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1、深圳市通业科技发展有限公司员工培训教材之： 空调电源培训教材 版本号：V1.0深圳市通业科技发展有限公司员工培训教材电力机车空调电源培 训 教 材主讲：潘景荣一、 概述我公司自1999年开始研发电力机车空调电源，到目前为止，共推出了两种型号：STACP-I和STACP-II。均采用了先进的功率模块和高性能的16位电机控制专用微处理器，逆变控制方式采用电压空间矢量，具有启动转矩大，转动平稳的特点，另外采用软切换方式，消除了对接触器的电流出击。这两种分别适用于机车上AC396V和AC220V辅助绕组供电。二、 STACP-I空调电源1、 系统构成STACP-I电力机车空调电源系统由隔离变压器箱、主
2、机箱、I（II）端控制箱构成。变压器箱的功能是将AC396V转换为AC330V；主机箱的主要功能是将单相AC330V转换为三相AC380V；控制箱的主要功能是控制整个电源的启停、及工作状态的转换。其结构如下图所示。1电流传感器 2. 逆变IGBT 3. 吊环螺钉 4. 上盖板 5.支撑骨架6. 主控PCB板 7. 散热器 8. 风道组件 9. 后面板 10. 连接器11.接线端子 12.电压传感器 13. 接触器 14. 电容连接PCB板15.交流检测变压器 16. 充电电阻 17. 扎线杆 18. 电流传感器19. 升压电抗器 20.整流二极管 21. 斩波IGBT 22. 连接母排23冷却
3、风扇 24. 前面板 25. 空气开关 26. 侧板图1 STACP-1型空调电源主机箱结构图1. 顶盖 2. 变压器 3. 支撑架 4. 前面板5. 连接端子 6. 端子盖板 7. 侧板 8. 后面板图2 STACP-1型空调电源隔离变压器箱结构图1. 连接器 2. 控制箱骨架 3. 门 4. 扎线杆 5. 指示灯 6. 门锁 7. 空气开关 8. 支撑板 9. 转换开关 10 扎线杆 11.接触器图3 STACP-1型空调电源控制箱结构图对于重联型机车，每台车配置两台空调电源主机箱、两台控制箱、一台隔离变压器箱及两台空调机组。如图4所示。对于非重联型机车，每台车配置一台空调电源主机箱、两台
4、控制箱、一台隔离变压器箱机两台空调机组。如图5所示。隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入I端部分隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入II端部分 图4 重联型电力机车空调电源系统构成框图隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入II端部分控制箱空调机组控制电源输入图5 非重联型电力机车空调电源系统构成框图2、 技术条件（1） 额定输入交流电压：单相AC396V（-30%+24%），50Hz（2） 输入直流电压：DC110V（-30%+24%）（3） 额定输出容量：5KVA（4） 额定输出频率：50Hz1Hz（5） 额定输出电压：三相交流380V5%
5、（6） 输出电压波形：正弦脉宽调制波（7） 输出电压谐波含量：各次谐波总有效值小于基波有效值的10%（8） 空调启动方式：变频启动，自050Hz启动时间不大于10S。（9） 工作环境条件：符合TB1394中的规定。（10） 转换效率：90% （11） 分相段运行方式：过分相段，时间小于15s，为降功运行（频率降至35Hz），蓄电池输出电流不大于15A。过分相后，自动升频至50Hz运行。（12） 保护方式：电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、接地及控制系统故障保护。3、 工作原理3.1、主电路主电路由整流/滤波电路、斩波升压电路、逆变电路及输入/输出电路构成。 整流滤波电路由整流桥1D、2D，
6、滤波电容1C、2C，接触器1KM、2KM 和充电电阻1R构成，当系统检测到交流电压时，首先合接触器2KM，由电阻1R对电容1C、2C充电，同时延时1秒钟，接触器1KM合上，断开2KM，系统完成充电过程，如图6所示。图6 空调电源主电路原理图斩波升压电路由升压电感1L、斩波用IGBT（3D）、升压电容3C、4C、电压传感器1SV、电流传感器1SC构成。这个电路具有升压及稳压的功能，交流330V工作时，将前级整流后纹波较大的直流电升压稳定在560VDC；而直流110VDC供电时通过其将母线电压稳定在365VDC。电压传感器1SV构成电压检测闭环，使母线电压稳定在要求的范围。电流传感器1SC构成电流
7、检控环节。斩波频率为20KHZ，消除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。斩波管触发电路采用专用的触发IC，具有对IGBT的过流保护能力。逆变电路由逆变模块3D、无感电容5C构成及相应的驱动电路构成。无感电容5C作为浪涌吸收，代替传统的电力电子电路的复杂吸收电路，结构简单。采用较高的载波频率（5KHZ），降低电压谐波含量。3.2控制电路控制电路框图如图5所示。图7 STACP-1空调电源控制电路框图整个功能的完成由隔离变压器盒、两个控制盒和电源箱共同完成，在任何功能切换时，控制盒首先给出转换信号，所有接触器将在无载时闭合。系统接触器转换时按照如下过程工作。 当系统检测到交流信号时,先合2KM，
8、延时1秒，然后合1KM，同时断开2KM，所有接触器初始都断开，交流电掉电时，1KM、2KM都断开。 当系统没有检测到任何端的加热/制冷信号时，系统从0到50HZ变频启动，系统处于通风状态。 当系统检测到I端制冷信号时（P5.2为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM4，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 当系统检测到I端制热信号时（P5.3为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM5，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10
9、秒。 当系统检测到II端制冷信号时（P5.4为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合7KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 当系统检测到II端制热信号时（P5.5为低电平），系统从50HZ降频到0HZ，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合6KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 当系统由制热转到通风（或制冷）时，系统首先断KM5（或KM6），延时3分钟，系统从50HZ到0HZ降频运行，然后按照对应的状态进行操作。（注：KM6、KM7、KM8为II端接
10、触器，对应与I端的KM5、KM4、KM3）3.3、 控制箱在每个驾驶室中，配有一个控制箱，控制箱原理图如图6 所示。图8 STACP-1空调电源I端控制箱原理图控制箱操作方式如表一所示。表一、控制箱操作方式工作/停止转换开关功能选择工作/停止转换开关功能选择自动/手动开关功能选择SB1本端工作SB3制冷SB2自动自动调节温度通风手动手动调节温度制热本端停止无效无效无效系统控制箱分为I端控制箱和II端控制箱，连接好线后，把断路器打到ON状态，控制盒便得到工作电源，然后可对它进行状态转换。为更好地使用本系统，我们对控制盒操作作以下约定：系统不允许I端控制箱和II端控制箱的工作/停止转换开关同时处在
11、本端工作状态；I端工作时，I端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时II端操作无效。II端工作时，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位， I端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时I端操作无效。系统控制箱有自动温控作用，当“SB2”转换开关至于“自动”位时，空调系统自动温控起作用。当“SB2”转换开关至于“手动”位时，空调系统自动温控不起作用。3.4工作流
12、程停止闭合制冷（制热）接触器停机?过分相结束?降频运行过分相段？斩波器、逆变器工作闭合主接触器闭合充电接触器检测交流330V电压闭合通风接触器判断启动方式系统复位并初始化开始NYNYNYNY直接制冷（制热）启动？有交流输入？3.5相关的电压和电流波形输入电压/电流波形：中间直流母线电压/电流波形：输出电压/电流波形：4、安装与接线4.1、安装 控制箱、变压器箱和空调电源安装尺寸如图7 、图8、图9所示。图图7 STACP-1控制箱安装尺寸图8 STACP-1空调电源隔离变压器箱安装尺寸图图9 STACP-1空调电源主机箱安装尺寸4.2 接线空调装置内部接线及空调装置与外部的连接如图10所示。-
13、 31 -图10 STACP-1空调电源装置接线图三、STACP-II型空调电源1、系统构成STACP-II型空调电源采用一体化设计，和STACP-I型最大的区别是甩掉了隔离变压器箱和控制箱。系统由主机箱和司机台的转换开关构成。对于重联型机车，每台车配置两台空调电源主机箱和两台空调机组，如图11所示；对于非重联型机车，每台车配置一台空调电源主机箱、和两台空调机组，如图12所示。主机箱空调机组控制信号输入主电源输入I端部分主机箱空调机组控制信号输入主电源输入II端部分 图11重联车系统构成图主机箱I端空调机组I端控制信号输入主电源输入II端空调机组II端控制信号输入图12重联车系统构成图2、技术条件（1） 额定输入交流电压：单相AC220V（-30%+24%），50Hz（2） 输入直流电压：DC110V（-30%+24%）（3） 额定输出容量：5KVA（4） 额定输出频率：50Hz1Hz（5） 额定输出电压：三相交流380V5%（6） 输出电压波形：准正弦波（7） 输出电压谐波含量：各次谐波总有效值小于基波有效值的5%（8） 空调启动方式：变频启动，自050Hz启动时间不大于10S。（9） 工作环境条件：符合TB1394中的规定。（10）转换效率：90% （11
