關于CR200J動車組空調壓縮機啟動方式的分析及優化設計

高源

摘要：動車組空調裝置中，壓縮機功率較大，空調裝置在啟動時產生很大的啟動電流，容易對動車組的輔助供電系統產生較大沖擊。本文以CR200J動車組為研究對象，通過實驗測量得每節車廂的空調裝置在啟動時峰值電流與過電流保護時間，在空調裝置控制回路中加入延時繼電器，使各空調裝置錯開峰值電流時間點延時順序啟動。這種方式有效降低了動車組空調裝置啟動電流，確保輔助供電系統及其用電設備能夠穩定正常工作，對動車組安全運行具有重要意義。

關鍵詞：動車組;空調裝置;壓縮機;啟動電流;延時順序啟動

0 ?引言

復興號CR200J動力集中式動車組，是由中國鐵路總公司與中國中車集團共同設計研發的一款基于成熟的25T型客車及HXD1G/HXD3G機車的動力集中式動車組，旨在提高既有鐵路的運輸服務品質，滿足人們越來越高的出行要求，實現既有電氣化鐵路中普速列車的更新換代。

動車組輔助供電系統作為動車組的關鍵技術之一，其功能是為除牽引供電以外的列車上所有的其它負載供電，主要包括空調系統、照明系統、列車控制系統等。其中，在空調系統中，相對于其他用電設備而言，壓縮機功率較大，其電機啟動時電流疊加后會形成一個大約為空調裝置額定工作電流6～7倍的啟動電流，容易導致動車組輔助供電系統輸出電壓不穩定、電流過載等不良影響。合理選擇空調機組的啟動方式，不但可以避免啟動電流對單相逆變器的沖擊過大，還能有效提高空調裝置的使用壽命，保證空調系統能夠正常工作。因此，研究和分析空調裝置在啟動和工況轉換過程中減小沖擊電流的方法和手段，對確保輔助供電系統正常工作與動車組安全運行具有重要意義。本文以CR200J動力集中式動車組為研究對象，首先分析了空調裝置主要用電設備的工作參數與空調裝置的工作模式，接著通過測量空調裝置在啟動時的主回路電流，得到空調裝置的啟動電流峰值與過電流保護時間，最后通過在空調裝置的控制回路中引入延時繼電器，提出了一種空調壓縮機的延時順序啟動方式與具體實現思路。

1 ?CR200J動車組的空調裝置

CR200J動車組的短編組形式為“1輛動力車+7輛拖車+1輛控制車”，每一節車廂均安裝一個單獨的空調裝置，空調裝置主要由壓縮機、預熱器、蒸發風機、冷凝風機、蒸發器、冷凝器、新風溫度傳感器、節流裝置和空調控制器等設備構成，其主要用電設備的分布形式與工作參數如表1所示。

空調裝置在實際工作中具有多種工作模式，不同工作模式下主要用電設備的工作情況如表2所示。當空調裝置在不同的工作模式之間進行切換時，用電設備會頻繁地啟動或停止。由于壓縮機的電動機功率較大且為三相負載，當空調裝置在全冷模式下工作時，2臺壓縮機會同時全載運行，空調裝置在啟動時會出現一個約為空調機組額定工作電流6～7倍的啟動電流，遠遠超出逆變器的過電流保護設定值，引起逆變器因過載保護而停機，無法繼續為空調系統進行供電，影響空調裝置的正常工作。

2 ?空調壓縮機的啟動方式優化設計

為了防止各節車廂的空調機組壓縮機同時啟動，對輔助供電系統造成的交流負載嚴重過載，常用的做法是通過TCMS對空調機組壓縮機進行錯時啟動控制。TCMS按照一定的循環周期，分別向各節車廂的空調系統發送“空調允許啟動”的時間窗口，每節車廂的空調系統只能在屬于自己的時間窗口時才能啟動，其他時間則不允許啟動。每節車廂內的空調壓縮機啟動順序由空調廠家控制，但在一個時間窗口中，只允許啟動一個空調壓縮機。對于已經完成啟動的空調系統，其停機過程不受該時間窗口的控制，可以根據外界溫度條件或者控制指令隨時停機。此外，當制動系統空壓機啟動前會預先發出一個“空壓機預啟動”信號，TCMS檢測到該信號后將關閉所有空調裝置的啟動時間窗口，禁止一段時間內的所有空調裝置的啟動操作。

在列車網絡通信系統發生故障的情況下，無法保證TCMS能夠發出正確的錯時啟動控制信號，也就無法避免空調壓縮機同時啟動造成啟動電流過大的情況。因此在這種情況下，可以通過測量空調壓縮機在啟動時逆變器的過電流保護時間，在壓縮機的控制回路中引入延時繼電器，保證延時準確性，實現空調壓縮機錯時順序啟動。

2.1 壓縮機同時啟動時的電流測量

為了獲得延時繼電器的延時時間，首先通過測量空調裝置主回路的啟動電流，得到逆變器的過電流保護時間，進而計算每個壓縮機需要延時的時間值。壓縮機同時啟動時的主回路電流變化曲線如圖1所示。從圖1（a）中可以看出，當壓縮機同時啟動時，主回路的啟動電流峰值最大為222.3A，遠遠超過逆變器的過電流保護設定值150A，因此會觸發逆變器的過電流保護機制導致逆變器停機。從圖1（b）中可以得到逆變器的過電流保護時間約為34ms，所以各個壓縮機應在延時34ms之后順序啟動。

2.2 延時順序啟動方式的實現

為了實現壓縮機延時順序啟動，需要將控制壓縮機啟動的中間繼電器替換為延時繼電器，即在各個壓縮機的控制回路中加入延時繼電器線圈，并在相應的供電回路中加入延時繼電器閉合觸點，控制回路中的延時繼電器線圈分別在延時34ms的整數倍時間點依次得電，當延時繼電器線圈得電時，對應的延時繼電器閉合觸點同時閉合，壓縮機實現延時順序啟動。壓縮機延時順序啟動的主回路和控制回路電氣原理圖如圖2和圖3所示。

壓縮機延時順序啟動的主回路電流變化曲線如圖4所示。從圖中可以看出，壓縮機在延時順序啟動的過程中，主回路的電流變化曲線比較平緩，電流值均小于逆變器的過電流保護設定值，實現了空調裝置的正常啟動。

3 ?結論

通過在空調機組的控制電路中引入延時繼電器的方式，能夠解決列車網絡通信系統在發生故障的情況下，使空調機組壓縮機能夠準確地延時順序啟動，有效降低了空調機組的啟動電流，保障了空調機組的正常工作與動車組的安全運行。

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