一种变频电气控制系统及轨道车辆空调装置的制作方法

本实用新型涉及轨道车辆空调控制技术领域，尤其是一种变频电气控制系统及轨道车辆空调装置。

背景技术：

在目前的地铁轨道车辆的供电方式主要有两种：架空接触网和第三轨供电；供电电压主要采用两种：架空接触网提供dc1500v电压以及第三轨供电提供dc750v电压。列车通过辅助供电系统siv将dc1500或750v电压转变为三相ac380v，50hz或三相ac440v，60hz，然后直接给空调系统供电。

但以上的供电方式，均需要通过辅助逆变器才能将直流电压逆变成ac380v，50hz的交流电，再使用变频器通过整流-逆变等环节变成电压频率可调的交流电，以实现对轨道车辆的空调系统的供电并进行节能控制。而在辅助逆变器扩展供电或交叉供电的情况下，因体积过大需要占用大量的空间，同时在其工作过程中会产生大量的噪音；如若一台辅助逆变器故障时，需要切换到减载模式而严重影响到乘客的舒适度。

技术实现要素：

为解决上述技术问题之一，本实用新型的目的在于：提供一种可直接由dc750v供电，取消辅助逆变器逆变实现直供电的变频控制系统，以及对应的轨道车辆空调装置。

本实用新型所采取的技术方案是：

一方面，本实施新型提供了一种变频电气控制系统，包括短路保护单元、电磁干扰滤波单元、输入滤波单元、储能平波单元、变频模块、输出滤波单元以及电机；

短路保护单元的一端连接有电源；短路保护单元的另一端连接至电磁干扰滤波单元的一端；电磁干扰滤波单元的另一端连接至输入滤波单元的一端；输入滤波单元的另一端连接至储能平波单元的一端；储能平波单元的另一端连接至变频模块的一端；变频模块的另一端连接至输出滤波单元的一端；输出滤波单元的另一端连接至电机。

在一些实施例中，变频电气控制系统还包括冗余供电单元；冗余供电单元连接至电机。

在一些实施例中，变频电气控制系统还包括至少一个第一熔断器；第一熔断器的一端连接至储能平波单元，第一熔断器的另一端连接至变频模块。

在一些实施例中，输入滤波单元包括压敏电阻、滤波电容、直流电抗器和直流桥缓冲模块；

压敏电阻的一端连接至电磁干扰滤波单元，压敏电阻的另一端连接储能平波单元；直流电抗器的一端连接至电磁干扰滤波单元，直流电抗器的另一端连接至滤波电容的一端；滤波电容的另一端连接至储能平波单元；直流电抗器的另一端还连接至直流电抗器的一端，直流电抗器的另一端连接至储能平波单元；直流电抗器的另一端还连接至直流桥缓冲模块的一端，直流桥缓冲模块的另一端连接至储能平波单元。

在一些实施例中，输出滤波单元为du/dt滤波器和/或正弦波滤波器。

在一些实施例中，电机包括以下三者至少之一：压缩机、冷凝风机以及通风机。

在一些实施例中，短路保护单元为第二熔断器。

在一些实施例中，电源为750v直流电源。

在一些实施例中，冗余供电单元包括至少一个交流电源。

另一方面，本实用新型提供了一种轨道车辆空调装置，其包括在先提供的至少一种变频电气控制系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将轨道车辆的直接供电通过短路保护单元、电磁干扰滤波单元、输入滤波单元以及储能平波单元输入至变频模块，实现了在不借助辅助逆变器逆变、空调系统内部整流等环节的情况下，直供电且变频节能的空调电气控制；除此之外通过模块化的功能划分，实现各个控制环节的独立运行，在减小占用空间的同时，也更加便于后续的维护保养。

附图说明

图1为本实用新型一种变频电气控制系统的模块框架示意图；

图2为本实用新型一种变频电气控制系统的电路连接原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。

一方面，如图1所示，本实用新型主要包括短路保护单元、电磁干扰滤波单元、输入滤波单元、储能平波单元、变频模块、输出滤波单元以及电机；

其各单元之间的连接方式为：短路保护单元的一端连接有电源；短路保护单元的另一端连接至电磁干扰滤波单元的一端；电磁干扰滤波单元的另一端连接至输入滤波单元的一端；输入滤波单元的另一端连接至储能平波单元的一端；储能平波单元的另一端连接至变频模块的一端；变频模块的另一端连接至输出滤波单元的一端；输出滤波单元的另一端连接至电机。而整个实施例系统的电源则直接通过dc750v直流电进行供电。

如图2所示，其中，短路保护单元通过采用熔断器保护方式，在供电输入端防止后级变频模块出现短路或瞬间大电流冲击到前级电源，对前级电源造成损伤或破坏。实施例中的电磁干扰滤波单元，主要是由emi滤波器组成，emi滤波器对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到所需要的有效信号；通过匹配整个空调控制系统内部走线、变频模块安装、负载等而设计，降低系统工作时传导和辐射对超容电容的干扰。

实施例中的输入滤波单元主要功能是对前级输入电源的品质进行处理；在一些实施例中，输入滤波单元可以同时包括压敏电阻、滤波电容、直流电抗器和直流桥缓冲模块等多个功能模块或元器件；其中，压敏电阻连接至电磁干扰滤波单元和储能平波单元；直流电抗器的一端连接至电磁干扰滤波单元，直流电抗器的另一端连接至滤波电容；滤波电容再连接至储能平波单元；直流电抗器同时还连接至直流电抗器，直流电抗器再连接至储能平波单元；直流电抗器同时还连接至直流桥缓冲模块，直流桥缓冲模块连接至储能平波单元。具体的，压敏电阻防止雷击等产生的尖峰电压对负载造成过压击穿；当加在压敏电阻上的电压低于它的阈值时，流过它的电流极小，它相当于一个阻值无穷大的电阻。也就是说，当加在它上面的电压低于其阈值时，它相当于一个断开状态的开关；当加在压敏电阻上的电压超过它的阈值时，流过它的电流激增，它相当于阻值无穷小的电阻。也就是说，当加在它上面的电压高于其阈值时，它相当于一个闭合状态的开关。直流电抗器和滤波电容用于组成的滤波电路，隔断前级超级电容中的高频谐波以及电压波动干扰，使输入到后级负载的电源为低频直流电源。而直流桥缓冲模块则用于防止负载电流倒灌，在一些实施例中，采用mos管或肖特基二极管等元件实现缓冲功能。

本实施例中，储能平波单元由储能型且平波的多个大电容组成，主要作用是防止大电容(超级电容)中存在的电压瞬变和电压跌落对负载的控制和持续工作产生影响，同时起到平滑滤波的作用。而大电容(超级电容)单体额定电压一般为2.3v,2.5v或2.7v，其电压等级相对于其他储能装置是很低的。因此需对其串联以提高超级电容器组的电压等级，根据电路原理，电容越穿越小，在实际使用中，为了兼顾电压等级与容量要求通常是对超级电容器串并联来组成超级电容器组。

在本实施例中，变频单元主要用于将平稳的dc750v直流电逆变成电压频率均可调的交流电压，满足空调系统的变频控制，达到节能的目的，并对变频部分进行短路、过载、高温降载等保护。

在本实施例中，输出滤波单元为du/dt滤波器和/或正弦波滤波器；du/dt滤波器对应连接变频压缩机，正弦波滤波器则连接系统中的风机、冷凝风机等用电装置，主要用于保护负载的绝缘，延长负载的使用寿命。对应滤波单元，本实施中的电机则用于执行具体的控制动作，其可以包括变频压缩机、风机以及冷凝风机等。

此外，本实施例在储能平波单元以及变频模块之间接有第一熔断器，具体的第一熔断器的一端连接至储能平波单元，第一熔断器的另一端连接至变频模块；其用于隔离各变频模块出现短路而产生的相互影响。

本实施例还包括冗余供电单元，直接连接至系统的电机，其主要用于当出现供电异常时，该部分可提供ac380v/50hz电源给其它负载供电，作为紧急供电方案。

另一方面，本实用新型还提供了一种轨道车辆空调装置的实施例，其包括在先提供的至少一种变频电气控制系统。

实施例中，输入滤波单元的直流桥缓冲模块，用于给各个功率单元提供防反接保护，给电容缓冲上电，功率继电器故障检测等；其输出电流为80a；额定条件效率(％)≥98％；输入电压范围为：(dc)420～950v，低于550v自动降载，高于1000v切断供电；其控制电压为24(-30％～+25％)vdc；其工作温度在-30℃～+65℃；其外形尺寸为l160×w150×h80mm；安装于空调回风口处，通过散热器风冷进行散热。

输入滤波单元的滤波电容模组，用于给各个功率单元提供电能缓冲，平稳输入电压波形,电容额定耐压1200vdc；模组的输出电流为80a，瞬时电流达160a；模组的输入电压范围：dc(420～950)v，低于550v自动降载，高于1000v切断供电；工作温度在-30℃～+65℃，模组大小为290×w110×h160mm；装配在机箱内部，自然散热。

实施例中的变频模块中，包括一15kw的直流变频驱动模块，模块适用负载反电动势为正弦波的电机(bldcm)；其输出额定功率15kw，额定条件效率(％)≥95％；模组的输入电压范围为dc(420～950)v，低于550v自动降载，高于1000v切断供电；其控制电压为24(-30％～+25％)vdc；模块的工作温度区间在-30℃至+65℃，温度高于50℃降载到60％，高于60℃降载到40％，模块的外形尺寸为l200×w200×h140mm，模块装备在空调回风口处，通过散热器风冷散热，模块采用开环矢量控制，通过rs485进行通信，采用1700v的igbt模块，无预充电功能；模块可在igbt故障、控制板欠压故障、控制板过压故障、主回路欠压、主回路过压、模块过温、输出短路、电机过流等多种故障状态下提供保护。

综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有以下的特点或优点：

1、本实用新型实现由dc750v直流电直接供电，取消辅助逆变器，避免了因辅助逆变器体积过大需要占用大量的空间，其工作过程中产生的大量噪音，以及故障产生时对乘客的舒适度的影响；

2、本实用新型将控制系统模块化，模块与模块之间实现各自功能，便于维护；

3、本实用新型通过变频控制，以达到节能的目的；

4、本实用新型提供冗余供电功能，提供紧急供电方案，降低有轨电车供电系统成本。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。