磁浮列车补偿系统IGBT相模块故障分析

摘  要：补偿系统包括滤波器和补偿器，用于消除高次谐波和补偿无功功率，但补偿变频器IGBT相模块故障率较高，影响了补偿系统的工作效果。通过几年的分析和测试，发现是由于变频器风扇开断自动控制的滞后性造成了温度波动范围增大，使得IGBT相模块部件和对应的底板间分层，从而导致短路故障。改进后，风扇设置改为持续工作状态，以消除不利的温度条件。

关键词：补偿系统；IGBT相模块；分层；风扇自动控制滞后

磁浮列车在运行中会消耗很大的无功，并且其牵引装置在运行中会产生高次谐波，对电网有一定影响，所以在磁浮供电系统中设置了补偿系统，其作用就是补偿无功功率并消除高次谐波。

补偿系统由滤波器和补偿器组成，其中滤波器用来消除高次谐波和发出相对固定的容性无功，补偿器则用来动态地补偿磁浮供电系统中的无功。

1 滤波器

每组滤波器都是利用电抗器和电容器的串联电路来达到滤波的目的。电抗器的阻抗一般用R+jX_L来表示，其中电阻R比X_L小得多，电容器一般用-jX_C来表示，以一相的一个滤波电路来分析：

电路总阻抗  Z=R+jX_L－jX_C =R+j（X_L－X_C）

当X_L= X_C时，就是这个电路发生谐振，此时总阻抗Z=R为最小，电路的电流达到最大I=U/R。

由于X_L=ωL=2πfL      X_C =1/ωC=1/2πfC

其中ω为电压的角频率，f为电压的频率。

很明显，在某个频率ω₀下，会达到X_L= X_C

即  ω₀L=1/ω₀C   ，   ω₀²=1/LC

由此求得：

这个ω₀称为谐振角频率，f₀称为谐振频率。可见谐振频率只由L和C参数决定。发生谐振时，电路的电抗为0，电流达到最大值I=U/R，在电压为常数的情况下，电流完全取决于电阻的大小。实际电路中R很小，对于谐振频率的电源来说，滤波器电路相当于短路，谐振频率的电流都流向滤波器电路，因此其它电路流过该谐振频率的电流就很小，这就是滤波器的作用原理。

磁浮列车运行中，滤波器投运时，经供电部门测试，谐波量符合要求。

2 补偿器

补偿器的主要器件是IGBT变频器，每台输出功率为600kVar，是独立的变频系统。变频器通过强制换向和控制开关脉冲的宽度，可将电容器直流电压转换到变频器的交流侧，使得交流侧产生可以超前于电流(见图1)，或迟后于电流(见图2)的正弦波电压。

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