這一期講時代的VVVF，不過不急于講時代的發(fā)展史，分享一篇牽引變流器的專利申請（2021年9月申請，2022年1月發(fā)布，申請公開號：CN113992049A）。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)略圖中，1為變流器柜體，2為冷卻風(fēng)機，6、7、8分別為三種不同的線纜夾線模塊，14為高壓腔室，15為通風(fēng)口及其過濾器，16為安裝用吊耳結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖中外面一圈的部件來看，我基本能看出來這篇專利申請說的是什么了，上圖。

之前因為某些新車的奇葩聲音被傳得沸沸揚揚的 tPower-TN28 系列，屬于靈活控制方式的強迫風(fēng)冷機器（大多數(shù)為1C4M1群車控方式）。

以下以多數(shù)大修大西的變流器為例說明。記高壓腔室（HV）柜門所在面為正面，NP 為產(chǎn)品銘牌，多數(shù)標(biāo)記按照專利申請的說明標(biāo)注。

正面及右側(cè)面

正面包括高壓腔室14及冷卻風(fēng)出風(fēng)口15B。高壓腔室內(nèi)含風(fēng)機控制單元101、電壓電流檢測模塊103和預(yù)充電單元模塊5，出風(fēng)口15B設(shè)有過濾器，用于過濾較大固體雜質(zhì)和水，防止風(fēng)道堵塞。右側(cè)面靠近出風(fēng)口15B一側(cè)為附帶電氣參數(shù)的銘牌NPA，靠近變流器模塊腔室13一側(cè)則為牽引電機線纜夾線模塊8，其采用單獨安裝板的形式，將線纜的連接器和夾線裝置整合為夾線模塊，可以提高變流器的組裝效率，降低柜體的加工難度。

左側(cè)面

左側(cè)面靠近HV柜門一側(cè)為不帶電氣參數(shù)的銘牌NPB，6為直流電源和斬波電阻線纜夾線模塊，由左至右依次為CH1、CH2、CHn1、CHn2、N1、N2、P1、P2端口；7為控制信號和風(fēng)機電源線纜連接器模塊，包括X111、X112、X113、X115等端口，提供控制電平至高速斷路器等設(shè)備；6和7均采用夾線模塊結(jié)構(gòu)，并且略高于高壓腔室側(cè)，有利于改善變流器的電磁兼容性能。

背面

背面的冷卻風(fēng)進風(fēng)口15A同樣設(shè)有過濾器，并與變流器模塊4相連，列車運行時，冷卻風(fēng)從進風(fēng)口15A流入，通過變流器模塊4、冷卻風(fēng)機2和電抗器3后，從出風(fēng)口15B的下側(cè)流出。冷卻風(fēng)的總體流向與行車方向垂直，可以減少列車的運行氣流所產(chǎn)生的影響。

內(nèi)部：冷卻風(fēng)通路

冷卻風(fēng)機2布置在變流器模塊4和電抗器3之間，可提高冷卻風(fēng)的利用率，減少冷卻裝置的重量、體積和能耗，風(fēng)機兩側(cè)分別設(shè)有進風(fēng)道和出風(fēng)道，進風(fēng)道集成在變流器模塊4之內(nèi)，出風(fēng)道與電抗器腔室12的過渡處設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板，以減少氣動噪聲。

冷卻風(fēng)通路設(shè)有溫度檢測單元9，采用測量精準(zhǔn)、易于布置、成本低的溫度傳感器測量溫度。溫度檢測單元9布置在變流器模塊腔室13和電抗器腔室12中，用于檢測變流器模塊4和電抗器3的溫度，并將數(shù)據(jù)反饋至傳動控制單元（見電氣原理略圖）102，令其傳輸控制信號給風(fēng)機控制單元（見電氣原理略圖）101，實現(xiàn)對冷卻風(fēng)機2的轉(zhuǎn)速控制。

高壓腔室14和變流器模塊腔室13連通成密封腔室，二者間的過渡處亦設(shè)有溫度檢測單元9，對密封腔室溫度進行監(jiān)控，配合傳動控制單元的自動控制作用，可以實現(xiàn)柜內(nèi)火災(zāi)預(yù)警的功能。

內(nèi)部：變流器模塊

電氣原理略圖中，變流器模塊4包括支撐電容41、斬波單元42和逆變單元43。

• 支撐電容41和電抗器3構(gòu)成LC濾波器，用于吸收直流側(cè)電壓和電流波動；高壓腔室14內(nèi)的預(yù)充電單元模塊5包括接觸器和電阻，其中接觸器與傳動控制單元電性連接，由傳動控制單元102控制接觸器的開關(guān)實現(xiàn)對支撐電容的緩慢充電。

• 斬波單元42包括可控半導(dǎo)體器件和制動電阻421，通過制動電阻可以實現(xiàn)抑制中間電壓過高或者吸收制動時電機反饋的能量。

• 逆變單元43包括三相橋臂，其與電機44電性連接；逆變器單元集成三相逆變器的三相橋臂將直流電逆變成頻率、幅值可調(diào)的三相交流電，并驅(qū)動電機工作。

內(nèi)部：電壓電流檢測模塊

電壓電流檢測模塊103布置在高壓腔室14內(nèi)，用于檢測冷卻風(fēng)機電源的三相電流值，將其傳輸給故障預(yù)測與健康管理（PHM）單元104，PHM單元104將電壓電流檢測模塊103和溫度檢測單元9傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進行對比，以監(jiān)測冷卻風(fēng)機2及其進、出風(fēng)道。

電氣原理略圖中，電壓電流檢測模塊103包括以下五個子單元：

• 用于檢測直流電源105的正負極電流的直流側(cè)電流檢測單元1031；

• 用于檢測直流電源105的電壓的直流側(cè)電壓檢測單元1032；

• 用于檢測支撐電容兩端電容的中間電壓檢測單元1033；

• 用于檢測逆變單元交流輸出電流的交流側(cè)電流檢測單元1034；

• 用于檢測斬波側(cè)電流的斬波電流檢測單元1035。

上述檢測單元集中設(shè)計為一個功能模塊，可以有效減少體積，提高變流器的組裝和維護效率。

內(nèi)部：故障預(yù)測與健康管理（PHM）單元

電氣原理略圖中，PHM單元104的具體功能包括：

• 對變流器模塊4、支撐電容41和電抗器3進行溫度檢測，并對比預(yù)先設(shè)定值進行狀態(tài)預(yù)警；

• 通過傳動控制單元102，接收接觸器反饋的閉合與斷開次數(shù)，預(yù)測接觸器的剩余壽命；

• 通過監(jiān)測風(fēng)機電源21的三相電流值，實現(xiàn)對風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)控和故障預(yù)警。

總的來說，PHM單元實現(xiàn)了對變流器中重要器件的故障預(yù)測與健康管理，將信息反饋給車輛風(fēng)機控制單元101，用于調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，檢測風(fēng)機狀態(tài)，并向傳動控制單元102發(fā)送反饋信息，從而達到提示使用者對風(fēng)機或風(fēng)道等進行維護的效果。

總結(jié)

tPower-TN28 系列牽引變流器具有如下優(yōu)勢：

• 通過采用集成化的變流器模塊，以及對變流器柜體內(nèi)的器件進行合理布局，實現(xiàn)了變流器的小型化，提高了變流器柜體的空間利用率；

• 通過采集重要器件的關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警及健康管理，提高了設(shè)備的可維護性。

回到開頭，不要因為某種列車的調(diào)制程序“難聽”就對它大加批判。雖然“好聽”的程序確實存在，但是牽引系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮的因素遠沒有那么簡單……