有轨电车变频空调的供电电气系统的制作方法

本实用新型属于空调供电控制技术领域，涉及变频空调的供电电气系统，具体地说，涉及一种有轨电车变频空调的供电电气系统。

背景技术：

有轨电车的供电网络或车载电源为直流电。现有的有轨电车变频空调采用单主电源加控制电源的供电方式供电，其主电源绝大多数为三相交流AC380V，少数为直流DC600V或DC750V；控制电源为直流DC110V或DC24V。

空调单主电源为AC380V供电时，参见图1，需要前端的供电设备-辅助逆变电源(设于空调外部，属于车辆电源系统部分)将供电电网或车载电源的直流电先逆变为交流AC380V，然后再供给空调供电电气系统。空调所有的用电负荷全部由辅助逆变电源逆变，逆变电源容量需求大。而空调压缩机的供电需要空调电气系统对交流AC380V电源进行交流-直流-(变频变压的)交流的变化过程，才能控制其变频运行。从整个过程看，这就重复进行了直流-交流变换。其中，空调通风机、冷凝风机等可直接用交流AC380V供电。

空调单主电源DC600V或DC750V供电时，参见图2，不需要前端电源设备的逆变过程，但进入空调电气系统后，通风机、冷凝风机等需要交流AC380V供电的设备，则需要增加额外的空调内部逆变器进行直流-交流的转化过程；压缩机的供电则可直接采用直流-(变频变压的)交流的变化过程。而同时，车辆电气系统中又存在牵引散热风扇等设备，其需要交流AC380V供电，因此，空调外的辅助逆变电源还必须存在。这样就形成了空调内、外两套逆变器的情况。

上述两种供电方式中，第一种单从压缩机的供电看，经历了直流电源-交流-直流-(变频变压的)交流的过程，存在重复变换。第二种简化了压缩机供电的电路，但需要增加额外的空调内部逆变器为通风机等供电。两种供电方式都使空调供电电气系统结构复杂，部件增多，成本上升，可靠性降低。其中，第一种供电方式空调外的辅助逆变电源容量需求大。第二种供电方式存在空调内外两套逆变器，造成整车电源系统复杂。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的结构复杂、可靠性低等上述问题，本实用新型提供了一种结构简单、可靠性高的有轨电车变频空调的供电电气系统。该供电电气系统既可以利用电源系统中高可靠性的AC380V电源为通风机等供电，又可以利用供电网络/车载电源为直流电的特点，简化压缩机侧的供电电路构成。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一种有轨电车变频空调的供电电气系统，包括前端电路、预充电电路、用于连接交流设备的开关电路和用于连接压缩机的压缩机变频驱动单元，还包括接入的交流主电源和直流主电源，接入的交流主电源与第一前端电路的输入连接，第一前端电路的输出与开关电路的输入连接；接入的直流主电源与第二前端电路的输入连接，第二前端电路的输出与预充电电路的输入连接，预充电电路的输出与压缩机变频驱动单元的输入连接。

优选的，第一前端电路包括依次连接第一短路保护电路和第一滤波电路，第一短路保护电路的输入连接接入的交流主电源，第一滤波电路的输出连接开关电路的输入；第二前端电路包括依次第二短路保护电路和第二滤波电路，第二短路保护电路的输入连接接入的直流主电源，第二滤波电路的输出连接预充电电路的输入。

优选的，第一短路保护电路为两个熔断器，所述熔断器串联接入三相电路中任意两相电路，且一个熔断器串联接入一相电路。

优选的，第一短路保护电路为三个熔断器，每个熔断器串联接入三相电路中的一相电路。

优选的，第一短路保护电路为串联接入三相电路的空气开关。

优选的，第一滤波电路为串联接入三相电路的滤波器或滤波板。

优选的，第二短路保护电路为串联接入直流主电源正极电路中的一个熔断器。

优选的，第二短路保护电路为两个熔断器，一个熔断器串联接入直流主电源正极电路，另一个熔断器串联接入直流主电源负极电路。

优选的，第二短路保护电路为同时接入直流主电源正极电路和直流主电源负极电路的空气开关。

优选的，第二滤波电路为串联接入正、负极电路的滤波器或滤波板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型简化了电路组成，相较于单交流供电方式减少了一次交流-直流的整流过程，相较于单直流供电方式减少了一个空调内部逆变器。因此减少了潜在故障点，可靠性提高，成本降低，重量减轻。

(2)本实用新型减少了车辆电源系统中辅助逆变电源的负荷需求，有利于提高整车电源的可靠性、减轻重量，可以优化空调外部的车辆电源系统，有利于整车的节能减排。

附图说明

图1为现有单交流供电的有轨电车变频空调供电电源电路简图。

图2为现有单直流供电的有轨电车变频空调供电电源电路简图。

图3为本实用新型具体实施例有轨电车变频空调的供电电气系统的电路简图。

图4为本实用新型一优选实施例第一短路保护电路的电路图。

图5为本实用新型另一优选实施例第一短路保护电路的电路图。

图6为本实用新型又一优选实施例第一短路保护电路的电路图。

图7为本实用新型一优选实施例第二短路保护电路的电路图。

图8为本实用新型另一优选实施例第二短路保护电路的电路图。

图9为本实用新型又一优选实施例第二短路保护电路的电路图。

图中，101、第一前端电路，1011、第一短路保护电路，1012、第一滤波电路，102、第二前端电路，1021、第二短路保护电路，1022、第二滤波电路，2、预充电电路3、开关电路，4、压缩机变频驱动单元，5、压缩机，6、风机，7、其他设备,8、整流电路，8′、逆变器，9、三相整流硅桥。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图3，本申请提供了一种有轨电车变频空调的供电电气系统包括前端电路、预充电电路2、用于连接交流设备的开关电路3和用于连接压缩机5的压缩机变频驱动单元4，还包括接入的交流主电源和直流主电源，接入的交流主电源与第一前端电路101的输入连接，第一前端电路101的输出与开关电路3的输入连接；接入的直流主电源与第二前端电路102的输入连接，第二前端电路102的输出与预充电电路2的输入连接，预充电电路2的输出与压缩机变频驱动单元4的输入连接。该供电电气系统包括接入的交流主电源和直流主电源，采用直流和交流混合供电的方式，与单交流相比，省去了压缩机供电侧的一次交流-直流的整流过程，与单直流相比，省去了一个逆变器，简化了空调内部的电源电路组成，同时优化整车电源的供电系统，可靠性提高，利于维护，降低了成本和重量。

对上述供电电气系统做进一步设计，参见图3，第一前端电路101包括依次连接第一短路保护电路1011和第一滤波电路1012，第一短路保护电路1011的输入连接接入的交流主电源，第一滤波电路1012的输出连接开关电路3的输入，第一短路保护电路1011用于在交流主电源供电过程中出现过流、过压时对电路进行短路保护，第一滤波电路1012用于对接入的交流主电源进行滤波处理；第二前端电路102包括依次第二短路保护电路1021和第二滤波电路1022，第二短路保护电路1021的输入连接接入的直流主电源，第二滤波电路1022的输出连接预充电电路2的输入，第二短路保护电路1021用于在直流主电源供电过程中出现过流、过压时对电路进行短路保护，第二滤波电路1022用于对接入的直流主电源进行滤波处理。

上述供电电气系统的交流主电源的电压可以为适用于有轨电车电压等级的任一电压，可以为AC380V、AC440V等不同等级的交流电压。同样地，直流主电源的电压可以为适用于有轨电车电压等级的任一电压，可以为DC600V、DC750V、DC1500V等不同等级的直流电压。

上述供电电气系统还包括控制电源，控制电源与现有供电方式中一样，仍然采用DC24V或DC110V。

上述供电电气系统中，预充电电路2的作用主要是控制直流电的通电过程，其控制过程如下：首先，前端电压监测器VD1检测到有电后，串接有充电电阻R1的预充电接触器KM2先吸合，对后续电路进行预充电/通电，充电电阻R1起到限制冲击电流的作用；在满足一定的条件(后端电压监测器VD2检测电压达到前端一定百分比，如80％；或持续一定时间(与后端电路中的电容容量有关))后，主接触器KM1吸合，预充电接触器KM2断开，完成上电过程。

上述供电电气系统中，开关电路3可以根据需要连接的交流用电设备的个数进行设计，开关电路3连接的交流用电设备可以为风机6，如：通风机、冷凝风机，通风机、冷凝风机的个数可以为一个或多个，一般不超过两个。交流用电设备并不限于风机6，也可以为其他设备7，如：新风预热器、压缩机曲轴箱加热带等。

上述供电电气系统中，压缩机变频驱动单元可以根据需要连接的压缩机个数进行设计，压缩机的个数可以为一个或多个，一般两个居多，因此，压缩机变频驱动单元一般设计为两个。

在交流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能快速实现对供电电气系统的电路保护，在本实用新型一实施中，第一短路保护电路1011为两个熔断器，分别为第一熔断器FU1和第二熔断器FU2，两个熔断器串联接入三相电路中任意两相电路，且一个熔断器串联接入一相电路。在本实用新型一优选实施例中，参见图4，第一熔断器FU1串联接入U相电路，第二熔断器FU1串联接入V相电路。短路保护时，第一熔断器FU1、第二熔断器FU2熔断实现对电路的保护。

在交流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能实现对供电电气系统的电路保护，实现对三相电路每一相电路的保护，第一短路保护电路1011为三个熔断器，分别为第一熔断器FU1、第二熔断器FU2和第三熔断器FU3，每个熔断器串联接入三相电路中的一相电路。在本实用新型一优选实施例中，参见图5，第一熔断器FU1串联接入U相电路，第二熔断器FU2串联接入V相电路，第三熔断器FU3串联接入W相电路。短路保护时，第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、第三熔断器FU3熔断实现对电路的保护。

在交流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能实现对供电电气系统的电路保护，并在短路保护后能够继续使用，参见图6，第一短路保护电路1011为串联接入三相电路的空气开关QF1。短路保护时空气开关QF1断开电路，电路修复后，可闭合空气开关QF1继续进行短路保护。

在直流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能实现对供电电气系统的电路保护，第二短路保护电路1021为串联接入直流主电源正极电路中的一个熔断器，定义该熔断器为第四熔断器FU4。参见图7，在本实用新型一优选实施例中，第四熔断器FU4串联接入正极电路。短路保护时，第四熔断器FU4熔断实现对电路的保护。

在直流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能实现对供电电气系统的电路保护，实现对正极电路和负极电路的保护，第二短路保护电路1021为两个熔断器，一个熔断器串联接入直流主电源正极电路，另一个熔断器串联接入直流主电源负极电路，两个熔断器分别为第四熔断器FU4和第五熔断器FU5。参见图8，在本实用新型一优选实施例中，第四熔断器FU4串联接入正极电路，第五熔断器FU5串联接入负极电路。短路保护时，第四熔断器FU4、第五熔断器FU5熔断实现对电路的保护。

在直流主电源供电过程中出现过流、过压时，为了能实现对供电电气系统的电路保护，并在短路保护后能够继续使用，参见图9，第二短路保护电路1021为同时接入直流主电源正极电路和直流主电源负极电路的空气开关QF2。短路保护时空气开关QF2断开电路，电路修复后，可闭合空气开关QF2继续进行短路保护。

作为上述实施例的优选设计，第一滤波电路1012为串联接入三相电路的滤波器，通过滤波器对接入的交流主电源进行滤波处理。第二滤波电路1022为串联接入正、负极电路的滤波器，通过滤波器对接入的直流主电源进行滤波处理。

以下述参数的空调为例说明本实用新型供电电气系统与现有单交流供电和单直流供电之间的差别。

空调总功耗20kw(其中，压缩机15kw，风机等5kw)，牵引散热风扇等需要5kw。

对上述空调进行单交流供电，则车上辅助逆变电源需要给空调提供20kw的交流电，即外部逆变器至少需要20+5＝25kw，容量变大，同时重量增加，成本上升。

对上述空调进行单直流供电，则空调外部的辅助逆变电源需要5kw,内部的逆变器需要5kw，两套逆变器增加了系统复杂程度，降低了可靠性，增加了重量。

对上述空调采用本实用新型供电电气系统供电，则仅需要空调外部辅助逆变电源容量为5+5＝10kw，但空调内部则分别省去了5kw的逆变器或15kw的整流器，简化了电路结构，可靠性高，降低了重量，有利于整车电源系统的优化整合，利于维护。

上述实施例用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。