机车空掉电源论文

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1、电力机车空调电源设计作者：钟美　张侃谕　王生学   摘要：针对电力机车内特定的空调使用环境，设计一种新的机车空调逆变电源。实验结果表明，使用本设计方案的电力机车空调电源系统后，空调器工作可靠，并且不影响电力机车其他设备的正常运行。关键词：SPWM；波形发生器；IPM1概述随着铁路运输的快速发展，迫切需要在电力机车司机室安装空调系统，改善司机的工作条件，以确保行车安全。由于电力机车的供电电源为单相交流电，电压波动的范围很大，并且过一个供电区段会断电数秒。如果把该电源直接作为空调器电源，空调器不能正常工作。由于空调器功率为5KW左右，在空调启动和停止时会对电力机

2、车的供电系统产生极大的干扰，严重影响了电力机车上其他设备的运行。为保证空调的正常运行，且在使用时不对机车其他设备产生影响，必须要对机车内空调电源进行设计。结合实际情况，本文设计出一种新的机车空调逆变电源，能够满足空调器运行的要求，实现空调器压缩机的软启动，并且调节温度精确。2硬件设计2.1结构介绍电源变频方式采用交－直－交电压型方式。电力机车降压变压器输出单相220V交流电，经由整流器整流后输出直流电。经电容和电抗器滤波以后，逆变成电压和频率都可以调节的三相交流电，作为变频空调器的电源。控制器需要实现以下的功能：产生SPWM控制脉冲；检测逆变器输入电压值、输

3、出电压和电流值；检测按钮状态；完成频率显示和故障指示；进行温度控制。电源系统硬件主要包括整流器、IPM逆变器及变频控制器构成，系统结构如图1所示。2.2IPM逆变器逆变器中采用先进的IPM智能功率模块代替原来的IGBT。智能功率模块是以先进的第三代IGBT和续流二极管为基础，使用几个高速、低功耗的IGBT和先进的门驱动电路集成的器件。通过采用先进的电流检测型IGBT和与之匹配的门控电路，可以实现高效的自保护功能，如：欠压、过流、过热和短路保护。它还具有导通电阻小，开关速度快，驱动功率小，工作效率高，耐压高。当模块发生故障时，可以根据IPM故障输出端输出信号，

4、进行故障判断。这些都大大提高了系统的可靠性，并使整个模块体积小，结构紧凑。2.3变频控制器 电源系统采用INTEL公司的87C196MC芯片作为控制器，用于控制逆变器和进行温度控制。87C196MC是设计用于三相交流感应电机和直流无刷电机的16位控制器。使用它内含的三相波形发生器WFC，可以大大简化产生逆变器中IPM的SPWM触发脉冲信号的硬件电路和软件。通过编程可产生独立的、具有相同频率和工作方式的三相6路PWM波形，并由P6口直接输出6路PWM信号给逆变器，且三相互补不重叠。每个引脚驱动电流达20mA，为防止同一桥臂上2个功率管发生直通造成短路，该发生器

5、还可通过编程设置死区互锁时间，在16MHz晶振时，死区时间范围为0.125到125μs之间。通过控制芯片原有I/O口扩展一个64kb存储器，用于存储程序和正弦表格。利用芯片I/O口，通过加一些隔离电路可以方便的实现模拟量、数字量的输入和数字信号的输出。3控制功能实现与软件系统3.1SPWM脉冲生成系统中SPWM波形是通过87C196MC的脉冲发生器WFG生成。SPWM脉宽调制是在一个调制波周期内，每个脉冲的宽度按照正弦规律变化。常用的SPWM波形的方法有三种：自然采样法，规则采样法I，规则采样法II。在规则采样法II中，脉冲的计算公式：本系统中，采用了规则采

6、样法，使用三角波作为载波，正弦波作为调制波。首先将正弦函数按照载波比离散化，存入EPROM。通过查表法和实时计算，得到脉冲宽度。将脉冲宽度值送到相位比较寄存器WG-COMPx中，在和加1/减1计数器WG-COUNT作比较。在WG-COUNT减1的过程中，WG-COMPx于WG-COUNT相等，输出一个触发信号WG-COUNT减1到0001H后，重新加1过程中，WG-COMPx于WG-COUNT相等，再输出一个触发信号。两个信号之间所对应的时间就是脉冲宽度。计算脉冲宽度的公式如下所示：                    3.2温度控制策略在软件中温度的控制

7、是通过调节变频压缩机的逆变电源频率来实现的。因为在一定工况下，制冷量与制冷剂质量流量成正比，即Q=q.m。式中：Q为制冷量；q为制冷剂单位质量制冷量；m为制冷剂质量流量。而制冷剂质量流量与压缩机转速成正比例函数关系，即m=f(n)。式中：n为压缩机转速；f为制冷剂质量流量与压缩机转速的函数关系。这样可以通过调节压缩机转速就实现对空调制冷量的调节，从而实现调节司机室温度的目的。为了实现温度的高精度控制，根据设定温度于实际温度的差值，决定逆变电源的频率。例如，当实际温度于大大高于设定温度时，把逆变器设置频率变换到最高频率，此时空调系统的制冷能力最大，能够达到快速

8、制冷的目的。当实际温度于设定温度的差值在控制误差要求