專利名稱：車輛空調(diào)變頻控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空調(diào)變頻控制裝置，具體地是在軌道車輛上直接引入直流 網(wǎng)壓電源給空調(diào)供電并且采用變頻壓縮機。
技術背景目前在各種軌道車輛上普遍地采用定速單冷式空調(diào)系統(tǒng)，使用的電源是AC380V, 其主電源供電流程如后附圖1所示，第一部分為車輛電源轉(zhuǎn)換裝置(輔助逆變器)， 其輸入的是網(wǎng)壓DC750V，相應地會有上下波動250V的情況。經(jīng)過斬波器降壓，再經(jīng) 過逆變裝置產(chǎn)生AC380V電壓。第二部分是空調(diào)器的控制器，現(xiàn)有車輛空調(diào)器普遍采用獨立的控制柜，將空調(diào) 器的控制器放置在控制柜內(nèi)。通過控制器將供電AC380V經(jīng)過逆變裝置向第三部分系 統(tǒng)部件，如壓縮機、通風機和冷凝風機等提供三相交流電。其中，逆變器在進行變 頻轉(zhuǎn)換時還需將AC380V電源轉(zhuǎn)換為直流電，再根據(jù)主控MCU的檢測到系統(tǒng)功率調(diào)節(jié) 電壓占空比以輸出相應頻率的三相交流電。如以上方案的現(xiàn)有車輛空調(diào)，空調(diào)機組所使用的AC380V電源是經(jīng)由網(wǎng)壓直流 750V電源先整流、再逆變，通過空調(diào)控制器變頻轉(zhuǎn)換而輸入的，不僅在多組電源轉(zhuǎn) 換中造成較大的能量損耗、效率低，而且車輛電源轉(zhuǎn)換裝置(輔助逆變器)和空調(diào) 控制器的相應電路結構復雜、占用較多的配置空間，不利于車輛及空調(diào)機組的小型 化、集成化設計。而且，現(xiàn)有車輛空調(diào)依賴于車輛電源提供的頻率一定的輸入電源，所以大多采 用的仍是定速壓縮機，這就難以適應多種軌道車輛所運行的氣候環(huán)境，車輛空調(diào)的 溫度調(diào)節(jié)不盡合理，難以實現(xiàn)精確調(diào)溫。 實用新型內(nèi)容本實用新型所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，在于解決上述問題而將車輛直流電 源直接引入，通過空調(diào)的穩(wěn)壓電源直接輸出一直流電給變頻裝置，由變頻裝置的多 組變頻器各自向空調(diào)的系統(tǒng)部件提供三相交流電，以驅(qū)動空調(diào)各個系統(tǒng)部件在變頻
模式下運行。本實用新型的設計目的在于，簡化車輛空調(diào)使用電源的轉(zhuǎn)換流程，有效地降低 能量損耗、提高電源使用效率，由于不使用車輛上的輔助逆變器，大大降低了車輛 輔助逆變器的使用容量，并提高了其可靠性。同時減小空調(diào)控制電路的結構。另一設計目的在于，實現(xiàn)車輛空調(diào)的變頻控制，通過改變電源頻率而可采用變 頻壓縮機以適應多種氣候環(huán)境，達到空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的優(yōu)化配置。為實現(xiàn)上述設計目的，所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置主要具有以下結構包括有主控模塊和電源控制模塊，所述主控模塊的主控MCU，其一個通訊端口通 過RS485電路與集控器、車輛通訊總線相連接，其另一通訊端口通過異步通訊總線 與線控器連接。
本實用新型的改進之處在于，所述的電源控制模塊的穩(wěn)壓電源直接引入車輛直 流電源，穩(wěn)壓電源的直流電源輸出端直接連接變頻裝置，變頻裝置通過通過異步通 訊總線與主控MCU連接。
變頻裝置至少包括二組變頻器，變頻器相互之間的電源輸入端并聯(lián)在一起，變 頻器的輸出各自連接車輛空調(diào)的系統(tǒng)部件。如上述方案特征，車輛空調(diào)所使用的驅(qū)動電源是直接引入的車輛網(wǎng)壓電源，即 DC750V，通過電源控制模塊進行穩(wěn)壓、整流而向變頻裝置輸出直流電，則變頻裝置 可以在一個較寬的頻率范圍根據(jù)主控模塊的控制來調(diào)節(jié)電壓占空比，以向車輛空調(diào) 系統(tǒng)部件輸出不同電壓值的三相交流電。進一步的改進方案是，所述的穩(wěn)壓電源至少包括二組穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器之間的輸 入和輸出端各自并聯(lián)在一起。由于車輛輸入的網(wǎng)壓電壓波動較大，電源輸入后需要先行穩(wěn)壓，本實用新型所 述的穩(wěn)壓電源采用"N+1"并聯(lián)冗余結構，多組獨立的穩(wěn)壓模塊，其輸入和輸出各自 并聯(lián)在一起，通過各個模塊單元內(nèi)部的自動均流技術，使輸出電壓的功率能夠相互 疊加。即使某一穩(wěn)壓器出現(xiàn)故障而從并聯(lián)系統(tǒng)中退出，其余模塊也可正常工作。綜上內(nèi)容，所述車輛空調(diào)變頻控制裝置的優(yōu)點是
1、 不依賴于車輛上的電源轉(zhuǎn)換裝置(輔助逆變器)，簡化了電源轉(zhuǎn)換流程，從而有 效地降低能量損耗、提高電源使用效率。2、 實現(xiàn)車輛空調(diào)的變頻控制，通過改變電源頻率而可采用變頻壓縮機以適應多種氣
候環(huán)境，達到空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的優(yōu)化配置。3、采用兩套壓縮機制冷循環(huán)系統(tǒng)和多組穩(wěn)壓器的冗余并聯(lián)配置，能夠更有效地保證車輛空調(diào)運行的穩(wěn)定性。
圖1是現(xiàn)有車輛空調(diào)的電源控制示意圖； 圖2是本實用新型所述車輛空調(diào)變頻控制裝置的模塊圖； 圖3是所述穩(wěn)壓電源的結構示意圖； 圖4是所述變頻裝置的結構示意圖。
具體實施方式
實施例l，如圖2至圖4所示，所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，主要包括有主控模塊20和電源控制模塊30。其中，主控模塊20，包括主控MCU3，集控器4，線控器5，傳感器電路6，自設定電路 7，兩套四通閥控制12,兩套電子膨脹閥控制13，兩套電加熱帶14，回風閥15和新 風閥16。所述主控模塊20的主控MCU 3，其一個通訊端口通過RS485電路與集控器4、 車輛通訊總線相連接，其另一通訊端口通過異步通訊總線與線控器5，變頻裝置2相 連接。電源控制模塊30，包括穩(wěn)壓電源l，變頻裝置2， A壓縮機8， B壓縮機9，室外 風機10和室內(nèi)風機11。所述的電源控制模塊30，其穩(wěn)壓電源1直接引入車輛直流電源，穩(wěn)壓電源1的 直流電源輸出端直接連接變頻裝置2，變頻裝置2通過異步通訊總線與主控MCU 3連 接。變頻裝置2至少包括二組變頻器，變頻器相互之間的電源輸入端并聯(lián)在一起， 變頻器的輸出各自連接車輛空調(diào)的各系統(tǒng)部件。所述的穩(wěn)壓電源1至少包括二組穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器之間的輸入和輸出端各自并聯(lián) 在一起。所述穩(wěn)壓電源1的穩(wěn)壓器，其引入車輛直流電源的引入端依次串聯(lián)保險裝置 (FU1)、濾波器(LB1)以后，通過控制器控制IGBT進行高頻開關變換；并通過變 壓器(TR1)隔離耦合輸出，變壓器(TR1)的兩個輸出端分別通過二極管(Dl)、 (D2)
后連接在一起，并接入濾波電感(Ll)的輸入端，電容(C3)并聯(lián)在濾波電感(Ll) 的輸出端和變壓器(TR1)的中間抽頭處，即并聯(lián)在穩(wěn)壓電源裝置的輸出兩端。穩(wěn)壓 器電源輸出端接變頻裝置(2)的電源輸入端。工作原理為直流網(wǎng)壓電源DC750V經(jīng)過保險FU1，濾波器LB1后，通過控制器控 制絕緣柵雙極晶體管IGBT進行高頻開關變換，使變壓器輸出高頻開關波形。然后經(jīng) 二極管D1和D2整流，電感L1及電容C3濾波后，輸出穩(wěn)定的直流電?？刂破魍ㄟ^檢測輸出電壓，并經(jīng)過計算，以決定IGBT的導通和截止，來穩(wěn)定輸 出。在穩(wěn)壓器的電源輸出負端通過串接一過流檢測電阻(R3)后，連接在變頻裝置 (2)的輸入負端，同時電阻(R3)連接在控制器的過流檢測端之間?？刂破魍ㄟ^過 流電阻R3的檢測，以確保電源運行在正常的工作電流范圍內(nèi)，防止過電流。如控制 器檢測到有故障，則輸出故障信息給主控板，主控板控制空調(diào)以低頻運轉(zhuǎn)。所述變頻裝置2的變頻器，包括有6個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，組成逆變的 6個橋臂，只需外圍提供驅(qū)動電源及驅(qū)動信號，便可方便的根據(jù)驅(qū)動信號，輸出頻率 可調(diào)的三相交流電，來驅(qū)動壓縮機8和9，以及室內(nèi)風機ll、室外風機IO。其模塊 各管腳定義及功能是管腳(V叩l)、 (Vvpl)和(Vwpl)分別是上三個橋臂驅(qū)動電源正極端；管腳(V叩c)、 (Vvpc)和(Vwpc)分別是上三個橋臂驅(qū)動電源負極端；管腳(Vnl)是下三個橋臂驅(qū)動電源正極端；管腳(Vnc)是下三個橋臂驅(qū)動電源負極端；管腳(Up)、 (Vp)和(Wp)是上三個橋臂的驅(qū)動信號輸入端；管腳(Un)、 (Vn)和(Wn)是下三個橋臂的驅(qū)動信號輸入端； 管腳(P)是變頻器整體直流電源的輸入正極端； 管腳(N)是變頻器整體直流電源的輸入負極端；管腳(U)、 (V)和(W)分別是變頻器整體三相交流電的輸出端； 管腳(Ufo)、 (Vfo)和(Wfo)，分別是上三個橋臂的故障輸出端； 管腳(Fo)是下三個橋臂的故障共同輸出端。變頻器采用IPM模塊PM25CLA120芯片(25A/1200V)，其外圍器件較少，能夠配 合單片機控制。本實用新型實現(xiàn)的變頻控制方法是，車輛直流電源直接引入至空調(diào)變頻控制裝
置的電源控制模塊30，經(jīng)過穩(wěn)壓電源1的穩(wěn)壓輸出一直流電給變頻裝置2，由變頻 裝置2的多組變頻器各自向空調(diào)的系統(tǒng)部件提供三相交流電，以驅(qū)動空調(diào)各個系統(tǒng) 部件在變頻模式下運行。所述穩(wěn)壓電源1具有"N+1"并聯(lián)冗余結構，多組穩(wěn)壓器的輸入和輸出端各自并 聯(lián)在一起。由于車輛上的網(wǎng)壓電壓波動較大，電源輸入后，先要進行穩(wěn)壓處理，將波動的 網(wǎng)壓直流電源穩(wěn)定在DC540V左右。穩(wěn)壓電源采用模塊化設計，并采取"N+1"并聯(lián)冗余設計形式，分為兩個或更多 獨立的穩(wěn)壓器，輸入和輸出各自并聯(lián)在一起，通過各個模塊單元內(nèi)部的自動均流技 術，既保障了各模塊的獨立工作，又使輸出能夠功率疊加。如果某一個穩(wěn)壓器出現(xiàn)故障而自動地從并聯(lián)系統(tǒng)中退出，其余穩(wěn)壓器也可正常 工作，整個空調(diào)系統(tǒng)仍然可以降容工作。所述的車輛空調(diào)具有兩套獨立的壓縮機制冷系統(tǒng)裝置，每一套制冷系統(tǒng)裝置的 壓縮機由 一個變頻器提供三相交流電，以獨立地在變頻模式下運行。所述車輛空調(diào)的兩臺變頻壓縮機8和9、以及室內(nèi)風機ll、室外風機10均各自 通過獨立的變頻器進行驅(qū)動。各變頻器結構相同，只是各自的地址碼不同，地址碼通過模塊上的撥碼開關進 行設定。上述4個變頻器均連接在異步通訊總線上，且此通訊總線可以繼續(xù)擴充負載， 同樣適用于三壓機系統(tǒng)、四壓機和更多壓機控制系統(tǒng)，通用性較強。正常工作情況下，主控MCU接收到集控器4或線控器5的開機命令后，通過傳 感器檢測電路6檢測穩(wěn)壓電源1、變頻裝置2、以及各溫度傳感器是否正常，若各傳 感器均正常，則通過通訊電路，控制4個變頻器的運行或停止。每套壓縮機系統(tǒng)各用1個電子膨脹閥節(jié)流，有效控制能量分配。通過調(diào)節(jié)回風 閥15和新風閥16的開關，來調(diào)節(jié)新風的含量。每套系統(tǒng)各有1個四通換向閥12，用于制冷、制熱切換。
權利要求1、一種車輛空調(diào)變頻控制裝置，包括有主控模塊(20)和電源控制模塊(30)，所述主控模塊(20)的主控MCU(3)，其一個通訊端口通過RS485電路與集控器(4)、車輛通訊總線相連接，其另一通訊端口通過異步通訊總線與線控器(5)連接，其特征在于所述的電源控制模塊(30)，其穩(wěn)壓電源(1)直接引入車輛直流電源，穩(wěn)壓電源(1)的直流電源輸出端直接連接變頻裝置(2)，變頻裝置(2)通過異步通訊總線與主控MCU(3)連接；變頻裝置(2)至少包括二組變頻器，變頻器相互之間的電源輸入端并聯(lián)在一起，變頻器的輸出各自連接車輛空調(diào)的系統(tǒng)部件；
2、 根據(jù)權利要求l所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，其特征在于所述的穩(wěn)壓電 源(1)至少包括二組穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器之間的輸入和輸出端各自并聯(lián)在一起。
3、 根據(jù)權利要求2所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，其特征在于所述穩(wěn)壓電源 (1)的穩(wěn)壓器，其引入車輛直流電源的引入端依次串聯(lián)保險裝置(FU1)、濾波器(LB1)以后，通過控制器控制IGBT進行高頻開關變換；并通過變壓器(TR1)隔離耦合輸 出，變壓器(TR1)的兩個輸出端分別通過二極管(Dl)、 (D2)后連接在一起，并接 入濾波電感(Ll)的輸入端，電容(C3)并聯(lián)在濾波電感(Ll)的輸出端和變壓器 (TR1)的中間抽頭處，即并聯(lián)在穩(wěn)壓電源裝置的輸出兩端； 穩(wěn)壓器電源輸出端接變頻裝置(2)的電源輸入端。
4、 根據(jù)權利要求3所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，其特征在于在穩(wěn)壓器的電 源輸出負端通過串接一過流檢測電阻(R3)后，連接在變頻裝置(2)的輸入負端， 同時電阻(R3)連接在控制器的過流檢測端之間。
5、 根據(jù)權利要求l、 2、 3或4所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，其特征在于所 述變頻裝置(2)的變頻器，采用IPM模塊PM25CLA120芯片，包括有6個絕緣柵雙 極晶體管(IGBT)組成的上、下各三個橋臂，每一相輸出各有一個上、下橋臂組成。
6、 根據(jù)權利要求5所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，其特征在于變頻器所用IPM模塊各管腳分別為管腳(V叩l)、 (Vvpl)和(Vwpl)分別是上三個橋臂驅(qū)動電源正極端；管腳(V叩c)、 (Vvpc)和(V叩c)分別是上三個橋臂驅(qū)動電源負極端； 管腳(Vnl)是下三個橋臂驅(qū)動電源正極端； 管腳(Vnc)是下三個橋臂驅(qū)動電源負極端； 管腳(Up)、 (Vp)和(Wp)是上三個橋臂的驅(qū)動信號輸入端；管腳(Un)、 (Vn)和(Wn)是下三個橋臂的驅(qū)動信號輸入端； 管腳(P)是變頻器整體直流電源的輸入正極端； 管腳(N)是變頻器整體直流電源的輸入負極端；管腳(U)、 (V)和(W)分別是變頻器整體三相交流電的輸出端； 管腳(Uf0)、 (Vf0)和(Wf0),分別是上三個橋臂的故障輸出端;管腳(Fo)是下三個橋臂的故障共同輸出端。
專利摘要本實用新型所述的車輛空調(diào)變頻控制裝置，將車輛直流電源直接引入，通過空調(diào)的穩(wěn)壓電源直接輸出一直流電給變頻裝置，由變頻裝置的多組變頻器各自向空調(diào)的系統(tǒng)部件提供三相交流電，以驅(qū)動空調(diào)各個系統(tǒng)部件在變頻模式下運行。實現(xiàn)簡化車輛空調(diào)使用電源的轉(zhuǎn)換流程，有效地降低能量損耗、提高電源使用效率，大大降低車輛上電源轉(zhuǎn)換裝置的容量和減小空調(diào)控制電路的結構。所述的電源控制模塊的穩(wěn)壓電源直接引入車輛直流電源，穩(wěn)壓電源的直流電源輸出端直接連接變頻裝置，變頻裝置通過異步通訊總線與主控MCU連接。變頻裝置至少包括二組變頻器，變頻器相互之間的電源輸入端并聯(lián)在一起，并通過共同的通訊總線與主控MCU連接。
文檔編號H02P27/04GK201032709SQ20072000326
公開日2008年3月5日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權日2007年2月2日
發(fā)明者張寶恒, 曾祥學, 王華雷 申請人:萊蕪市三和科技有限公司