宁波地铁4号线空调压缩机变频器故障分析与技术改进.docx

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宁波地铁4号线空调压缩机变频器故障分析与技术改进

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葛志云

摘要：空调机组压缩机变频器是城市轨道交通车辆极其重要元器件之一，其主要作用是根据空调控制器指令，输出不同频率的三相电源供给变频压缩机，使压缩机根据车厢内冷量或热量需求运行在不同频率，输出相对应的制冷、制热能力。当空调变频器出现问题无法正常工作时，将会直接影响空调机组能否正常运行，因此对三相电压监控继电器进行故障技术分析与改造十分具有重要性与必要性。

关键词：日立变频器;空调机组;载波频率;尖峰电压

引言

宁波地铁4号线共有36列车，每列车配有12台变频空调机组，每台空调机组均配有2个压缩机变频器用于调控压缩机的制冷、制热能力。宁波地铁4号线在调试运营过程中，发生多起因变频器故障引起空调机组无法正常工作的故障，因此十分有必要对现行的压缩机变频器进行故障分析与改进，降低车辆故障率，提高空调机组安全平稳运行性能。

1?原因分析

宁波4号线车辆调试运营期间共计发生多起空调变频器故障，空调机组控制盘主回路断路器F1/2和对应漏电保护FEL1/2（图1红框标记）发生偶发性跳断现象。由于主断路器和漏电保护同时跳开，判断为漏电保护器FEL1/2跳断带动住断路器F1/2跳开，空调机组漏电流太大，导致FEL1/2跳断，进而带动F1/2一起断开。

1.1现场调查测试

用示波器电流钳夹住F2上端三相电进线（见图2），使用PTU开启一台压缩机，测得漏电流值在110～170mA（见图3）之间波动;开启两台压缩机，测得漏电流在220mA左右，偶尔出现284mA尖峰值（见图4）。用介电测试仪对通风机、冷凝风机、压缩机做介电测试，测得漏电流值5mA，因此漏电流主要是由变频器运行过程中产生。

1.2?深入原因分析

变频器输出是以PWM（脉宽调制，类似高速開关）方式控制，输出电压为高频方波，导致压缩机内部线圈与外壳之间、线缆与地之间有等效电容存在，从而产生泄漏电流。

漏电保护器的漏电电流等级为300mA，略大于两台变频器运行时的漏电流值，考虑到元器件数值误差，机组运行环境的影响，可能会导致漏电保护器发生跳断现象。

2.1?优化方案

理论上IGBT的开关频率越高，漏电流值越大;反之，IGBT的开关频率越低，漏电流值就越小。因此通过降低IGBT的开关频率值，可以有效的降低漏电流值。同时降低IGBT开关频率会有以下影响：

a）降低载波频率减少变频器功耗。变频器中主要应用功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关，且随载波频率的提高功率损耗增大。这样一则使效率下降，二则使功率模块发热增加，对运行不利。载波频率越小，变频器的损耗越小，输出功率越大。

b）降低载波频率减少变频器输出电流平滑程度。变频器的逆变部分是由IGBT通过正弦脉宽调制（SPWM）后，通过电机绕组，形成呈正弦波的电流波形。那么载波频率的大小直接影响输出电流波形的好坏，以及干扰的大小，当载波频率高时，电流波形正弦性好，而且平滑。降低载波频率将减少变频器输出电流平滑程度，增加毛刺。

c）降低载波频率增加压缩机噪音。变频器的输出电压、电流中都含有一定分量的高次谐波，使电动机气隙的高次谐波磁通增加，所以噪声变大。降低载波频率会增加压缩机噪音。经实验测试。

d）降低载波频率增加压缩机绝缘寿命。载波频率越高每秒钟产生的尖峰电压数量越多，对电机的冲击次数也越多。很高的电压上升率在压缩机绕组上产生不均匀的电压分布，长时间重复性的过快的电压变化将使压缩机绕组匝间绝缘过早破坏，因此降低载波频率可以增加压缩机绝缘寿命。

2.2?空调机组电磁兼容测试

磁场试验是为了验证车辆所有的车载设备在车辆的电磁环境中能可靠工作，功能和性能不受影响，而且不得影响沿线其他设备系统。更重要的是，车辆产生的电磁环境不得对人体形成危害。由于空调变频器频率调整，对局部空间重新进行磁场测试。车辆处于静止状态，车辆在测量过程中牵引逆变器通电但不工作，辅助电路正常工作及所有相关设备运转（如空调/加热器、照明、窗加热器、充电机等），对三轴方向磁场进行持续时间30～60s测量。测试结果如下所示：

4?结语

通过以上分析发现，在两台空调机组高频率运行时，由于载波频率高，导致通过漏电保护器的漏电流值超过了限制值，漏电保护器跳开，从而带动主断路器跳开，空调无法运作。将空调载波频率从9K降至4K后，在车间运转实验室长时间运转并多次启动更改载波频率后的空调机组，漏电保护器无跳断现象，用示波器测得漏电流值一直稳定在120mA～220mA之间，并且通过电磁兼容测试表明，更改载波频率符合整列车的电磁兼容要求，验证了此方案在确保机组稳定运行前提下的可行性。降低载波频率空调功能正常，运营至今再无此类故障发生。

参考文献

[1]王文质，李勇，康伟，等.