dsty电力机车空调电源教材

深圳市通业科技发展有限公司员工培训教材

电力机车空调电源培训教材

主讲：潘景荣

一、概述

我公司自1999年开始研发电力机车空调电源，到目前为止，共推出了两种型号：STACP-I 和STACP-II。均采用了先进的功率模块和高性能的16位电机控制专用微处理器，逆变控制方式采用电压空间矢量，具有启动转矩大，转动平稳的特点，另外采用软切换方式，消除了对接触器的电流出击。这两种分别适用于机车上AC396V和AC220V辅助绕组供电。

二、STACP-I空调电源

1、系统构成

S TACP-I电力机车空调电源系统由隔离变压器箱、主机箱、I（II）端控制箱构成。变压器箱的功能是将AC396V转换为AC330V；主机箱的主要功能是将单相AC330V转换为三相AC380V；控制箱的主要功能是控制整个电源的启停、及工作状态的转换。其结构如下图所示。

图2 STACP-1型空调电源隔离变压器箱结构图

图3 STACP-1型空调电源控制箱结构图

对于重联型机车，每台车配置两台空调电源主机箱、两台控制箱、一台隔离变压器箱及两台空调机组。如图4所示。

对于非重联型机车，每台车配置一台空调电源主机箱、两台控制箱、一台隔离变压器箱机两台空调机组。如图5所示。

图4 重联型电力机车空调电源系统构成框图

图5 非重联型电力机车空调电源系统构成框图

2、技术条件

（1）额定输入交流电压：单相AC396V（-30%~+24%），50Hz

（2）输入直流电压：DC110V（-30%~+24%）

（3）额定输出容量：5KVA

（4）额定输出频率：50Hz±1Hz

（5）额定输出电压：三相交流380V±5%

（6）输出电压波形：正弦脉宽调制波

（7）输出电压谐波含量：各次谐波总有效值小于基波有效值的10%

（8）空调启动方式：变频启动，自0~50Hz启动时间不大于10S。

（9）工作环境条件：符合TB1394中的规定。

（10）转换效率：〉90%

（11）分相段运行方式：过分相段，时间小于15s，为降功运行（频率降至35Hz），蓄电池输出电流不大于15A。过分相后，自动升频至50Hz运行。

（12）保护方式：电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、接地及控制系统故障保护。

3、工作原理

3.1、主电路

主电路由整流/滤波电路、斩波升压电路、逆变电路及输入/输出电路构成。整流滤波电路由整流桥1D、2D，滤波电容1C、2C，接触器1KM、2KM 和充电电阻1R构成，当系统检测到交流电压时，首先合接触器2KM，由电阻1R对电容1C、2C充电，同时延时1秒钟，接触器1KM合上，断开2KM，系统完成充电过程，如图6所示。

图6 空调电源主电路原理图

斩波升压电路由升压电感1L、斩波用IGBT（3D）、升压电容3C、4C、电压传感器1SV、电流传感器1SC构成。这个电路具有升压及稳压的功能，交流330V工作时，将前级整流后纹波较大的直流电升压稳定在560VDC；而直流110VDC供电时通过其将母线电压稳定在365VDC。电压传感器1SV构成电压检测闭环，使母线电压稳定在要求的范围。电流传感器1SC构成电流检控环节。斩波频率为20KHZ，消除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。斩波管触发电路采用专用的触发IC，具有对IGBT的过流保护能力。

逆变电路由逆变模块3D、无感电容5C构成及相应的驱动电路构成。无感电容5C作为浪涌吸收，代替传统的电力电子电路的复杂吸收电路，结构简单。采用较高的载波频率（5KHZ），降低电压谐波含量。

3.2控制电路

控制电路框图如图5所示。

图7 STACP-1空调电源控制电路框图

整个功能的完成由隔离变压器盒、两个控制盒和电源箱共同完成，在任何功能切换时，控制盒首先给出转换信号，所有接触器将在无载时闭合。系统接触器转换时按照如下过程工作。

①当系统检测到交流信号时,先合2KM，延时1秒，然后合1KM，同时断开2KM，所有接触器初始都断开，交流电掉电时，1KM、2KM都断开。

②当系统没有检测到任何端的加热/制冷信号时，系统从0到50HZ变频启动，系统处于通

风状态。

③当系统检测到I端制冷信号时（P5.2为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM4，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。

④当系统检测到I端制热信号时（P5.3为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM5，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。

⑤当系统检测到II端制冷信号时（P5.4为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合7KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。

⑥当系统检测到II端制热信号时（P5.5为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合6KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。

⑦当系统由制热转到通风（或制冷）时，系统首先断KM5（或KM6），延时3分钟，系统从50HZ到0HZ降频运行，然后按照对应的状态进行操作。（注：KM6、KM7、KM8为II端接触器，对应与I端的KM5、KM4、KM3）

3.3、控制箱

在每个驾驶室中，配有一个控制箱，控制箱原理图如图6 所示。

图8 STACP-1空调电源I端控制箱原理图控制箱操作方式如表一所示。

表一、控制箱操作方式

系统控制箱分为I端控制箱和II端控制箱，连接好线后，把断路器打到ON状态，控制盒便得到工作电源，然后可对它进行状态转换。为更好地使用本系统，我们对控制盒操作作以下约定：系统不允许I端控制箱和II端控制箱的工作/停止转换开关同时处在本端工作状态；I端工作时，I端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时II端操作无效。II端工作时，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位， I端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时I端操作无效。

系统控制箱有自动温控作用，当“SB2”转换开关至于“自动”位时，空调系统自动温控起作用。当“SB2”转换开关至于“手动”位时，空调系统自动温控不起作用。

3.4工作流程

3.5相关的电压和电流波形·输入电压/电流波形：

·中间直流母线电压/电流波形：

·输出电压/电流波形：