一種電動客車空調用一體式空調變頻器的製作方法

2023-12-12 22:52:32

專利名稱：一種電動客車空調用一體式空調變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動客車空調用一體式空調變頻器。
背景技術：
近年來我國無軌電車、純電車的大巴空調一般都選用一體式電動空調系統。空調 系統的壓縮機、管路、變頻器、及空調的零部件都裝在空調頂部，形成一個整體，空調系統只 要接上高壓電源和控制面板就可實現空調的製冷制熱功能。而空調系統中的壓縮機、冷凝 風機和蒸發風機是由三臺變頻器提供的3相交流電工作的，變頻器是電車空調系統中的關 鍵控制器件。變頻器質量的好壞直接影響空調系統的質量。 現有車用空調變頻器實際上是一臺大功率逆變器，其把汽車提供的直流電源逆變 成三相交流電源供空調系統中的壓縮機及風機之用，通用低壓變頻器的輸入通常為單相 220VAC或三相380VAC，電壓波動範圍小(根據GB12325-90國標規定的電能質量的標準，單 相範圍198VAC-236VAC，三相範圍353VAC-407VAC)。三相低壓變頻器整流後的直流電壓 範圍499VDC-575VDC。而空調變頻器的輸入電源由無軌電車的電網和純電車的電池提供， 它們的供電範圍比較寬，輸入電壓範圍在300VDC-800VDC之間，而且電車在運行過程中會 經常出現瞬間脫網斷電，並且立刻合網上電的現象。此時高達750V的電壓直接加在變頻器 的大電解電容上，形成巨大的浪湧衝擊電流，高達上千安培。這種頻繁的大電流衝擊，使得 變頻器主迴路部分的PCB發熱嚴重，導致損壞變頻器。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種線路簡單、工作可靠的電動客 車空調用一體式空調變頻器。 為達到上述目的，本發明採用如下技術方案 —種空調變頻器，包含充電部分，和空心電抗器，該空心電抗器耦接於電源和所述 充電部分之間。 所述充電部分主要由緩衝電阻R和與該電阻R並聯的繼電器RL、大電解電容Cl與 C2、電容均壓電阻Rl與R2，以及及金屬膜電容C3組成。
所述空心電抗器的電感量L的計算公式如下所示
L = A UL/ (2 Ji fln) = 0. 0楊0 / (Ji fln) 式中Uv交流輸入相電壓有效值(V) ; AUL——電抗器額定電壓降(V) ;In——電 抗器額定電流(A) ;f——電網頻率(Hz)。 所述電抗器鐵芯截面積S與電抗器壓降AUL的關係，如下式所示
S = A UL/ (4. 44fBNKS X 10—4) 式中AUL——單位V ;f——電源頻率(Hz) ;B——磁通密度(T) ;N——電抗器的 線圈圈數；Ks——鐵芯迭片係數取Ks = 0. 93。 所述電抗器鐵芯窗口面積A與電流In及線圈圈數N的關係如下式所示
A = InN/(jKA) 式中j——電流密度，根據容量大小可按2 2. 5A/mm2選取；KA——窗口填充系 數，約為0. 4 0. 5。 所述鐵芯中的氣隙大小先選定在2 5mm內，通過實測電感值進行調整。
本發明還提供一種具有上述空調變頻器的電動客車空調裝置用變頻器控制的冷 凝風機和壓縮機，所述空調變頻器通過共母線的形式分別控制冷凝風機和壓縮機。
本發明一種電動客車空調用一體式空調變頻器的優點是 1).本發明通過對變頻器增加空心電抗器，使變頻器能適應寬電壓輸入(電壓輸 入範圍250-800VDC)和電車換網時導致的大電流浪湧衝擊。 2).本發明通過使變頻器具備參數編輯功能，並將相關控制電路集成在變頻器內 部，通過數字輸入口和模擬輸入口實現對電車空調運行時的數據進行處理，同時配備RS485 通訊接口 ，開放的M0DEBUS協議，達到電車空調控制系統線路簡單、工作可靠的效果。
3).本發明通過共母線的形式分別控制冷凝風機和壓縮機，使每臺大變頻器都有 獨立的雙路電機控制和輸出功能，能實現對空調系統的壓縮機，冷凝風機和蒸發風機的分 別控制。 4).變頻器內製輔助電加熱控制和輸出。通過變頻器的數字端子來控制單管IGBT 的開關，將直流電加給PTC電阻，傳統的觸點開關改為無觸點開關。這樣能大大延長電路的 使用壽命，提高工作可靠性 下面結合附圖對本發明的實施和優點作進一步解釋。


附圖1是傳統通用變頻器的電源電路原理圖；
附圖2是一體化空調變頻器的電源電路原理圖；
附圖3顯示本發明的空調變頻器共母線電路原理圖；
附圖4顯示本發明的輔助電加熱控制和輸出。
具體實施例方式
以下結合附圖給出本發明一種電動客車空調用一體式空調變頻器的具體實施方 式。 參見附圖1。傳統通用變頻器的電源輸入部分電路主要由緩衝電阻R及與他並聯 的繼電器RL、大電解電容Cl與C2、均壓電阻Rl與R2，以及電壓尖鋒吸收電容C3組成。
繼續參見附圖l。剛上電時電源通過緩衝電阻R對電解電容C1和C2進行充電。 此時的瞬間電流值i = V/R，其中R為幾十歐，V為700V，此時i僅為幾十安培。但是，當繼 電器吸合後，電源突然掉電而又突然上電時，將造成700V的高壓直接加在大電解上，產生 上千安培的浪湧電流，很容易損壞變頻器。 參見附圖2。本發明提供的變頻器的輸入端增加了空芯電抗器L。電源輸入部分
的電路主要由空心電抗器L、緩衝電阻R和與其並聯的繼電器RL、大電解電容C1與C2、電容
均壓電阻Rl與R2，以及及金屬膜電容C3組成。其中C3用來吸收高頻電壓尖鋒。 繼續參見附圖2。本發明提供的變頻器剛上電時的緩衝原理和傳統變頻器是一樣的也是電源通過緩衝電阻R對電解電容CI和C2進行充電。此時的瞬間電流值i = V/R， 其中R為幾十歐，V為700V，此時i僅為幾十安培。與傳統變頻器不同的是，本發明在繼電器 RL吸合後，電源突然掉電而又突然上電時，由於電路結構發生變化，電路中的電流可以由公 式V = L*di/dt決定。此時只要取合適的電感值，可將浪湧電流限定在幾十安培，從而能 保證變頻器長期可靠運行。 進一步參見附圖2。本發明提供的變頻器中的空心電抗器用於緩衝電流衝擊並提 高功率因數，其餘作為充電部分用於濾波幹擾、緩衝上電衝擊。 本發明取合適的電感值的方法是根據空調系統設備額定電流以及電抗器的壓降
來確定電抗器參數，從而進一步確定空心電抗器製造參數，把定製的空心電抗器集成到變
頻器主迴路中，並且滿足變頻器安裝的要求。 以下介紹空心電抗器相應參數的確定過程。 空心電抗器集成到變頻器主迴路中，要考慮兩個因素，電抗器阻抗參數和電抗器 安裝尺寸。 首先，根據空調系統設備的額定電流以及電抗器的壓降來確定電抗器參數。電車
空調系統主要包括壓縮機、蒸發風機、冷凝風機等較大功率用電設備，根據公式 la = Ip+Ie+Ic+(Ip+Ie+Ic) X 100% 其中，la為空調系統額定電流，Ip壓縮機電機額定電流，Ie蒸發風機電機額定電 流，1(3冷凝風機電機額定電流，可知，在電抗器的壓降一般選擇為網側相電壓的2% 4%， 本發明選擇壓降為2%，即電抗器的壓降為12V的情況下，電感量L的計算公式如下所示
L = A UL/ (2 Ji fin) = 0. 04Uv 0 / (Ji fin) 式中Uv交流輸入相電壓有效值(V) ; AUL——電抗器額定電壓降(V) ;In——電 抗器額定電流(A) ;f——電網頻率(Hz)。 進線電抗器壓降不宜取得過大，壓降過大會影響電機轉矩。
其次，有了以上數據便可以對電抗器進行結構設計。以下為確定過程
電抗器鐵芯截面積S與電抗器壓降A UL的關係，如下式所示
S = A UL/ (4. 44fBNKS X 10—4) 式中AUL——單位V ;f——電源頻率(Hz) ;B——磁通密度(T) ;N——電抗器的 線圈圈數；Ks——鐵芯迭片係數取Ks = 0. 93。 電抗器鐵芯窗口面積A與電流In及線圈圈數N的關係如下式所示
A = InN/ (jKA) 式中j——電流密度，根據容量大小可按2 2. 5A/mm2選取；KA——窗口填充系 數，約為0. 4 0. 5 鐵芯截面積與窗口面積的乘積關係如下式所示
SA = UI/ (4. 44fBjKsKAX 10—4) 由上式可知，根據電抗器的容量UI( = AULIn)值，選用適當的鐵芯使截面積SA 的積能符合上式的關係。 為了使進線電抗器有較好的線性度，在鐵芯中應有適當的氣隙。調整氣隙，可以改
變電感量。氣隙大小可先選定在2 5mm內，通過實測電感值進行調整。 參見附圖3，本發明的控制方式是將控制冷凝風機和壓縮機的變頻器通過共母線
5的形式，集成在一個箱體內部。通過RS485通訊接口分別控制冷凝風機和壓縮機的運行。將
控制冷凝風機和壓縮機的變頻器通過共母線的形式，集成在一個箱體內部能使其具有雙路
電機控制和輸出功能。通過RS485通訊接口實現冷凝風機和壓縮機的分別控制。 繼續參見圖3，變頻器設計有8路數字輸入，2路數字輸出，1路繼電器輸出，和2路
模擬輸入。用變頻器的數字輸入端來實現空調系統的壓力檢測和控制，用變頻器的模擬輸
入端可對空調系統的溫度阻值進行數據處理，用變頻器的繼電器輸出端可實現空調系統制
冷制熱轉換控制，這樣大大減少了外圍控制器件。 參考圖4，本發明採用輔助電加熱控制和輸出。通過變頻器的數字端子來控制單 管IGBT的開關，將直流電加給PTC電阻，傳統的觸點開關改為無觸點開關。這樣能大大延 長電路的使用壽命，提高工作可靠性。 試驗證明，隨著清潔能源車輛的不斷發展，電動車、混合動力車的數量逐年增加， 而本發明提供變頻器帶動的空調系統製冷、制熱效果好，同時比傳統機械壓縮機空調系統 能耗低，因此，此變頻器對整個汽車空調行業都有很大的社會效益和經濟效益。
權利要求
一種空調變頻器，包含充電部分，其特徵在於，所述空調變頻器還包含空心電抗器，該空心電抗器耦接於電源和所述充電部分之間；變頻器內製輔助電加熱控制和輸出。
2. 根據權利要求1所述的空調變頻器，其特徵在於，所述充電部分主要由緩衝電阻R和 與該電阻R並聯的繼電器RL、大電解電容CI與C2、電容均壓電阻Rl與R2，以及及金屬膜電 容C3組成。
3. 根據權利要求1所述的空調變頻器，其特徵在於，所述空心電抗器的電感量L的計算 公式如下所示L = A UL/ (2 Ji fln) = 0. 0楊0 / ( ji fln)式中Uv交流輸入相電壓有效值(V) ;AUL——電抗器額定電壓降(V) ;In——電抗器 額定電流(A) ;f——電網頻率(Hz)。
4. 根據權利要求3所述的空調變頻器，其特徵在於，所述電抗器鐵芯截面積S與電抗器 壓降AUL的關係，如下式所示S = A UL/(4. 44fBNKS X10-4)式中AUL——單位V;f——電源頻率(Hz) ;B——磁通密度(T) ;N——電抗器的線圈圈數；Ks——鐵芯迭片係數取Ks = 0. 93。
5. 根據權利要求4所述的空調變頻器，其特徵在於，所述電抗器鐵芯窗口面積A與電流 In及線圈圈數N的關係如下式所示A = InN/(jKA)式中j——電流密度，根據容量大小可按2 2. 5A/mm2選取；KA——窗口填充係數，約 為0. 4 0. 5。
6. 根據權利要求5所述的空調變頻器，其特徵在於，所述鐵芯中的氣隙大小先選定在 2 5mm內，通過實測電感值進行調整。
7. 根據權利要求1所述的空調變頻器，其特徵在於，所述空調變頻器內製輔助電加熱 控制和輸出，通過變頻器的數字端子來控制單管IGBT的開關，將直流電加給PTC電阻。
8. 根據權利要求1所述的空調變頻器，其特徵在於，所述變頻器設計有8路數字輸入， 2路數字輸出，1路繼電器輸出，和2路模擬輸入；用變頻器的數字輸入端來實現空調系統的 壓力檢測和控制，用變頻器的模擬輸入端對空調系統的溫度阻值進行數據處理，用變頻器 的繼電器輸出端實現空調系統製冷制熱轉換控制。
9. 一種電動客車空調裝置，包含任意一項上述權利要求中所述的空調變頻器。
10. —種電動客車空調裝置，包含由如權利要求1所述的空調變頻器控制的冷凝風機 和壓縮機，其特徵在於，所述空調變頻器通過共母線的形式分別控制冷凝風機和壓縮機。
全文摘要
本發明提供一種電動客車空調用一體式空調變頻器，所述空調變頻器包含充電部分和空心電抗器，該空心電抗器耦接於電源和所述充電部分之間；本發明同時提供一種包含所述空調變頻器的電動客車空調裝置。本發明線路簡單、工作可靠。
文檔編號H02P27/06GK101783647SQ20101010968
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者張逵, 李兵, 王志傑, 賀五星 申請人:上海加冷松芝汽車空調股份有限公司