,提取特定谐波分量,提出了以特定谐波分量含量与基波含量比值大小定位故障部件的故障诊断方法。搭建了牵引系统状态监测仿真模型,验证了提出的故障特征与故障诊断方法的正确性和有效性。     

准 Z 源逆变器中IGBT 开路故障诊断

针对三相准 Z 源逆变器的安全可靠运行问题,提出一种快速、实用的准 Z 源逆变器 IGBT 开路故障诊断 方法。新型 IGBT 开路故障诊断基于 Z 源逆变器自身特性实现,通过在开关周期内观察故障前后直通状态的变化 对系统变量的影响来辨识故障,实施时分为两个连续阶段,一是 IGBT 开路故障检测和定位,二是激活冗余桥臂, 完成故障容错运行。利用三相准 Z 源逆变器低压样机进行测试,实验结果验证,所设计的 IGBT 开路故障诊断方 案可快速检测出 IGBT 故障,并能在 0.5 ms 内完成系统重构,实现故障容错运行。在轨道交通系统中采用所提出 的 Z 源逆变器 IGBT 开路故障诊断方案,可以保证供电系统的可靠运行。     

基于贝叶斯网络的牵引逆变器开路故障多特征融合诊断方法

为了增强牵引逆变器开路故障诊断方法对于不确定因素的免疫能力,提出一种基于贝叶斯网络的信息融合诊断方法。以牵引逆变器输出侧的电流和电压为信号源,提取小波包熵特征,采用主成分分析法对原始特征进行降维,使用贝叶斯参数估计法融合降维后的特征量,得到信息互补的新的特征向量。利用贝叶斯网络对融合后的新的特征向量进行识别,对不同观测值情况下的最大后验概率估计结果进行信息融合并做出决策,进而完成故障诊断。建立仿真模型,与使用K均值算法的故障分类情况做对比,验证不同转速和白噪声情况下所提故障诊断方法的有效性。研究结果表明:所提方法能够对牵引逆变器IGBT的单管和双管开路故障进行准确检测与定位,能够去除冗余信息和互补有效信息,具有一定的抗干扰能力,准确率高,适应性强。     

基于电机振动的动车组牵引逆变器故障诊断研究

牵引逆变器的安全性和可靠性对高速动车组车辆的稳定运行至关重要,为了对逆变器工作状态进行识别,文章结合车辆系统动力学,提出了一种基于电机振动信号分析的故障诊断方法。将电机振动信号作为监测对象,通过检测逆变器故障时电流畸变引起电机异常振动的特征信号来进行判断。以CRH2型动车组牵引传动系统为例,建立了基于空间矢量脉宽调制策略下的三电平牵引逆变器电路仿真模型,对逆变器结构故障模式进行仿真。仿真结果表明,逆变器故障会显著影响交流侧输出电流谐波含量,尤其是5倍频、7倍频、11倍频、13倍频电流谐波;而这些谐波电流输入到牵引电机后转化为6P(1-s)倍频、12P(1-s)倍频的脉动转矩,并作用于电机,使得其输出振动中含有相应频率的谐波成分。通过对高速动车组实际运行过程中的牵引电机振动信号进行分析可发现,在正常情况下振动信号不明显含有此类谐波频率成分,而当逆变器存在故障时,则会导致在振动信号中该频率信号含量非常明显。因此,文章所提出的基于振动信号分析法能够有效地监测并诊断牵引逆变器工作状态,并具有一定的工程应用价值。     

半实物仿真技术在轨道交通用IGBT寿命预测中的应用

IGBT是列车牵引变流器的核心部件,其寿命预测技术是整车故障预测与健康管理的重要依据。采用半实物仿真方式对CRH_5型动车组IGBT电流、电压等参数进行提取,基于这些参数进行与寿命相关的仿真和计算。计算表明:逆变器侧IGBT模块寿命小于脉冲整流器侧IGBT;IGBT的主端子、芯片和DBC焊层会提前出现失效征兆现象。该方法为准确评估轨道交通用IGBT模块寿命预测提供参考。     

基于磁链观测器的逆变器开路故障实时诊断

逆变器作为电力牵引交流传动系统的重要组成部分,其可靠性是保证系统正常运行的关键,但其功率模块故障率较高。本文针对逆变器主电路的IGBT开路故障,提出一种基于磁链观测器的实时诊断方法,经仿真验证该方法不易受负载扰动和闭环控制影响,诊断可靠性高,且不需增加额外硬件设备,适用于逆变器开路故障的实时诊断。     

动车组牵引系统部件故障分布规律评估方法研究

基于可靠性理论和动车组牵引系统故障特点,对动车组牵引系统的故障分布规律的分析方法进行了探讨,阐述了用可靠性理论识别系统故障分布规律的模型。提出对动车组牵引系统故障样本极少的部件采用平均故障率描述,对故障规律不明显的部件采用经验分布函数方法,对多种故障模式相互作用部件采用理论分布估计,可以得到较为理想的部件寿命规律。     

基于车载数据的IGBT模块损耗及结温研究

基于CRH5型动车组牵引逆变器车载数据,利用概率论解决了原始数据的零漂问题,给出了适用于全工况范围的IGBT模块损耗计算方法,分析验证了文章提出的带水冷基板热网络模型在导热硅脂层耦合的合理性,采用有限元热仿真的方法验证了热网络模型的有效性,并给出一种适用于本领域工程实际应用的热阻计算方法。     

牵引功率单元IGBT保护电路优化设计

为解决由于部件的设计原因导致的牵引系统接地保护试验故障诊断不准确问题,从系统和部件的角度进行分析研究,排查出是由于牵引功率单元IGBT驱动电路部分器件的设计选型不当所致。通过调整IGBT驱动板短路保护电路电容、电阻的参数并通过试验验证,解决了此类问题。通过系统的研究分析及IGBT驱动电路的优化设计,可准确定位故障,利于动车组牵引系统的检修维护。     

基于故障树—蒙特卡洛方法的动车组可靠性分析

建立CRH2型动车组系统及其走行子系统、牵引传动子系统、制动子系统、高压电器子系统、辅助供电子系统以及网络控制子系统的故障树,在此基础上运用蒙特卡洛方法和MATLAB软件,对动车组的可靠性进行仿真分析.结果表明:基于故障树分析的蒙特卡洛仿真方法能快速、准确地计算动车组整车的可靠性;当动车组各基本部件发生故障的概率服从指数分布时,整个动车组系统发生故障的概率也服从指数分布;动车组最重要的3个分系统依次为空气供给分系统、接地保护开关和高压设备箱分系统以及牵引传动分系统.     

基于邻相电流的逆变器功率管与电流传感器故障诊断方法

作为牵引逆变器的关键器件,功率管与电流传感器分别在能量转换与系统控制中扮演着至关重要的角色。然而,在恶劣多变的工作环境下,功率管与电流传感器会出现不同程度的老化或失效,从而引发故障。功率管开路故障与电流传感器零输出故障在某些情况下不仅具有相似的故障特征,而且极易给系统带来严重的后果,其故障诊断是当前的研究重点。目前,仅有少部分故障诊断方法对这2类故障的联合诊断进行了研究,且这些方法尚未考虑牵引逆变器两电流传感器方案下的故障诊断,容易出现故障误诊或漏诊等问题。针对牵引逆变器两电流传感器方案下的复合故障诊断问题,提出一种基于邻相电流的故障特征提取与诊断方法。该方法首先分析两相电流信号在功率管与电流传感器故障下的变化,从而推导故障相电流与邻相电流的准确数学模型。在此基础上,对邻相电流进行平移变换与坐标重构,得到具备故障辨识能力的邻相电流轨迹数学模型。将该模型与已有的电流轨迹相结合,可以对功率管单管开路故障、双管开路故障以及电流传感器零输出故障进行有效区分。验证结果表明,提出的方法在电机处于不同运转状态下是有效、可行的,对于有限电流信号下的牵引逆变器故障诊断具有较好的参考价值。     

动车组牵引电机矢量控制系统几项关键技术

基于高电压、大电流IGBT功率器件的牵引逆变器及异步牵引电机已成为高速动车组牵引传动系统的主流电路结构,矢量控制技术作为一种高性能的异步牵引电机控制策略得到广泛应用。现从实用性角度出发,介绍了动车组牵引电机矢量控制系统的几项关键技术,包括电压电流测量、电压解耦算法、转子磁链观测模型、定子频率校正、多模式PWM调制。     

基于小波包熵及双重优化神经网络的牵引逆变器开路故障诊断

功率模块器件作为高速动车组电力牵引传动系统的核心组成部分,大多应用于多场域耦合且承受主要的电热应力,故障率较高.通过提取其故障特征并准确定位故障点,实时在线诊断故障对于牵引传动系统的安全可靠运行具有重要意义.以CRH2型动车组牵引传动系统为例,三电平牵引逆变器存在12个功率管,故障发生频繁且种类繁多,故对于三电平牵引逆...     

市域动车组动力配置和牵引系统控制方式对能耗的影响

文章介绍了市域动车组的动力配置、牵引系统控制方式,对市域动车组的故障运行能力和运用冗余性,以及典型动车组牵引变流装置故障数据进行了分析,并对市域动车组在不同动力配置、牵引系统车控方式和架控方式下的牵引能耗、运行时间和旅行时间进行了计算。结果表明：对于200 km/h及以下速度级的市域动车组,在采用空电联合制动时,大动拖比编组是一种省时、节能的选择;在确保每列动车组的牵引变流装置不少于3套和IGBT器件电压等级、电流容量许可的情况下,车控方式是一种更加经济、环保的选择。     

基于FMECA的CR400AF型动车组高压牵引系统可靠性分析

针对CR400AF型动车组投入运营以来发生高压牵引系统故障的问题,基于FMECA分析方法,提出其高压牵引系统功能框图,利用车组检修运用中丰富的故障统计,对高压牵引系统的18种常见故障模式进行详细的故障模式影响及危害性分析。通过危害度矩阵分析,得出其高压牵引系统危害性较大的故障模式,为动车组日常检修运用、源头质量整治等工作提供参考。     

墨尔本HCMT地铁LC参数设计与仿真分析

介绍了墨尔本地铁电传动系统的主要构成及其原理,根据用户对牵引系统的要求,利用Matlab对其主电路进行仿真。通过对比不同固有频率(通过改变电抗器L1进行调节)下的电压和电流数据,分析其对DC-DC斩波器IGBT管两端压降ΔU、中间直流电压Ud以及网侧谐波电流、逆变器输入谐波电流的影响,同时建立斩波器故障模型,评估了故障情况下逆变器输入电压的特性,为主电路电气设计提供合理的选型和保护参考。     

基于随机森林的动车组牵引电机故障特征选择方法

动车组车载数据具有维度高、数据量大的特点,从高维度的数据中提取出牵引电机相关的有效特征是进行数据驱动模型构建的基础。文章以基尼指数为例,介绍了基于基尼指数的CART分类树构建步骤、基于CART分类树的随机森林构建方式以及基于随机森林分类算法的基尼指数平均不纯度减少和袋外误差平均准确度减少2种特征选择方法,并对2种特征选择方法进行了试验验证。基于UCI机器学习样本库,通过Dry Bean Dataset和Wine Dataset 2种典型案例验证了2种特征选择方法在特征选择和模型分类方面的有效性;基于动车组车载实测数据,通过对动车组牵引电机的特征选择,验证了2种方法都能有效筛选出牵引电机故障特征,同时基于所选故障特征建立的牵引电机故障诊断模型具有较高准确率和召回率,可用于动车组牵引电机故障特征选择。     

基于实测数据的高速动车组谐波评估分析

分析了高速动车组牵引传动系统结构以及整流器和逆变器的具体电路模型,并基于高速动车组行驶过程中测量得到的实测数据,分析了不同运行工况条件下动车组的谐波输出情况,并对动车组运行过程中的谐波污染水平进行了评估。     

基于OOCPN结线分析和反向推理的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法

基于面向对象的思想和有色Petri网理论,构建库所的令牌,描述城市轨道交通牵引供电系统中组成结点的元件、开关及结点的含源性质,进而建立城市轨道交通牵引供电系统结线分析的OOCPN(Object-Ori-ented Colored Petri-Nets)模型。求解该模型可确定城市轨道交通牵引供电系统的故障域;然后结合专家经验以及牵引变电所综合自动化系统轮询到的保护动作信息,通过反向推理遍历搜索该故障域,对故障元件进行定位;根据专家推理规则以及城市轨道交通牵引变电所内的保护配合关系,判断开关的拒动行为。以城市轨道交通牵引供电系统馈线短路且馈线开关拒动为例进行验证,结果表明:提出的城市轨道交通牵引供电系统故障诊断方法能够实现对故障元件的准确定位和开关拒动行为的判断。     

CRH1型动车组牵引系统的仿真研究

CRH1型动车组是中国高速动车组的重要组成部分。对CRH1型动车组牵引系统进行仿真研究,对我国高速铁路的发展有着及其重要的意义。介绍了CRH1动车组牵引系统的基本概况,重点介绍了网侧变流器和矢量控制系统的数学模型。利用仿真软件MATLAB/SIMULINK中的电气系统模块,构建了CRH1型动车组牵引系统的仿真模型,并对其牵引特性进行仿真试验。仿真结果基本符合CRH1型动车组真车试验结果。