地鐵列車開門故障的診斷

翁曉韜

（上海地鐵維護保障有限公司車輛分公司，上海 200235）

一、電子門控單元工作現狀

電子門控單元(EDCU)應用于上海地鐵多條線路中，隨著EDCU使用年份的增加，其故障率急劇上升。據統(tǒng)計，僅在2011年由EDCU引起的車門故障占到了車門總故障的75.2%，嚴重影響地鐵運營。

針對這一情況，對EDCU各類型的故障進行了分類梳理(表1)，其中兩類故障發(fā)生率較高：一是工作電源故障，發(fā)生率為40%；二是零速回路故障，發(fā)生率為47%，應重點排除。

二、零速控制回路原理

零速回路的作用是當列車停穩(wěn)后，車輛的零速列車線得電為高電平(110V)，該信號通過接口送到EDCU內部的零速控制回路中，以控制開門動作。這一控制回路主要由安全繼電器K1、可調穩(wěn)壓芯片TL431、場效應管BUZ60、穩(wěn)壓管ZPY27、二極管4007、電容C47等組成。

當EDCU接收到車輛零速信號后，經過二極管、分壓電阻、場效應管給電容C47充電，由于電容兩端電壓不能跳變，所以電壓波形呈指數形式上升，由于此時三段可調穩(wěn)壓電路的輸入電流小于輸出電流，所以可調三端穩(wěn)壓電路不起作用。同時另外一路通過限流電阻和穩(wěn)壓管ZPY27，將三端穩(wěn)壓芯片TL431的輸入端鉗在27V，根據芯片手冊，輸入27V內部基準電壓為2.5V。當電容C47兩端電壓上升到使可調式穩(wěn)壓電路達到電流平衡時，穩(wěn)壓電路開始限壓，將電容C47兩端電壓限制在20V，由于穩(wěn)壓芯片的輸出端和零速繼電器的線圈是并聯關系，這樣的話就將零速繼電器線圈電壓限制在20V，此時零速繼電器開始工作，常開觸點閉合，為開關門做好準備。

場效應管BUZ60作用是有源負載的作用，因為零速信號是110V，而安全繼電器線圈的額定電壓是20V，如果簡單的用電阻進行分壓，受溫度和電源電壓波動的影響很大，所以依靠穩(wěn)壓管ZPY27將場效應管的柵源極電壓鉗在2V左右來替代電阻的作用。零速控制回路工作原理圖如圖1所示。

三、零速控制回路故障分析

對零速控制回路故障的EDCU進行分解和研究后，發(fā)現2個1.5K分壓電阻R30、R31底部的基板有明顯的燒灼痕跡(如圖2)，由于基板過熱引起貼片安裝二極管D58脫落或基板燒穿導致零速控制回路斷開，安全繼電器K1不工作，EDCU發(fā)生零速控制回路故障。經分析得知其故障源如下。

圖1 零速控制回路工作原理圖

圖2 零速控制回路故障的EDCU

(1)分壓電阻的安裝方式不合理

在該印刷線路板上分壓電阻由2個1.5k/2W的電阻并聯而成，其等效電阻為750Ω/4W，它在工作中會產生很大的熱量，但沒裝散熱器，易燒毀。

(2)分壓電阻參數選擇不合理

在印刷電路板的設計中，電阻額定功率應大于實際功耗的3倍才安全。

實際上，零速控制回路的電流為I=U/R=20/360=0.06A，式中R為繼電器K1線圈阻值。則分壓電阻R30、R31的實際功耗為：P=I2R=2.7W，和R30、R31并聯額定功率4W比較，顯然不滿足3倍的原則。

四、改進方案

1.改變分壓電阻的安裝方式

加大電阻的散熱空間，采用架空的方式安裝電阻。

2. 重新選擇電阻的參數

為滿足電阻額定功率大于實際功耗3倍的原則，采取增大分壓電阻的額定功率又會導致電阻體積增加，不好安裝。

經過計算發(fā)現，在零速回路中同樣起到分壓作用的場效應管Q28的功率還有很大的剩余容量，場效應管的實際功耗為P=2.5W，而它的額定功率為75W，具有很大的使用空間。

由于零速回路的電流基本由繼電器K1線圈電壓和阻值決定，改變分壓電阻的阻值不會影響零速回路電流的變化，通過更改分壓電阻的阻值，使得實際工作時電阻和場效應管的功耗將被重新分配，可降低分壓電阻的功率，減少發(fā)熱。

重新選擇電阻的規(guī)格由兩個分壓電阻680Ω/2W并聯，其等效電阻為340Ω/4W。(如圖3)EDCU工作時它的實際功耗為P=I2R=1.22W<4W，場效應管的實際功率為3.7W<<75W，均符合3倍原則的要求。

圖3 整改后的線路圖

五、試驗論證

將EDCU改造前與改造后進行長時間通電試驗，并對其進行溫度監(jiān)控，發(fā)現電阻和場效應管的溫度有明顯的變化（表2、3）。

表2 改造前電阻和場效應管溫度變化

表3 改造后電阻和場效應管溫度變化

從上表中看出，將2個1.5k/2W的電阻調整為2個680Ω/2W的電阻后，電阻和場效應管上的溫度均明顯降低，表明改造措施有效。

[1] 黃俊，王兆安. 電力電子變流技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1999.

[2] 杜鵑. 測量儀表與自動化[M]. 山東：中國石油大學出版社,2002.

[3] 汪志峰. 工控組態(tài)軟件[M]. 北京：電子工業(yè)出版社, 2007.

[4] 黃俊，王兆安. 電力電子變流技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,1999.