關(guān)于CR200J動(dòng)車組空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)方式的分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

高源

摘要：動(dòng)車組空調(diào)裝置中，壓縮機(jī)功率較大，空調(diào)裝置在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，容易對(duì)動(dòng)車組的輔助供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊。本文以CR200J動(dòng)車組為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得每節(jié)車廂的空調(diào)裝置在啟動(dòng)時(shí)峰值電流與過(guò)電流保護(hù)時(shí)間，在空調(diào)裝置控制回路中加入延時(shí)繼電器，使各空調(diào)裝置錯(cuò)開峰值電流時(shí)間點(diǎn)延時(shí)順序啟動(dòng)。這種方式有效降低了動(dòng)車組空調(diào)裝置啟動(dòng)電流，確保輔助供電系統(tǒng)及其用電設(shè)備能夠穩(wěn)定正常工作，對(duì)動(dòng)車組安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;空調(diào)裝置;壓縮機(jī);啟動(dòng)電流;延時(shí)順序啟動(dòng)

0 ?引言

復(fù)興號(hào)CR200J動(dòng)力集中式動(dòng)車組，是由中國(guó)鐵路總公司與中國(guó)中車集團(tuán)共同設(shè)計(jì)研發(fā)的一款基于成熟的25T型客車及HXD1G/HXD3G機(jī)車的動(dòng)力集中式動(dòng)車組，旨在提高既有鐵路的運(yùn)輸服務(wù)品質(zhì)，滿足人們?cè)絹?lái)越高的出行要求，實(shí)現(xiàn)既有電氣化鐵路中普速列車的更新?lián)Q代。

動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)作為動(dòng)車組的關(guān)鍵技術(shù)之一，其功能是為除牽引供電以外的列車上所有的其它負(fù)載供電，主要包括空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、列車控制系統(tǒng)等。其中，在空調(diào)系統(tǒng)中，相對(duì)于其他用電設(shè)備而言，壓縮機(jī)功率較大，其電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流疊加后會(huì)形成一個(gè)大約為空調(diào)裝置額定工作電流6～7倍的啟動(dòng)電流，容易導(dǎo)致動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)輸出電壓不穩(wěn)定、電流過(guò)載等不良影響。合理選擇空調(diào)機(jī)組的啟動(dòng)方式，不但可以避免啟動(dòng)電流對(duì)單相逆變器的沖擊過(guò)大，還能有效提高空調(diào)裝置的使用壽命，保證空調(diào)系統(tǒng)能夠正常工作。因此，研究和分析空調(diào)裝置在啟動(dòng)和工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中減小沖擊電流的方法和手段，對(duì)確保輔助供電系統(tǒng)正常工作與動(dòng)車組安全運(yùn)行具有重要意義。本文以CR200J動(dòng)力集中式動(dòng)車組為研究對(duì)象，首先分析了空調(diào)裝置主要用電設(shè)備的工作參數(shù)與空調(diào)裝置的工作模式，接著通過(guò)測(cè)量空調(diào)裝置在啟動(dòng)時(shí)的主回路電流，得到空調(diào)裝置的啟動(dòng)電流峰值與過(guò)電流保護(hù)時(shí)間，最后通過(guò)在空調(diào)裝置的控制回路中引入延時(shí)繼電器，提出了一種空調(diào)壓縮機(jī)的延時(shí)順序啟動(dòng)方式與具體實(shí)現(xiàn)思路。

1 ?CR200J動(dòng)車組的空調(diào)裝置

CR200J動(dòng)車組的短編組形式為“1輛動(dòng)力車+7輛拖車+1輛控制車”，每一節(jié)車廂均安裝一個(gè)單獨(dú)的空調(diào)裝置，空調(diào)裝置主要由壓縮機(jī)、預(yù)熱器、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、新風(fēng)溫度傳感器、節(jié)流裝置和空調(diào)控制器等設(shè)備構(gòu)成，其主要用電設(shè)備的分布形式與工作參數(shù)如表1所示。

空調(diào)裝置在實(shí)際工作中具有多種工作模式，不同工作模式下主要用電設(shè)備的工作情況如表2所示。當(dāng)空調(diào)裝置在不同的工作模式之間進(jìn)行切換時(shí)，用電設(shè)備會(huì)頻繁地啟動(dòng)或停止。由于壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率較大且為三相負(fù)載，當(dāng)空調(diào)裝置在全冷模式下工作時(shí)，2臺(tái)壓縮機(jī)會(huì)同時(shí)全載運(yùn)行，空調(diào)裝置在啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)約為空調(diào)機(jī)組額定工作電流6～7倍的啟動(dòng)電流，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出逆變器的過(guò)電流保護(hù)設(shè)定值，引起逆變器因過(guò)載保護(hù)而停機(jī)，無(wú)法繼續(xù)為空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行供電，影響空調(diào)裝置的正常工作。

2 ?空調(diào)壓縮機(jī)的啟動(dòng)方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了防止各節(jié)車廂的空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)輔助供電系統(tǒng)造成的交流負(fù)載嚴(yán)重過(guò)載，常用的做法是通過(guò)TCMS對(duì)空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)進(jìn)行錯(cuò)時(shí)啟動(dòng)控制。TCMS按照一定的循環(huán)周期，分別向各節(jié)車廂的空調(diào)系統(tǒng)發(fā)送“空調(diào)允許啟動(dòng)”的時(shí)間窗口，每節(jié)車廂的空調(diào)系統(tǒng)只能在屬于自己的時(shí)間窗口時(shí)才能啟動(dòng)，其他時(shí)間則不允許啟動(dòng)。每節(jié)車廂內(nèi)的空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)順序由空調(diào)廠家控制，但在一個(gè)時(shí)間窗口中，只允許啟動(dòng)一個(gè)空調(diào)壓縮機(jī)。對(duì)于已經(jīng)完成啟動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)，其停機(jī)過(guò)程不受該時(shí)間窗口的控制，可以根據(jù)外界溫度條件或者控制指令隨時(shí)停機(jī)。此外，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)空壓機(jī)啟動(dòng)前會(huì)預(yù)先發(fā)出一個(gè)“空壓機(jī)預(yù)啟動(dòng)”信號(hào)，TCMS檢測(cè)到該信號(hào)后將關(guān)閉所有空調(diào)裝置的啟動(dòng)時(shí)間窗口，禁止一段時(shí)間內(nèi)的所有空調(diào)裝置的啟動(dòng)操作。

在列車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，無(wú)法保證TCMS能夠發(fā)出正確的錯(cuò)時(shí)啟動(dòng)控制信號(hào)，也就無(wú)法避免空調(diào)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)造成啟動(dòng)電流過(guò)大的情況。因此在這種情況下，可以通過(guò)測(cè)量空調(diào)壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)逆變器的過(guò)電流保護(hù)時(shí)間，在壓縮機(jī)的控制回路中引入延時(shí)繼電器，保證延時(shí)準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)空調(diào)壓縮機(jī)錯(cuò)時(shí)順序啟動(dòng)。

2.1 壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)的電流測(cè)量

為了獲得延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間，首先通過(guò)測(cè)量空調(diào)裝置主回路的啟動(dòng)電流，得到逆變器的過(guò)電流保護(hù)時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算每個(gè)壓縮機(jī)需要延時(shí)的時(shí)間值。壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)的主回路電流變化曲線如圖1所示。從圖1（a）中可以看出，當(dāng)壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，主回路的啟動(dòng)電流峰值最大為222.3A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)逆變器的過(guò)電流保護(hù)設(shè)定值150A，因此會(huì)觸發(fā)逆變器的過(guò)電流保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致逆變器停機(jī)。從圖1（b）中可以得到逆變器的過(guò)電流保護(hù)時(shí)間約為34ms，所以各個(gè)壓縮機(jī)應(yīng)在延時(shí)34ms之后順序啟動(dòng)。

2.2 延時(shí)順序啟動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)延時(shí)順序啟動(dòng)，需要將控制壓縮機(jī)啟動(dòng)的中間繼電器替換為延時(shí)繼電器，即在各個(gè)壓縮機(jī)的控制回路中加入延時(shí)繼電器線圈，并在相應(yīng)的供電回路中加入延時(shí)繼電器閉合觸點(diǎn)，控制回路中的延時(shí)繼電器線圈分別在延時(shí)34ms的整數(shù)倍時(shí)間點(diǎn)依次得電，當(dāng)延時(shí)繼電器線圈得電時(shí)，對(duì)應(yīng)的延時(shí)繼電器閉合觸點(diǎn)同時(shí)閉合，壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)延時(shí)順序啟動(dòng)。壓縮機(jī)延時(shí)順序啟動(dòng)的主回路和控制回路電氣原理圖如圖2和圖3所示。

壓縮機(jī)延時(shí)順序啟動(dòng)的主回路電流變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，壓縮機(jī)在延時(shí)順序啟動(dòng)的過(guò)程中，主回路的電流變化曲線比較平緩，電流值均小于逆變器的過(guò)電流保護(hù)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)裝置的正常啟動(dòng)。

3 ?結(jié)論

通過(guò)在空調(diào)機(jī)組的控制電路中引入延時(shí)繼電器的方式，能夠解決列車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)在發(fā)生故障的情況下，使空調(diào)機(jī)組壓縮機(jī)能夠準(zhǔn)確地延時(shí)順序啟動(dòng)，有效降低了空調(diào)機(jī)組的啟動(dòng)電流，保障了空調(diào)機(jī)組的正常工作與動(dòng)車組的安全運(yùn)行。

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