铁路空调客车逆变器失效分析及其故障诊断系统的研究

摘要

空调客车逆变器对保障列车安全运行、为乘客提供安全舒适的乘车环境有着重要的作用，随着我国铁路客运事业的发展，逆变器使用日趋广泛。车载逆变器的工作环境中存在着高湿、高温、强烈震动、过电压过电流冲击等不利因素，从而导致了逆变器具有较高的故障概率，为了提高逆变器故障检修的效率与准确度，研究智能化的逆变器故障自动诊断系统具有十分重要的意义。本文首先分析了在车载使用环境下，逆变器弱电半导体器件、电力半导体器件、模拟器件的失效模式，为如何选取被测信号，以便有效获取逆变器故障征兆参数，以及专家系统故障原因的分析提供技术参考。该诊断系统分为上位机与下位机两部分，两者之间通过RS－232C异步串行通讯交换数据。下位机将数字信号处理技术引入逆变器故障诊断中，利用数字滤波降低噪声，排除干扰，同时利用时域加窗的FFT变换对逆变器输出的电流电压进行频谱分析，并给出逆变器输出波形的质量评价参数，从而完成数据采集与故障征兆获取功能。逆变器的故障诊断分析通过基于产生式规则的专家系统实现。在广泛查阅文献与积累逆变器维修人员实践经验的基础上，以模块化的方式建立专家系统规则知识库，专家系统采用穷举法与前向推理的规则匹配方式进行故障判断。上位机软件采用C++Builder6.0在Windows2000下开发，实现专家系统各部分功能，显示逆变器运行中各种参数及其波形曲线，逆变器输出电压电流频谱图等，并可进行逆变器软起动的仿真测试。现场实验表明，本系统能很好地在线监测逆变器运行工况并进行仿真测试，其诊断结果对于故障逆变器的维修具有参考价值。系统软件人机界面友好，操作方便。