专利名称：车辆空调变频控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空调变频控制装置，具体地是在轨道车辆上直接引入直流 网压电源给空调供电并且采用变频压縮机。
技术背景目前在各种轨道车辆上普遍地采用定速单冷式空调系统，使用的电源是AC380V, 其主电源供电流程如后附图1所示，第一部分为车辆电源转换装置(辅助逆变器)， 其输入的是网压DC750V，相应地会有上下波动250V的情况。经过斩波器降压，再经 过逆变装置产生AC380V电压。第二部分是空调器的控制器，现有车辆空调器普遍采用独立的控制柜，将空调 器的控制器放置在控制柜内。通过控制器将供电AC380V经过逆变装置向第三部分系 统部件，如压縮机、通风机和冷凝风机等提供三相交流电。其中，逆变器在进行变 频转换时还需将AC380V电源转换为直流电，再根据主控MCU的检测到系统功率调节 电压占空比以输出相应频率的三相交流电。如以上方案的现有车辆空调，空调机组所使用的AC380V电源是经由网压直流 750V电源先整流、再逆变，通过空调控制器变频转换而输入的，不仅在多组电源转 换中造成较大的能量损耗、效率低，而且车辆电源转换装置(辅助逆变器)和空调 控制器的相应电路结构复杂、占用较多的配置空间，不利于车辆及空调机组的小型 化、集成化设计。而且，现有车辆空调依赖于车辆电源提供的频率一定的输入电源，所以大多采 用的仍是定速压縮机，这就难以适应多种轨道车辆所运行的气候环境，车辆空调的 温度调节不尽合理，难以实现精确调温。 实用新型内容本实用新型所述的车辆空调变频控制装置，在于解决上述问题而将车辆直流电 源直接引入，通过空调的稳压电源直接输出一直流电给变频装置，由变频装置的多 组变频器各自向空调的系统部件提供三相交流电，以驱动空调各个系统部件在变频
模式下运行。本实用新型的设计目的在于，简化车辆空调使用电源的转换流程，有效地降低 能量损耗、提高电源使用效率，由于不使用车辆上的辅助逆变器，大大降低了车辆 辅助逆变器的使用容量，并提高了其可靠性。同时减小空调控制电路的结构。另一设计目的在于，实现车辆空调的变频控制，通过改变电源频率而可采用变 频压縮机以适应多种气候环境，达到空调温度调节的优化配置。为实现上述设计目的，所述的车辆空调变频控制装置主要具有以下结构包括有主控模块和电源控制模块，所述主控模块的主控MCU，其一个通讯端口通 过RS485电路与集控器、车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线 与线控器连接。
本实用新型的改进之处在于，所述的电源控制模块的稳压电源直接引入车辆直 流电源，稳压电源的直流电源输出端直接连接变频装置，变频装置通过通过异步通 讯总线与主控MCU连接。
变频装置至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，变 频器的输出各自连接车辆空调的系统部件。如上述方案特征，车辆空调所使用的驱动电源是直接引入的车辆网压电源，即 DC750V，通过电源控制模块进行稳压、整流而向变频装置输出直流电，则变频装置 可以在一个较宽的频率范围根据主控模块的控制来调节电压占空比，以向车辆空调 系统部件输出不同电压值的三相交流电。进一步的改进方案是，所述的稳压电源至少包括二组稳压器，稳压器之间的输 入和输出端各自并联在一起。由于车辆输入的网压电压波动较大，电源输入后需要先行稳压，本实用新型所 述的稳压电源采用"N+1"并联冗余结构，多组独立的稳压模块，其输入和输出各自 并联在一起，通过各个模块单元内部的自动均流技术，使输出电压的功率能够相互 叠加。即使某一稳压器出现故障而从并联系统中退出，其余模块也可正常工作。综上内容，所述车辆空调变频控制装置的优点是
1、 不依赖于车辆上的电源转换装置(辅助逆变器)，简化了电源转换流程，从而有 效地降低能量损耗、提高电源使用效率。2、 实现车辆空调的变频控制，通过改变电源频率而可采用变频压縮机以适应多种气
候环境，达到空调温度调节的优化配置。3、采用两套压縮机制冷循环系统和多组稳压器的冗余并联配置，能够更有效地保证车辆空调运行的稳定性。
图1是现有车辆空调的电源控制示意图； 图2是本实用新型所述车辆空调变频控制装置的模块图； 图3是所述稳压电源的结构示意图； 图4是所述变频装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例l，如图2至图4所示，所述的车辆空调变频控制装置，主要包括有主控模块20和电源控制模块30。其中，主控模块20，包括主控MCU3，集控器4，线控器5，传感器电路6，自设定电路 7，两套四通阀控制12,两套电子膨胀阀控制13，两套电加热带14，回风阀15和新 风阀16。所述主控模块20的主控MCU 3，其一个通讯端口通过RS485电路与集控器4、 车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线与线控器5，变频装置2相 连接。电源控制模块30，包括稳压电源l，变频装置2， A压縮机8， B压縮机9，室外 风机10和室内风机11。所述的电源控制模块30，其稳压电源1直接引入车辆直流电源，稳压电源1的 直流电源输出端直接连接变频装置2，变频装置2通过异步通讯总线与主控MCU 3连 接。变频装置2至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起， 变频器的输出各自连接车辆空调的各系统部件。所述的稳压电源1至少包括二组稳压器，稳压器之间的输入和输出端各自并联 在一起。所述稳压电源1的稳压器，其引入车辆直流电源的引入端依次串联保险装置 (FU1)、滤波器(LB1)以后，通过控制器控制IGBT进行高频开关变换；并通过变 压器(TR1)隔离耦合输出，变压器(TR1)的两个输出端分别通过二极管(Dl)、 (D2)
后连接在一起，并接入滤波电感(Ll)的输入端，电容(C3)并联在滤波电感(Ll) 的输出端和变压器(TR1)的中间抽头处，即并联在稳压电源装置的输出两端。稳压 器电源输出端接变频装置(2)的电源输入端。工作原理为直流网压电源DC750V经过保险FU1，滤波器LB1后，通过控制器控 制绝缘栅双极晶体管IGBT进行高频开关变换，使变压器输出高频开关波形。然后经 二极管D1和D2整流，电感L1及电容C3滤波后，输出稳定的直流电。控制器通过检测输出电压，并经过计算，以决定IGBT的导通和截止，来稳定输 出。在稳压器的电源输出负端通过串接一过流检测电阻(R3)后，连接在变频装置 (2)的输入负端，同时电阻(R3)连接在控制器的过流检测端之间。控制器通过过 流电阻R3的检测，以确保电源运行在正常的工作电流范围内，防止过电流。如控制 器检测到有故障，则输出故障信息给主控板，主控板控制空调以低频运转。所述变频装置2的变频器，包括有6个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，组成逆变的 6个桥臂，只需外围提供驱动电源及驱动信号，便可方便的根据驱动信号，输出频率 可调的三相交流电，来驱动压縮机8和9，以及室内风机ll、室外风机IO。其模块 各管脚定义及功能是管脚(V叩l)、 (Vvpl)和(Vwpl)分别是上三个桥臂驱动电源正极端；管脚(V叩c)、 (Vvpc)和(Vwpc)分别是上三个桥臂驱动电源负极端；管脚(Vnl)是下三个桥臂驱动电源正极端；管脚(Vnc)是下三个桥臂驱动电源负极端；管脚(Up)、 (Vp)和(Wp)是上三个桥臂的驱动信号输入端；管脚(Un)、 (Vn)和(Wn)是下三个桥臂的驱动信号输入端； 管脚(P)是变频器整体直流电源的输入正极端； 管脚(N)是变频器整体直流电源的输入负极端；管脚(U)、 (V)和(W)分别是变频器整体三相交流电的输出端； 管脚(Ufo)、 (Vfo)和(Wfo)，分别是上三个桥臂的故障输出端； 管脚(Fo)是下三个桥臂的故障共同输出端。变频器采用IPM模块PM25CLA120芯片(25A/1200V)，其外围器件较少，能够配 合单片机控制。本实用新型实现的变频控制方法是，车辆直流电源直接引入至空调变频控制装
置的电源控制模块30，经过稳压电源1的稳压输出一直流电给变频装置2，由变频 装置2的多组变频器各自向空调的系统部件提供三相交流电，以驱动空调各个系统 部件在变频模式下运行。所述稳压电源1具有"N+1"并联冗余结构，多组稳压器的输入和输出端各自并 联在一起。由于车辆上的网压电压波动较大，电源输入后，先要进行稳压处理，将波动的 网压直流电源稳定在DC540V左右。稳压电源采用模块化设计，并采取"N+1"并联冗余设计形式，分为两个或更多 独立的稳压器，输入和输出各自并联在一起，通过各个模块单元内部的自动均流技 术，既保障了各模块的独立工作，又使输出能够功率叠加。如果某一个稳压器出现故障而自动地从并联系统中退出，其余稳压器也可正常 工作，整个空调系统仍然可以降容工作。所述的车辆空调具有两套独立的压縮机制冷系统装置，每一套制冷系统装置的 压縮机由 一个变频器提供三相交流电，以独立地在变频模式下运行。所述车辆空调的两台变频压縮机8和9、以及室内风机ll、室外风机10均各自 通过独立的变频器进行驱动。各变频器结构相同，只是各自的地址码不同，地址码通过模块上的拨码开关进 行设定。上述4个变频器均连接在异步通讯总线上，且此通讯总线可以继续扩充负载， 同样适用于三压机系统、四压机和更多压机控制系统，通用性较强。正常工作情况下，主控MCU接收到集控器4或线控器5的开机命令后，通过传 感器检测电路6检测稳压电源1、变频装置2、以及各温度传感器是否正常，若各传 感器均正常，则通过通讯电路，控制4个变频器的运行或停止。每套压縮机系统各用1个电子膨胀阀节流，有效控制能量分配。通过调节回风 阀15和新风阀16的开关，来调节新风的含量。每套系统各有1个四通换向阀12，用于制冷、制热切换。
权利要求1、一种车辆空调变频控制装置，包括有主控模块(20)和电源控制模块(30)，所述主控模块(20)的主控MCU(3)，其一个通讯端口通过RS485电路与集控器(4)、车辆通讯总线相连接，其另一通讯端口通过异步通讯总线与线控器(5)连接，其特征在于所述的电源控制模块(30)，其稳压电源(1)直接引入车辆直流电源，稳压电源(1)的直流电源输出端直接连接变频装置(2)，变频装置(2)通过异步通讯总线与主控MCU(3)连接；变频装置(2)至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，变频器的输出各自连接车辆空调的系统部件；
2、 根据权利要求l所述的车辆空调变频控制装置，其特征在于所述的稳压电 源(1)至少包括二组稳压器，稳压器之间的输入和输出端各自并联在一起。
3、 根据权利要求2所述的车辆空调变频控制装置，其特征在于所述稳压电源 (1)的稳压器，其引入车辆直流电源的引入端依次串联保险装置(FU1)、滤波器(LB1)以后，通过控制器控制IGBT进行高频开关变换；并通过变压器(TR1)隔离耦合输 出，变压器(TR1)的两个输出端分别通过二极管(Dl)、 (D2)后连接在一起，并接 入滤波电感(Ll)的输入端，电容(C3)并联在滤波电感(Ll)的输出端和变压器 (TR1)的中间抽头处，即并联在稳压电源装置的输出两端； 稳压器电源输出端接变频装置(2)的电源输入端。
4、 根据权利要求3所述的车辆空调变频控制装置，其特征在于在稳压器的电 源输出负端通过串接一过流检测电阻(R3)后，连接在变频装置(2)的输入负端， 同时电阻(R3)连接在控制器的过流检测端之间。
5、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的车辆空调变频控制装置，其特征在于所 述变频装置(2)的变频器，采用IPM模块PM25CLA120芯片，包括有6个绝缘栅双 极晶体管(IGBT)组成的上、下各三个桥臂，每一相输出各有一个上、下桥臂组成。
6、 根据权利要求5所述的车辆空调变频控制装置，其特征在于变频器所用IPM模块各管脚分别为管脚(V叩l)、 (Vvpl)和(Vwpl)分别是上三个桥臂驱动电源正极端；管脚(V叩c)、 (Vvpc)和(V叩c)分别是上三个桥臂驱动电源负极端； 管脚(Vnl)是下三个桥臂驱动电源正极端； 管脚(Vnc)是下三个桥臂驱动电源负极端； 管脚(Up)、 (Vp)和(Wp)是上三个桥臂的驱动信号输入端；管脚(Un)、 (Vn)和(Wn)是下三个桥臂的驱动信号输入端； 管脚(P)是变频器整体直流电源的输入正极端； 管脚(N)是变频器整体直流电源的输入负极端；管脚(U)、 (V)和(W)分别是变频器整体三相交流电的输出端； 管脚(Uf0)、 (Vf0)和(Wf0),分别是上三个桥臂的故障输出端;管脚(Fo)是下三个桥臂的故障共同输出端。
专利摘要本实用新型所述的车辆空调变频控制装置，将车辆直流电源直接引入，通过空调的稳压电源直接输出一直流电给变频装置，由变频装置的多组变频器各自向空调的系统部件提供三相交流电，以驱动空调各个系统部件在变频模式下运行。实现简化车辆空调使用电源的转换流程，有效地降低能量损耗、提高电源使用效率，大大降低车辆上电源转换装置的容量和减小空调控制电路的结构。所述的电源控制模块的稳压电源直接引入车辆直流电源，稳压电源的直流电源输出端直接连接变频装置，变频装置通过异步通讯总线与主控MCU连接。变频装置至少包括二组变频器，变频器相互之间的电源输入端并联在一起，并通过共同的通讯总线与主控MCU连接。
文档编号H02P27/04GK201032709SQ20072000326
公开日2008年3月5日 申请日期2007年2月2日 优先权日2007年2月2日
发明者张宝恒, 曾祥学, 王华雷 申请人:莱芜市三和科技有限公司