（天津电力机车有限公司天津300452）
摘要：介绍了HXD3型机车用蓄电池充电器的基本结构、工作原理、故障分析，有针对性的提出解决措施，减少充电器的故障率，提高其可靠性及稳定性。
关键词：HXD3；充电器；故障分析
1引言
HXD3型电力机车为2001年我国大连机车车辆厂引进日本东芝技术进行研制生产的货运机车，首批约30辆HXD3型电力机车电源柜装备的是日本东芝原装的RFE081-A0型电源柜，其余机车电源柜全部为大连宏光电气有限公司生产的BC06-I型蓄电池充电器，BC06-I型蓄电池充电器其基本结构、原理均与日本东芝原装的RFE081-A0型电源柜十分相似，均采用1+1的结构模式。
BC06-I型蓄电池充电器为HXD3系列电力机车首批国产化的机车电源，其结构上存在一定不足，导致其在使用过程中故障率比HXD3C、HXD3D型电力机车电源柜故障率高很多。
2基本结构及工作原理
2.1基本结构
BC06-I型蓄电池充电器正面为两台功率单元、两台电磁接触器盘、无熔丝断路器、继电器盘、主电路端子排及控制电路端子排。蓄电池充电器背面为功率单元的变压器、输入电抗器、输出电抗器各两台。另对于低温运行时（-25℃以下），在两台逆变单元的下部和电磁接触器盘下部分别配置一台加热盘。
功率单元正面为主控制板和安装板，功率单元中间位置为电力电容，单元后侧为散热器，IGBT、IGBT驱动板、输出全桥整流二极管全部安装在散热器上。
2.2工作原理
大连宏光电气有限公司生产的HXD3系列机车电源柜主电路均由两个相对独立且互为备份的功率单元组成，电路输入也采用了冗余设计，通常只有一组处于工作状态，当其故障时，由另一组功率单元启动供电。每个功率单元又由系统控制电路、输入滤波电路、逆变电路、变压隔离电路、整流电路、输出滤波电路等几个部分组成。其中系统控制电路将负责输入输出的系统配电、辅助信号控制电路的处理等功能。
BC06-I型蓄电池充电器的主电路原理入图1所示。
图1BC06-I型蓄电池充电器的主电路原理
3BC06-I型蓄电池充电器常见故障及故障分析
因设计缺陷等原因，BC06-I型蓄电池充电器造成的故障频率较高，经分析，主要故障类型有：驱动板故障、IGBT损坏、光纤烧损等几大类。
3.1驱动板、IGBT故障
经对BC06-I型蓄电池充电器的原理结构进行分析，同时将其与HXD3C、HXD3D型电力机车的BC10-I、BC10-IA型DC110V电源柜进行纵向对比，发现BC10-I、BC10-IA型DC110V电源柜故障率与BC06-I型蓄电池充电器相比低很多，而这三个型号的电源柜结构上变化不大，BC10-I、BC10-IA型DC110V电源柜的驱动板直接集成在主控制板上，离发热源IGBT、整流二极管较远，且他们之间还有安装板隔开，热量很难传递到主控制板上。而BC06-I型蓄电池充电器的IGBT驱动板安装在IGBT上方，离发热源IGBT、整流二极管很近，受到热辐射，加速了驱动板上电子元器件的老化速度，使驱动板提前进入不稳定的工作状态。
IGBT作为蓄电池充电电器的主要功率元件，其工作时处于开关状态，高速的通断使其结温不断上升，加上充电器散热效果不理想，导致IGBT的性能不断下降。同时，当驱动板进入不稳定工作区时，也有可能发生输出脉冲波形畸变的情况，使IGBT逆变桥发生上下桥臂短路的情况，导致IGBT损坏。
从三个型号电源柜的输出功率来说，BC06-I型蓄电池充电器的输出功率为6.05kW，BC10-I、BC10-IA型DC110V电源柜的输出功率为11kW；而他们的功率器件完全为同一品牌、同一型号，IGBT驱动电路也为同一型号；就此而言，BC06-I型蓄电池充电器在元件选用上是没有任何问题的，相反在元器件降额使用方面，BC06-I型蓄电池充电器更具优势。
就是在这样的基础上，BC06-I型蓄电池充电器的故障率却是最高的，特别是IGBT故障、驱动板故障十分突出，这些故障与驱动板受到IGBT、整流二极管的热辐射有直接关系，在夏季，因环境温度过高，加之蓄电池充电器运行后的温度升高且散热不畅，IGBT损坏、驱动板故障更是在夏季爆发性发生。而类似故障在BC10-I、BC10-IA型DC110V电源柜上并没有发生。
同时因为驱动板安装在散热器上，驱动板的供电、脉冲控制信号的传递等环节也增加了故障点，事实证明，这些环节故障率所占比例较高，不可忽视。
3.2光纤故障
光纤的主要作用是将主板的控制信号传递到驱动板上，在驱动板或IGBT故障时，将故障信息传递到主板上。
光纤的损坏与产品结构有较大关系。因为光纤的特性，其不能任意拐弯、绑扎，因此在特定结构的条件下，光纤刚好搭在IGBT驱动电阻上方，正常工作时电阻发热，当电阻温度达到一定值时，便将塑料光纤热熔、烧断，进而导致故障的发生。
3.3其他故障
蓄电池充电器故障还有一些其它原因导致，例如：电流传感器故障、驱动板供电插头松动、滤波器故障、可控硅故障等等原因引起，但这些故障发生概率小，我们将在检修过程中严格检查即可减少此类故障的发生。
3.4改进措施
针对多发故障类型，提出了相应改进措施：一是可对功率单元散热风扇进行改型，选用风量大、转速高的风扇，提高散热效果，降低温度对驱动板、IGBT性能的影响。二是对使用年限达到3年的驱动板予以更新，以减少因驱动板元器件老化带来的质量隐患，进而影响机车的正常运行。必要时，按BC10-I、BC10-IA型电源柜的结构方式进行改造升级，讲IGBT驱动板电路集成到主控制板中，以减少不必要的中间环节和缓解元器件老化的时间，增加可靠性。三是检修时将光纤更新，或改造驱动板，将IGBT驱动电阻安装到PCB板背面，使光纤远离驱动电阻。
结论
通过上述改进措施，对充电器进行不断优化和完善，提高了充电器的可靠性和稳定性，大程度上降低故障率，确保机车的安全运行。
参考文献
[1]中国北车集团大连机车车联有限公司.HXD3型交流传动电力机车检修手册.2007.
[2]翟启斌..HXD3型机车用DC110V电源装置原理及故障分析.铁道机车车辆2010，（4）：30-5.