關(guān)于CR200J動車組空調(diào)壓縮機啟動方式的分析及優(yōu)化設(shè)計

高源

摘要：動車組空調(diào)裝置中，壓縮機功率較大，空調(diào)裝置在啟動時產(chǎn)生很大的啟動電流，容易對動車組的輔助供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊。本文以CR200J動車組為研究對象，通過實驗測量得每節(jié)車廂的空調(diào)裝置在啟動時峰值電流與過電流保護時間，在空調(diào)裝置控制回路中加入延時繼電器，使各空調(diào)裝置錯開峰值電流時間點延時順序啟動。這種方式有效降低了動車組空調(diào)裝置啟動電流，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，對動車組安全運行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：動車組;空調(diào)裝置;壓縮機;啟動電流;延時順序啟動

0 ?引言

復興號CR200J動力集中式動車組，是由中國鐵路總公司與中國中車集團共同設(shè)計研發(fā)的一款基于成熟的25T型客車及HXD1G/HXD3G機車的動力集中式動車組，旨在提高既有鐵路的運輸服務(wù)品質(zhì)，滿足人們越來越高的出行要求，實現(xiàn)既有電氣化鐵路中普速列車的更新?lián)Q代。

動車組輔助供電系統(tǒng)作為動車組的關(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，相對于其他用電設(shè)備而言，壓縮機功率較大，其電機啟動時電流疊加后會形成一個大約為空調(diào)裝置額定工作電流6～7倍的啟動電流，容易導致動車組輔助供電系統(tǒng)輸出電壓不穩(wěn)定、電流過載等不良影響。合理選擇空調(diào)機組的啟動方式，不但可以避免啟動電流對單相逆變器的沖擊過大，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)裝置在啟動和工況轉(zhuǎn)換過程中減小沖擊電流的方法和手段，對確保輔助供電系統(tǒng)正常工作與動車組安全運行具有重要意義。本文以CR200J動力集中式動車組為研究對象，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，接著通過測量空調(diào)裝置在啟動時的主回路電流，得到空調(diào)裝置的啟動電流峰值與過電流保護時間，最后通過在空調(diào)裝置的控制回路中引入延時繼電器，提出了一種空調(diào)壓縮機的延時順序啟動方式與具體實現(xiàn)思路。

1 ?CR200J動車組的空調(diào)裝置

CR200J動車組的短編組形式為“1輛動力車+7輛拖車+1輛控制車”，每一節(jié)車廂均安裝一個單獨的空調(diào)裝置，空調(diào)裝置主要由壓縮機、預(yù)熱器、蒸發(fā)風機、冷凝風機、蒸發(fā)器、冷凝器、新風溫度傳感器、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。當空調(diào)裝置在不同的工作模式之間進行切換時，用電設(shè)備會頻繁地啟動或停止。由于壓縮機的電動機功率較大且為三相負載，當空調(diào)裝置在全冷模式下工作時，2臺壓縮機會同時全載運行，空調(diào)裝置在啟動時會出現(xiàn)一個約為空調(diào)機組額定工作電流6～7倍的啟動電流，遠遠超出逆變器的過電流保護設(shè)定值，引起逆變器因過載保護而停機，無法繼續(xù)為空調(diào)系統(tǒng)進行供電，影響空調(diào)裝置的正常工作。

2 ?空調(diào)壓縮機的啟動方式優(yōu)化設(shè)計

為了防止各節(jié)車廂的空調(diào)機組壓縮機同時啟動，對輔助供電系統(tǒng)造成的交流負載嚴重過載，常用的做法是通過TCMS對空調(diào)機組壓縮機進行錯時啟動控制。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”的時間窗口，每節(jié)車廂的空調(diào)系統(tǒng)只能在屬于自己的時間窗口時才能啟動，其他時間則不允許啟動。每節(jié)車廂內(nèi)的空調(diào)壓縮機啟動順序由空調(diào)廠家控制，但在一個時間窗口中，只允許啟動一個空調(diào)壓縮機。對于已經(jīng)完成啟動的空調(diào)系統(tǒng)，其停機過程不受該時間窗口的控制，可以根據(jù)外界溫度條件或者控制指令隨時停機。此外，當制動系統(tǒng)空壓機啟動前會預(yù)先發(fā)出一個“空壓機預(yù)啟動”信號，TCMS檢測到該信號后將關(guān)閉所有空調(diào)裝置的啟動時間窗口，禁止一段時間內(nèi)的所有空調(diào)裝置的啟動操作。

在列車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，無法保證TCMS能夠發(fā)出正確的錯時啟動控制信號，也就無法避免空調(diào)壓縮機同時啟動造成啟動電流過大的情況。因此在這種情況下，可以通過測量空調(diào)壓縮機在啟動時逆變器的過電流保護時間，在壓縮機的控制回路中引入延時繼電器，保證延時準確性，實現(xiàn)空調(diào)壓縮機錯時順序啟動。

2.1 壓縮機同時啟動時的電流測量

為了獲得延時繼電器的延時時間，首先通過測量空調(diào)裝置主回路的啟動電流，得到逆變器的過電流保護時間，進而計算每個壓縮機需要延時的時間值。壓縮機同時啟動時的主回路電流變化曲線如圖1所示。從圖1（a）中可以看出，當壓縮機同時啟動時，主回路的啟動電流峰值最大為222.3A，遠遠超過逆變器的過電流保護設(shè)定值150A，因此會觸發(fā)逆變器的過電流保護機制導致逆變器停機。從圖1（b）中可以得到逆變器的過電流保護時間約為34ms，所以各個壓縮機應(yīng)在延時34ms之后順序啟動。

2.2 延時順序啟動方式的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)壓縮機延時順序啟動，需要將控制壓縮機啟動的中間繼電器替換為延時繼電器，即在各個壓縮機的控制回路中加入延時繼電器線圈，并在相應(yīng)的供電回路中加入延時繼電器閉合觸點，控制回路中的延時繼電器線圈分別在延時34ms的整數(shù)倍時間點依次得電，當延時繼電器線圈得電時，對應(yīng)的延時繼電器閉合觸點同時閉合，壓縮機實現(xiàn)延時順序啟動。壓縮機延時順序啟動的主回路和控制回路電氣原理圖如圖2和圖3所示。

壓縮機延時順序啟動的主回路電流變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，壓縮機在延時順序啟動的過程中，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電流保護設(shè)定值，實現(xiàn)了空調(diào)裝置的正常啟動。

3 ?結(jié)論

通過在空調(diào)機組的控制電路中引入延時繼電器的方式，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)機組壓縮機能夠準確地延時順序啟動，有效降低了空調(diào)機組的啟動電流，保障了空調(diào)機組的正常工作與動車組的安全運行。

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