車載空調低壓繼電器設計

崔新

（西安中車永電捷通電氣有限公司，陜西 西安710000）

1 概述

隨著鐵道車輛的高速發展和人民生活水平的提高，旅客列車的乘坐舒服性越來越好，空調機組在鐵道車輛上得到廣泛的應用。雖然我國的列車空調技術起步晚，現在還相對處于落后狀態；但這些年我國列車空調技術發展速度也很快，技術也越來越成熟。隨著近年來軌道交通行業的全面國產化，空調機組的國產化也是勢在必得。在空調機組國產化后，低壓繼電器作為空調裝置的重要部件，長期來從日本、美國等地采購，購貨周期長，價格較貴。隨著軌道交通行業國產化步伐的快速發展，低壓繼電器的國產化，可以大大縮短了購貨周期，并且國產化低壓繼電器價格較低。繼電器(Relay)，也稱電驛，是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。低電壓繼電器，簡稱UV，它的主要用途在于當系統的異常電壓下降時，低電壓繼電器動作而使斷路器斷開，保護空調控制裝置免遭損壞。該低壓繼電器使用于空調裝置中，用于檢測網絡電壓，網絡輸入電壓值AC400V，波動范圍（-37%～+24%）的條件，網絡電壓經過變壓器后輸入到低壓繼電器，低壓繼電器輸出至空調控制裝置的觸頭為常開。當輸入電壓正常時，繼電器輸出閉合，空調裝置正常運行；當輸入電壓低時，繼電器輸出斷開，空調裝置降模式運行。

2 低壓繼電器硬件電路設計

本文設計的低壓繼電器應用于CRH380CL 空調機組，低壓繼電器檢測電壓為AC195.5V±1V，滯回電壓AC18V±1V。該低壓繼電器低壓檢測范圍為AC150V～AC210V，即通過調節外部的旋鈕電阻，來選擇檢測的低壓范圍，可廣泛應用于其它低壓檢測裝置。

電路設計:

由于該器件放置于空調裝置的繼電器盤，因此體積較小，PCB 板面積不到3m2，在硬件電路設計中有以下難點：a.基準電壓精度要求較高且不隨外圍環境的變化而變化；b. 繼電器供電電源電路的設計。

2.1 基準電壓電路。基準電壓是用來檢測外部輸入電壓的參考值，要求波動小、精度高且不受外部環境的影響。將外部輸入需要檢測的交流電壓經過變壓器，先把高電壓轉換為低電壓，再經過橋式整流堆將交流電壓調理成直流電壓，整流堆在器件選型時，要注意隨著溫度的增加漏電流不變，否則會導致基準電壓隨著溫度的變化而波動。由于該輸出電壓是比較器的基準端，因此在輸出端加了RC 濾波和支撐電容以及穩壓管等，使電壓不會隨著輸入電壓的波動，導致基準電壓值有較大波動。在電壓的輸出端加穩壓管，防止外界電壓過高而損壞電路中其他器件。詳細電路見圖1。

2.2 檢測調節電路。檢測調節電路用來調節外部輸入欠壓值檢測值，通過調節滑動變阻器，改變輸入至比較器正端的電壓。VR1、VR2、VR3 為調節檢測低壓的范圍，其中VR1 旋鈕電阻，安裝在繼電器的外部，可以從外部進行調節需要檢測的電壓值，該值確定后，使用固體膠（耐高溫KE-45-T）將其固定；VR2、VR3焊接在繼電器的內部，其中VR2 是粗調，VR3 是微調；檢測低壓范圍：AC140V～AC220V。本項目要求的檢測電壓為AC195.5V±1V，滯回電壓AC18V±1V。電路見圖2。

圖2 檢測電壓調節電路

2.3 繼電器控制電路。繼電器控制電路通過比較器的輸出來控制三極管的導通與截止，比較器的IN- 為參考電壓輸入端，與外部輸入電壓VIN進行比較，判斷被檢測電壓值后，來控制繼電器的通斷，輸出至空調控制裝置。由于比較器的輸出高電平為9.1V，因此需要在比較器的輸出端和三極管之間加穩壓管和限流分壓電阻。

圖3 控制電路

根據系統的實際要求，低壓繼電器需滿足滯回電壓。輸入電壓高于AC391V，輸入至低壓繼電器電壓為AC195.5V，繼電器輸出閉合，當輸入電壓低于AC355V 時，輸入至低壓繼電器電壓為AC177.5V，繼電器輸出斷開。該低壓繼電器除了可以用來檢測網壓外，還具有檢測過分相功能。測試結果見圖4。

圖4 過分相測試

3 性能對比

目前動車組空調控制裝置中的低壓繼電器使用的是三菱生產的，國產化繼電器與三菱繼電器的性能基本相同，并且國產化繼電器的檢測低壓的范圍比三菱的繼電器范圍廣。測試數據見表1。

表1 檢測范圍對比

按照次輪五級修標準，運行公里數為480 萬公里，一般在20～30 公里一個分相區，全壽命內動作次數：25 萬次以上。國產化設計輸出觸點動作次數與三菱繼電器相同，動作次數為30 萬次。國產化低壓繼電器輸出觸點電流參數與三菱相同，見表2。

表2 觸點電流

4 結論

根據上述性能對比，國產化低壓繼電器的性能及其壽命與目前動車組空調裝置使用的三菱繼電器相同。并且國產化繼電器具有價格低，采購周期短等特點，為我國實現高鐵技術國產化的步伐又推進了一步。前瞻產業研究院繼電器行業研究小組分析認為，我國繼電器產業從“制造大國”向“創造大國”轉變的步伐將逐漸加快，從出口拉動向內需、出口并駕齊驅的局面將日益凸顯，特別是高端產品攻克提升后，內需推動的趨勢會更加明朗。