CN101237215A - 车辆空调变频控制***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的车辆空调变频控制***及其方法，将车辆直流电源直接引入，通过空调的稳压电源直接输出一直流电给变频装置，由变频装置的多组变频器各自向空调的***部件提供三相交流电，以驱动空调各个***部件在变频模式下运行。实现简化车辆空调使用电源的转换流程，有效地降低能量损耗、提高电源使用效率，大大降低车辆上电源转换装置的容量和减小空调控制电路的结构。所述的电源控制模块的稳压电源直接引入车辆直流电源，稳压电源的直流电源输出端直接连接变频装置，变频装置通过异步通讯总线与主控MCU连接。变频装置至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，并通过共同的通讯总线与主控MCU连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频控制***及其方法，具体地是在轨道车辆上直接引入直流网压电源给空调供电并且采用变频压缩机。
背景技术
目前在各种轨道车辆上普遍地采用定速单冷式空调***，使用的电源是AC380V，其主电源供电流程如后附图1所示，第一部分为车辆电源转换装置(辅助逆变器)，其输入的是网压DC750V，相应地会有上下波动250V的情况。经过斩波器降压，再经过逆变装置产生AC380V电压。
第二部分是空调器的控制器，现有车辆空调器普遍采用独立的控制柜，将空调器的控制器放置在控制柜内。通过控制器将供电AC380V经过逆变装置向第三部分***部件，如压缩机、通风机和冷凝风机等提供三相交流电。其中，逆变器在进行变频转换时还需将AC380V电源转换为直流电，再根据主控MCU的检测到***功率调节电压占空比以输出相应频率的三相交流电。
如以上方案的现有车辆空调，空调机组所使用的AC380V电源是经由网压直流750V电源先整流、再逆变，通过空调控制器变频转换而输入的，不仅在多组电源转换中造成较大的能量损耗、效率低，而且车辆电源转换装置(辅助逆变器)和空调控制器的相应电路结构复杂、占用较多的配置空间，不利于车辆及空调机组的小型化、集成化设计。
而且，现有车辆空调依赖于车辆电源提供的频率一定的输入电源，所以大多采用的仍是定速压缩机，这就难以适应多种轨道车辆所运行的气候环境，车辆空调的温度调节不尽合理，难以实现精确调温。
发明内容
本发明所述的车辆空调变频控制***及其方法，在于解决上述问题而将车辆直流电源直接引入，通过空调的稳压电源直接输出一直流电给变频装置，由变频装置的多组变频器各自向空调的***部件提供三相交流电，以驱动空调各个***部件在变频模式下运行。
本发明的目的在于，简化车辆空调使用电源的转换流程，有效地降低能量损耗、提高电源使用效率，由于不使用车辆上的辅助逆变器，大大降低了车辆辅助逆变器的使用容量，并提高了其可靠性。同时减小空调控制电路的结构。
另一发明目的在于，实现车辆空调的变频控制，通过改变电源频率而可采用变频压缩机以适应多种气候环境，达到空调温度调节的优化配置。
为实现上述发明目的，所述的车辆空调变频控制***主要具有以下结构：
包括有主控模块和电源控制模块，所述主控模块的主控MCU，其一个通讯端口通过RS485电路与集控器、车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线与线控器连接。
本发明的改进之处在于，所述的电源控制模块的稳压电源直接引入车辆直流电源，稳压电源的直流电源输出端直接连接变频装置，变频装置通过通过异步通讯总线与主控MCU连接。
变频装置至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，变频器的输出各自连接车辆空调的***部件。
如上述方案特征，车辆空调所使用的驱动电源是直接引入的车辆网压电源，即DC750V，通过电源控制模块进行稳压、整流而向变频装置输出直流电，则变频装置可以在一个较宽的频率范围根据主控模块的控制来调节电压占空比，以向车辆空调***部件输出不同电压值的三相交流电。
进一步的改进方案是，所述的稳压电源至少包括二组稳压器，稳压器之间的输入和输出端各自并联在一起。
由于车辆输入的网压电压波动较大，电源输入后需要先行稳压，本发明所述的稳压电源采用“N+1”并联冗余结构，多组独立的稳压模块，其输入和输出各自并联在一起，通过各个模块单元内部的自动均流技术，使输出电压的功率能够相互叠加。即使某一稳压器出现故障而从并联***中退出，其余模块也可正常工作。
应用上述控制***方案，本发明所述车辆空调变频控制方法，其主要流程是：
车辆直流电源直接引入至空调变频控制***的电源控制模块，经过稳压电源的稳压输出一直流电给变频装置，由变频装置的多组变频器各自向空调的***部件提供三相交流电，以驱动空调各个***部件在变频模式下运行。
其中，所述稳压电源具有“N+1”并联冗余结构，多组稳压器的输入和输出端各自并联在一起。
所述的车辆空调具有两套独立的压缩机制冷***装置，每一套制冷***装置的变频压缩机由一个变频器提供三相交流电，以独立地在变频模式下运行。
综上内容，所述车辆空调变频控制***及其方法的优点是：
1、不依赖于车辆上的电源转换装置(辅助逆变器)，简化了电源转换流程，从而有效地降低能量损耗、提高电源使用效率。
2、实现车辆空调的变频控制，通过改变电源频率而可采用变频压缩机以适应多种气候环境，达到空调温度调节的优化配置。
3、采用两套压缩机制冷循环***和多组稳压器的冗余并联配置，能够更有效地保证车辆空调运行的稳定性。
附图说明
图1是现有车辆空调的电源控制示意图；
图2是本发明所述车辆空调变频控制***的模块图；
图3是所述稳压电源的结构示意图；
图4是所述变频装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1，如图2至图4所示，所述的车辆空调变频控制***，主要包括有主控模块20和电源控制模块30。其中，
主控模块20，包括主控MCU3，集控器4，线控器5，传感器电路6，自设定电路7，两套四通阀控制12，两套电子膨胀阀控制13，两套电加热带14，回风阀15和新风阀16。
所述主控模块20的主控MCU 3，其一个通讯端口通过RS485电路与集控器4、车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线与线控器5，变频装置2相连接。
电源控制模块30，包括稳压电源1，变频装置2，A压缩机8，B压缩机9，室外风机10和室内风机11。
所述的电源控制模块30，其稳压电源1直接引入车辆直流电源，稳压电源1的直流电源输出端直接连接变频装置2，变频装置2通过异步通讯总线与主控MCU 3连接。
变频装置2至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，变频器的输出各自连接车辆空调的各***部件。
所述的稳压电源1至少包括二组稳压器，稳压器之间的输入和输出端各自并联在一起。
所述稳压电源1的稳压器，其引入车辆直流电源的引入端依次串联保险装置(FU1)、滤波器(LB1)以后，通过控制器控制IGBT进行高频开关变换；并通过变压器(TR1)隔离耦合输出，变压器(TR1)的两个输出端分别通过二极管(D1)、(D2)后连接在一起，并接入滤波电感(L1)的输入端，电容(C3)并联在滤波电感(L1)的输出端和变压器(TR1)的中间抽头处，即并联在稳压电源装置的输出两端。稳压器电源输出端接变频装置(2)的电源输入端。
工作原理为直流网压电源DC750V经过保险FU1，滤波器LB1后，通过控制器控制绝缘栅双极晶体管IGBT进行高频开关变换，使变压器输出高频开关波形。然后经二极管D1和D2整流，电感L1及电容C3滤波后，输出稳定的直流电。
控制器通过检测输出电压，并经过计算，以决定IGBT的导通和截止，来稳定输出。在稳压器的电源输出负端通过串接一过流检测电阻(R3)后，连接在变频装置(2)的输入负端，同时电阻(R3)连接在控制器的过流检测端之间。控制器通过过流电阻R3的检测，以确保电源运行在正常的工作电流范围内，防止过电流。如控制器检测到有故障，则输出故障信息给主控板，主控板控制空调以低频运转。
所述变频装置2的变频器，包括有6个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，组成逆变的6个桥臂，只需***提供驱动电源及驱动信号，便可方便的根据驱动信号，输出频率可调的三相交流电，来驱动压缩机8和9，以及室内风机11、室外风机10。其模块各管脚定义及功能是：
管脚(Vup1)、(Vvp1)和(Vwp1)分别是上三个桥臂驱动电源正极端；
管脚(Vupc)、(Vvpc)和(Vwpc)分别是上三个桥臂驱动电源负极端；
管脚(Vn1)是下三个桥臂驱动电源正极端；
管脚(Vnc)是下三个桥臂驱动电源负极端；
管脚(Up)、(Vp)和(Wp)是上三个桥臂的驱动信号输入端；
管脚(Un)、(Vn)和(Wn)是下三个桥臂的驱动信号输入端；
管脚(P)是变频器整体直流电源的输入正极端；
管脚(N)是变频器整体直流电源的输入负极端；
管脚(U)、(V)和(W)分别是变频器整体三相交流电的输出端；
管脚(Ufo)、(Vfo)和(Wfo)，分别是上三个桥臂的故障输出端；
管脚(Fo)是下三个桥臂的故障共同输出端。
变频器采用IPM模块PM25CLA120芯片(25A/1200V)，其***器件较少，能够配合单片机控制。
所述的车辆空调变频控制方法，车辆直流电源直接引入至空调变频控制***的电源控制模块30，经过稳压电源1的稳压输出一直流电给变频装置2，由变频装置2的多组变频器各自向空调的***部件提供三相交流电，以驱动空调各个***部件在变频模式下运行。
所述稳压电源1具有“N+1”并联冗余结构，多组稳压器的输入和输出端各自并联在一起。
由于车辆上的网压电压波动较大，电源输入后，先要进行稳压处理，将波动的网压直流电源稳定在DC540V左右。
稳压电源采用模块化设计，并采取“N+1”并联冗余设计形式，分为两个或更多独立的稳压器，输入和输出各自并联在一起，通过各个模块单元内部的自动均流技术，既保障了各模块的独立工作，又使输出能够功率叠加。
如果某一个稳压器出现故障而自动地从并联***中退出，其余稳压器也可正常工作，整个空调***仍然可以降容工作。
所述的车辆空调具有两套独立的压缩机制冷***装置，每一套制冷***装置的压缩机由一个变频器提供三相交流电，以独立地在变频模式下运行。
所述车辆空调的两台变频压缩机8和9、以及室内风机11、室外风机10均各自通过独立的变频器进行驱动。
各变频器结构相同，只是各自的地址码不同，地址码通过模块上的拨码开关进行设定。
上述4个变频器均连接在异步通讯总线上，且此通讯总线可以继续扩充负载，同样适用于三压机***、四压机和更多压机控制***，通用性较强。
正常工作情况下，主控MCU接收到集控器4或线控器5的开机命令后，通过传感器检测电路6检测稳压电源1、变频装置2、以及各温度传感器是否正常，若各传感器均正常，则通过通讯电路，控制4个变频器的运行或停止。
每套压缩机***各用1个电子膨胀阀节流，有效控制能量分配。通过调节回风阀15和新风阀16的开关，来调节新风的含量。
每套***各有1个四通换向阀12，用于制冷、制热切换。
电热带14为压缩机待机时(如在天气较为寒冷的情况下)防止润滑油冷冻，在压缩机运行前加热润滑油。
Claims (9)
1. 一种车辆空调变频控制***，包括有主控模块(20)和电源控制模块(30)，所述主控模块(20)的主控MCU(3)，其一个通讯端口通过RS485电路与集控器(4)、车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线与线控器(5)连接，
其特征在于：所述的电源控制模块(30)，其稳压电源(1)直接引入车辆直流电源，稳压电源(1)的直流电源输出端直接连接变频装置(2)，变频装置(2)通过异步通讯总线与主控MCU(3)连接；变频装置(2)至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，变频器的输出各自连接车辆空调的***部件.
2. 根据权利要求1所述的车辆空调变频控制***，其特征在于：所述的稳压电源(1)至少包括二组稳压器，稳压器之间的输入和输出端各自并联在一起。
3. 根据权利要求2所述的车辆空调变频控制***，其特征在于：所述稳压电源(1)的稳压器，其引入车辆直流电源的引入端依次串联保险装置(FU1)、滤波器(LB1)以后，通过控制器控制IGBT进行高频开关变换；并通过变压器(TR1)隔离耦合输出，变压器(TR1)的两个输出端分别通过二极管(D1)、(D2)后连接在一起，并接入滤波电感(L1)的输入端，电容(C3)并联在滤波电感(L1)的输出端和变压器(TR1)的中间抽头处，即并联在稳压电源装置的输出两端；
稳压器电源输出端接变频装置(2)的电源输入端。
4. 根据权利要求3所述的车辆空调变频控制***，其特征在于：在稳压器的电源输出负端通过串接一过流检测电阻(R3)后，连接在变频装置(2)的输入负端，同时电阻(R3)连接在控制器的过流检测端之间。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的车辆空调变频控制***，其特征在于：所述变频装置(2)的变频器，采用IPM模块PM25CLA120芯片，包括有6个绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成的上、下各三个桥臂，每一相输出各有一个上、下桥臂组成。
6. 根据权利要求5所述的车辆空调变频控制***，其特征在于：变频器所用IPM模块各管脚分别为：
管脚(Vupl)、(Vvpl)和(Vwpl)分别是上三个桥臂驱动电源正极端；
管脚(Vupc)、(Vvpc)和(Vwpc)分别是上三个桥臂驱动电源负极端；
管脚(Vnl)是下三个桥臂驱动电源正极端；
管脚(Vnc)是下三个桥臂驱动电源负极端；
管脚(Up)、(Vp)和(Wp)是上三个桥臂的驱动信号输入端；
管脚(Un)、(Vn)和(Wn)是下三个桥臂的驱动信号输入端；
管脚(P)是变频器整体直流电源的输入正极端；
管脚(N)是变频器整体直流电源的输入负极端；
管脚(U)、(V)和(W)分别是变频器整体三相交流电的输出端；
管脚(Ufo)、(Vfo)和(Wfo)，分别是上三个桥臂的故障输出端；
管脚(Fo)是下三个桥臂的故障共同输出端。
7. 一种车辆空调变频控制方法，其特征在于：车辆直流电源直接引入至空调变频控制***的电源控制模块(30)，经过稳压电源(1)的稳压输出一直流电给变频装置(2)，由变频装置(2)的多组变频器各自向空调的***部件提供三相交流电，以驱动空调各个***部件在变频模式下运行。
8. 根据权利要求7所述的车辆空调变频控制方法，其特征在于：所述稳压电源(1)具有并联冗余结构，多组稳压器的输入和输出端各自并联在一起。
9. 根据权利要求8所述的车辆空调变频控制方法，其特征在于：所述的车辆空调具有两套独立的压缩机制冷***装置，每一套制冷***装置的压缩机由一个变频器提供三相交流电，并各自独立地在变频模式下运行。
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