淺析鐵路空調客車變頻調速制冷系統

趙峰

【摘要】鐵路客車空調裝置對提高旅客的舒適度、改善衛生條件有著不可忽視的作用，同時，客車空調裝置性能的好壞已成為評價客車舒適性的重要依據。本文對鐵路空調客車變頻調速制冷系統進行了詳細的分析。

【關鍵詞】鐵路空調客車；變頻調速；制冷系統

一、制冷系統概述

制冷系統是利用外界能量使熱量從溫度較高的物質（或環境）轉移到溫度較低的物質（或環境）的系統。它由制冷劑和壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器四大機件組成，其可分為蒸氣制冷系統、空氣制冷系統和熱電制冷系統。

二、壓縮機變額調速的工作原理

我國目前的鐵路空調客車的空調裝置通常由通風系統、空氣冷卻制冷系統、采暖系統、加濕系統和自動控制系統等基本系統組成。鐵路客車的空調裝置通過將一定量的車外新鮮空氣和車內再循環空氣混合后，經過過濾、冷卻或加熱、減濕或加濕等處理，以一定的流速送入車內，并將車內一定量的污濁空氣排出車外，以實現車內濕度和溫度良好地保持在人體感覺舒適的范圍內。

當前，我國客車上安裝的空調壓縮機組多為活塞式壓縮機，其轉速連續變化即可實現制冷量的連續調節。考慮到壓縮機電機是通用的異步電動機，所以調速必須限制在一定范圍內。轉速過高會增加電機的機械損耗；轉速過低，轉差增大，電磁損耗加大，二者均不利于壓縮機長期穩定工作。對壓縮機速度的連續調節，是通過采用對壓縮機進行調頻調壓的方法實現的。

三、鐵路客車空調溫度控制系統

目前，我國的列車空調幾乎全部采用單元式機組，即將壓縮機、冷凝器、節流裝置等集成在一個箱內，組成一個完整的單元后安裝在車頂，每臺機組有2臺壓縮機。通常，每節硬座車廂安裝2臺，臥鋪車廂安裝1臺（功率不同）。車廂內部安裝有控制柜，實現車廂溫度控制和機組保護。空調電源供電后，控制柜中的PLC控制空調機組進入“自動”運行。在夏季，鐵路客車空調工作于“半冷”和“全冷”兩個工況，以硬座車廂為例，“半冷”工況下啟動2臺壓縮機工作，“全冷”工況則啟動4臺壓縮機工作。

在這種簡單的制冷控制方式下，空調壓縮機只分為啟動/停止兩擋運行，高于設定溫度就啟動，低于設定溫度便停止運行。由于鐵路客車空調的運行環境復雜，室外溫度、太陽輻射等因素變化迅速，車廂溫度場慣性大，現行的控制方式使車廂內溫度波動大，乘客感覺到忽冷忽熱。由于在現行的鐵路客車空調控制系統中沒有考慮到車廂內CO2含量動態變化的問題，有時會引發車廂內氧氣含量偏低，旅客就會覺得頭暈頭悶。

四、變頻調速節能分析

通常，壓縮機是根據最大制冷量來選用的。在壓縮機的運用中，其負荷需隨外界條件和熱負荷的增減而變化，即對壓縮機的輸出量進行調節。采用壓縮機停開運行方式，在車廂熱負荷增加時，一臺或兩臺壓縮機全負荷運行，在車廂內熱負荷減少時，未停歇的壓縮機仍全負荷運行，上述兩種工況的電機是以工頻全負荷運轉，其中有一部分作無用功，這樣就使實際制冷系數有較大程度的降低。同時，壓縮機輸氣量的調節可通過改變電機轉速來實現。此外，若車廂內熱負荷增減時，即實時控制壓縮機電機轉速，使壓縮機的實際輸氣量也隨之增減，從而達到制冷量的無級調節。

變頻調速制冷系統是將兩臺壓縮機分一臺工頻一臺變頻控制。在車廂內熱負荷增加時，變頻壓縮機逐漸增速，增加輸出氣量，但仍不能達到熱平衡時，自動切換為工頻壓縮機運轉，變頻壓縮機隨車廂熱負荷的增加，再逐漸增速增加制冷量，直至達到兩臺壓縮機均工頻運轉，滿足車廂內空洞工況的溫、濕度要求。反之，在車廂內熱負荷減少時，先停工頻壓縮機，變頻壓縮機隨熱負荷的減少逐漸降低電機轉速來降低制冷量，直至達到變頻壓縮機低負荷運轉，減少壓縮機軸功率。

五、變頻調速解決的技術難點

在將變頻調速制冷系統裝車的過程中，結合鐵路空調客車的特點，應主要解決以下技術難點。

（1）根據不同壓縮機在啟動階段具有不同轉矩特性的特點，在變頻調節中采用轉矩提升技術，提高啟動轉矩，防止啟動狀態過電流現象。在運行階段采用頻率跳轉技術，避開設備的不穩定點和共振點，減少噪音，提高設備運行的穩定性。

（2）采用一臺變頻器拖動多臺壓縮機的控制方式，減少設備成本，充分利用變頻對電機的軟啟動功能，減小電流沖擊。采用一臺變頻器循環控制多臺壓縮機負荷，更好地適應現有車輛的單元式空調壓縮機結構。

（3）為解決客車控制室空間狹小，對變頻調速制冷系統有尺寸的要求，在設計中采用變頻器PID控制器，輔以專用的控制裝置，將整個控制設備安裝于變頻器內部，實現變頻和控制一體化，即縮小了設備占用空間，同時也提高了系統運行的可靠性。

經將變頻調速制冷系統在現車進行安裝和靜態試驗表明，制冷壓縮機可在低電壓低頻率下啟動，并根據車廂內溫度變化連續可調；車廂內溫差控制在1℃范圍內；變頻調速制冷系統用電量約為壓縮機間歇運行調節的1/2。

六、結語

近年來，隨著經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，旅客對鐵路客車的乘車舒適度提出了更高的要求，車廂內的溫度環境直接影響著旅客的乘車體驗，受到人們越來越多的關注。

參考文獻

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