高速客车中压负载电气控制的设计-高速动车组空调电气控制电气毕业论文

1、长春职业技术学院毕业论文（设计）专用纸 目 录 TOC o 1-5 h z 第一章绪论 3课题背景与研究意义 3车体受电概况 4第二章空调 82.1空调的组成 9一、主要原件 9二、 组件 91 客室空调机组 92压力保护 10废排单元 13空调控制面板 14车门处和通过台区域的加热器 142.2功能 152.3设计条件 152.4操作模式 16 开启空调（标准模式） 16关闭空调 21空调的紧急关闭 24稳定的待机状态 25过隧道时空调系统的动作 25清洗运行时空调系统的动作 257.电源低于AC440V时空调系统的动作262.5制冷系统 262.6制冷流程 26制暖系统 29空调系统的运行

2、 29332.9常见故障 30总结参考文献3333致谢高速客车中压负载电气控制的设计高速动车组空调电气控制摘要空调系统采用单元式空调机组，安装在每辆车的车顶。每辆车都 装有一套废排单元。在通过台处，循环通风加热器集成在门罩板后或 端墙柜子盖上。在司机室装有一套相对独立于客室的空调系统， 可对 司机室空调进行单独调节。空调系统通过各种送风模式实现对车内环 境的控制调节。关键词单元式空调机组、空调系统、单独调节、车内环境的控制调节、车载变压器供电、产生热量。第一章 绪论1.1课题背景与研究意义随着铁路的跨越式发展，我国旅客列车正向着高速化方向迈进， 人们对其安全性、舒适性、便捷性提出了更高的要求。

3、旅客列车中安 装了各种控制，都是为了提高旅客的安全性、舒适性、便捷性以及客 车的自动控制功能，例如高速客车安装空调电气控制的目的是为旅客 提供既卫生又舒适的旅行环境，以保证旅客的身体健康，减少旅途中 的疲劳，其性能将直接关系到旅客乘坐客车的舒适度。目前实践表明，我国咼速列车是以电为动力的列车， 其空调应能 承受夏、冬两季的环境变化和频繁的使用，为旅客能够实现比较舒适 的乘车环境打下良好的基础。但是，由于行车时间过长，并且用电量 过大，设备的频繁启用，致使供电的电源电路和空调设备频繁出现故 障，这是当今急待解决的问题。1.2车体受电概况16辆编组列车的车载电源分为两部分。在每 8辆车上有一个完

4、整的车载电源系统。两部分车的电源没有相互连接。每节动车上都配备一台牵引变流器，电能输入模块连接在牵引变流器的中间电路。在供电失效的情况下可以通过牵引变流器中间电路 将牵引电机发出的电继续供给车载电源系统。 在25kV供电的分相区, 如果最小速度达到50km/h时可以实现上述功能。25kvAC1850v . 1r jI於器60HZDCllOvTRG 茶引音壺為ACL 绪北査那茅丄7ic(j：a乂助耋洼琏sc卸也机IUt 童由油LJII 58008 M TCffT T low TT _so&5 T- isco 4 * h 鉴E-:ar m 肓Ml It ： Liflii rt. TO 9R： H丹

5、:IT LGMTTni TC -Hi ?. IRfi. .-.-EC01- X V M4kMI FHi flnfli *n*&di-*T M ： I2 I I-iTiH T一 Ti径制电湄提供第二章 空调2.1空调的组成一、主要原件1台单元式空调机组1个控制面板1个废排1套地板加热器1套连接器插头/插座1套顶部风道1个紧急逆变器1套压力波动监测系统（仅用于末节车厢）1套温度传感器二、组件1、客室空调机组空调壳体是铝制的，压缩单元通过解耦装置与设备构架相连。这 种连接可以使运行中的振动和结构噪音降低到最小。冷却管路采取冗余和密封措施，尽可能采用最少数量的结构连接。为避免泄漏，管路选择铜焊接。冷凝

6、空气由空调机组两侧进入，通过冷凝器垂直向上进入冷凝风 机。蒸发区域包含两个供风风机，每个带有一个电机、蒸发器、安全 阀、电加热器和冷凝水排放管。客室空调机组需要在车顶的外边安装一个导流罩，导流罩的形状 应该依据空气动力学载荷和设计要求进行最优化设计，要在CRH3的基础上尽可能减小阻力，并应不影响制冷能力和新风的供给。2、压力保护当列车通过隧道和会车的时候，车外会发生压力波动，为了避免 客室内的压力波动，空调系统的新风口和排风口设有压力保护系统， 可以阻止外部的压力波通过管道系统渗透到列车内。当压力波动时， 空气的作用可以激活压力保护系统阀。 在新鲜空气的进风口和废排风口安装有阀门。在压力保护模

7、式下，可以同时激活两个阀门（关闭）端车上的压力波传感器可以检测压力波,并与端车上的通讯计算机连接，由列车线与其他车连接，通过检测信号控制阀门开与关。压力保护iiEhT丄JLEC01压力保护L1肌L E Kt t i ni t -j nljL i K r I-1 m -r :i41 * ITt TC02压力保护.L E PLEELLE1 RLt- LLLL 1 l*LCt -j -trm I T*C-1-mH nTnliFIIC03圧力保护- L . h WM 丄L.XW 4控制排 凤口压力保 护阀I in：-K34ffi制排 凤口压力保 护阀压力保护E I r IVt e n.U L 1-叽L

8、 L -1 叫.L E FLr -.ini1 m * JT；kMT* Fl(A - -Ir mLlOS FUHi： Hi4l5n-(LuCuAt3、废排单元每辆车都有一套位于地板下的废排单元。 这个单元包括一个排风 机和一个位于出风口的压力保护阀。 排风是通过车体内的地板上的两 个开口，进入位于地板下的车下废排风道。 然后通过废排单元将其排 出到大气中。端车上有一套带有两个排风机的废排单元，分别排除客室和司机 室的废气。如果司机室的排风机损坏，可以通过旁通控制阀由客室排 风机进行排风。4、空调控制面板空调控制系统安装在车内的控制柜内， 包括空调控制单元，相关的单元接口以及控制继电器。所有交流接

9、触器和断路器等相关的电子 设备都集成在位于车下的一个配电箱内5、车门处和通过台区域的加热器在车门处和通过台区域安装有通风加热器， 安装位置在端墙上或 门通过区（在端车门口的三分之一处）。当外部温度较低时可以保证 加热器在通过台处进行充分的温度调节。上图为左侧-端车车门处加热器，右侧-端墙通风加热器2.2功能HVAC系统设有两个压力波保护系统，分别安装于MC1和MC2车车体的墙上。每列车共安装四个传感器。当列车进入隧道或两列高 速行驶的列车汇车时，这些传感器能够激活信号来打开 /关闭新风进 口的风门，以保护司机免受压力波的伤害。2.3设计条件空调系统设计计算参数表UIC 553，气候区域II制冷

10、采暖外温+35C（45C空调能启动）-20C相对湿度50 %-太阳辐射功率800 W/m2-新风量15 m3/ （h 人）315 m/ （h 人）乘载量满定员空车受控的平均室温+25C+22C最大定员80一空调设计容量约 44 kW约 42 kW + 4 kW（辅助米暖）列车速度 12 km/h350 km/h每个乘客的热负荷假定为115W人。除了上述所提及的参数外,还需要考虑6kW的照明，电控柜，电开水炉等附加的热负荷。以上只是本项目空调系统容量和参数的最初数值，在项目的进行中如有必要，可以提供其详细数值。在外温40C和相对湿度46%的条件时，不考虑空调机组制冷能力 的增加。2.4操作模式空

11、调开（标准模式）空调关闭空调紧急模式关闭应急通风稳定的待机状态清洗运行隧道1 .开启空调（标准模式）通过司机的人机界面（MM）或列车员的人机界面（MM）可以打 开“开启空调”模式。通过 MMI可以打开一辆车或所有车的空调系 统。空调系统可以对每辆车的内部温度进行自动调节， 以达到受控的 温度设定点。当室外温度高时，该受控的温度认定点将自动升高（UIC 标准规定的控制温升）。可以通过司机的MMI或列车员的MMI对每节 车的温度设定值进行控制，每次升高或下降的设定温度值是 2K,偏 差为0.7K。只有在“开启空调”的模式下才能实施供风，实现新回风混合模车顶压缩机启动r止J- r 尸 j Hi 41

12、-EQ1rI得电-K15B得电K14触点吸合+K4 5触点吸合车顶圧缩机启动空气制冷HW T 讥 -ISE T 孑旺，希 5.4J MECL - -ihJ lT呻fS3-rtUi:|.丫*n? 2ill-CrtlUilMCAtf 1-1T? JI/id IDHWSSDfl 1FT-；爲書一呻-個.CRMJifNJI 1 王7/n测裙同勿冷凝器，主加热器启动皿 i TTTWTTsunj5.H1F_賈.MVK SW广越祕”金9l-.KTE . 、4w4A： k“MZ LIr3mta-ta丄：WL Lr3ram ikmas : h. L僧銅45 軸*邛二L.：iATOwnr,7-U*:，二嘲U3jT

13、a#T-需吕a ： H12-W科占H. BE3 |耐|-/H2 -ifi HFTh ”-i?i a，5Zk4R血 IE4TM 3说t盘专FE L h屮4Effi:通风机启动为冈道供风! .J訥 IW .0-4L A-lf Bh- JI.MLtUW-WPliWI w-L R-lMllAM? WtJitpw-ift FAR. J W|iL：- nrU H fE-L” ：gI m 丘is*Mau-*1- BL2rrt-lh F切 2K*l l#1 HU&L： w-h iLaii . slL唇iK*订.T.5U1通风机启动髙低速W.-小-F也U /串绽勺II比ii. f、7、4啣玄?： YI.童變1L

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15、互锁丿2.关闭空调空调系统通过司机的MM或列车员的MM转换成“关闭空调”模 式。通过MM，可以关闭一辆车或所有车的空调系统。整个通风、采 暖和空调系统都被关闭。电动车组内的温度依据外部条件能够升高或 降低。当有足够的电源电压时，空调系统可以继续监控电动车组外部 和内部的温度。如果外界温度低于5C时，空调系统将采取冻结保护。通过台 加热器和卫生设施加热器将打开，目的是防止在这些区域冻结而发生 危险。当外界温度高于7C时，空调冻结保护将被解除。如果室内温度高于40 C,空调控制系统将转化为过热保护。打 开冷却开关以阻止由于高温而造成的危险。当室内温度低于35C时，空调的过热保护将被解除。当处于“关

16、闭空调”模式下，为了保存能量，夕卜部的新风阀门和 排风阀门将被关闭。如果只有DC110V电源，那么循环通风模式将会打开，来替换空 调的冻结保护和过热保护。护Hl Ml Mt ItPW 5i 1ErwtwW! lifF HinmLOMEcutlMGEiEir(i iji空调天过冷保护门丿郎加洌器丿JVM一勰IT- rrN-JE/3J.1过冷保护r卫生间加热器丿1LN.Al H 叫H HR-.-i t(HiLM cT7TQT ILTIf IT gTVii空调芳过冷傑护卫生间加热器丿-TT TT WOTIri空调的紧急关闭空调系统通过司机的 MMI或列车员的MMI转换成“空调紧急关 闭”模式。通过M

17、M，将会关闭所有车的空调系统。整个通风、采暖和空调系统都被关闭。电动车组内的温度依据外 部条件能够升高或降低。相对于“空调关闭”模式，没有空调冻结保 护和过热保护。除了司机MMI每节车的空调系统都可以通过车上的控制面板切 换到“空调紧急关闭”。4.稳定的待机状态通过司机的MMI来进行控制为了保存能量，每辆车的空调系统都设置为低温度状态。 依据外 界温度系统可以处于加热（恒温）或冷却（恒冷）状态。5.过隧道时空调系统的动作当列车保护系统提示列车要进入隧道时， 直到通过隧道之前，空 调系统一直处于完全的回风模式，这时，压力保护阀门处于关闭状态。6.清洗运行时空调系统的动作清洗运行是通过司机的 MM

18、I进行控制当要求进行清洗运行和检查加热器的关闭状态时，空调控制系统 将要关闭空调单元所有的加热器，并且关闭所有的压力保护阀。这样 可以阻止水通过通风孔进入。当没有关闭所有的压力保护阀时，在司机室的MMI上将会显示相 应的诊断信息：“不允许进行清洗运行”。7.电源低于AC440V时空调系统的动作当AC440V辅助供电电源失效时，将会启动蓄电池运行于“应急 通风”模式。在这种情况下，空调系统只通过供风风机或废排风机进 行应急通风。风机的性能将会下降，而所有的加热器和压缩机都将被 关闭。2.5制冷系统HVAC系统制冷原理可归结为以下三条基本规则：热量总是从一个热的物质流向另一个较冷的物质。可通过控制

19、物质的温度和压力改变其状态。当某个物质改变状态时，它可以吸收或释放大量的热量。2.6制冷流程拓从和I吊曲杠內外6空=上图给出了制冷剂在系统主要部件中如何流动。 注意系统通过压 缩机和膨胀阀被分成了高压力和低压力区， 并且通过蒸发器和压缩机被分成气态和液态。制冷剂连续循环地流动总体概括如下:在蒸发器中吸热由液态变为气态。通过压缩机使压力从低增加至高。在冷凝器中释放热量，由气态变回液态。在膨胀阀中使液体压力从高降至低。03JA03/80V401/210F 申丄*I .N 牛4 k - M n -01/2；_!*-T-aK3.01 f4 ”05/803/-1. JhifitfL2擂阀减报掛3-冷赢n

20、t強4冷樹曙他时电#1*115- 过姦褂6 观家礼八汕蹙舟器7- 5湖靈調9 囁舷黯砥地机冬机10.抽农虫矗耦1为踹呵12.制冷控制襯，BM*-全幵装Fti 11覽女 * FF Jtis.电m超哥姐n上图给出了制冷管路的详细部件和管路结构，从该图我们可以清 楚的发现制冷剂的流程，下面详细介绍一下制冷管路的结构和各部件 的功能及制冷剂状态的变化:冷凝器：包括一个带冷却散热片的旋管（3）,从制冷剂蒸汽中移走热量。当高压高温蒸汽经过旋管时，外部空气由冷凝器风扇电机（ 4）吹经 旋管散热片，这样流经冷凝旋管的空气就带走了制冷剂中的热量。 移 走的热量是制冷剂由蒸发器从客室内部吸收的那部分。 当从蒸汽中

21、移 走热量时，冷却蒸汽凝结到冷凝器风扇所能达到的最低温度， 从而由 高温高压的气体变为常温常压的液体。通过湿度观察孔（6）可以检查系统中液体制冷剂的相对干燥值（湿度含量）。当系统没有湿气时，显示的颜色是绿色，当系统内湿气含量增加时它就变为黄色。当指示器显示一个深黄颜色时，就表明系统湿气过大，需要更换 过滤器了。恒温膨胀阀有两个功能：（1）降低蒸发器旋管中制冷剂发生状态改变（蒸发）所需的压力；（2）调节制冷剂量产生期望的车内空气的冷却效果。这些空气 是由蒸发器送风机电机（9）驱动流经蒸发器旋管（8）。毛细管:液体制冷剂通过膨胀阀进入一系列小分配管，并进入蒸发器旋管（8）。这些分配管可确保制冷剂在

22、蒸发旋管中的平均分配。蒸发器旋 管是一个由铜管和铝散热片组成的热交换器。蒸发器:制冷剂通过膨胀阀压力迅速降低，由常温常压的液体变为低温低 压的液体进入蒸发器，快速的压力降和客室内吸收的热量使得低压制 冷剂蒸发，在制冷模式下，待处理的空气由一个离心式风扇吹经蒸发 器旋管。空气流经散热片时，制冷剂蒸发可使空气中的热量被吸收， 因此当空气送回客室时就已变为冷风。而此时制冷剂也由低温低压的液体变为低温低压的气体，准备进入压缩机。压缩机：在压缩过程中，蒸汽压力和温度增加，压缩机排出的高温高压蒸 汽流经至冷凝旋管（3），然后又经过脱水过滤器（5），又开始制冷循环。7 .制冷控制器（12）集成在制冷循环的压

23、缩过程中。这些控制器 包括两个压力激活的开关，压力开关是当制冷剂压力达到一个高压或 低压限值时而被激活的安全设备。这样可确保压缩机和整个系统在安 全限值内工作。压力开关激活时，开关打开（断开）。当压力返回预 设范围时，开关闭合（接入）。2.7制暖系统空调机组内与蒸发器旋管并联安装有电加热器组件（13）,在供 热模式下，待处理空气（回风和新风的混合气体）经过加热旋管，温 度上升，再通过蒸发器送风机吹入客室内，使客室内温度升高。2.8空调系统的运行HVAC单元的供电电源为 3相、400 V AC、50Hz以及24 VDC。 因此要启动HVAC单元，控制面板上的三相电源及蓄电池供电电源的 断路器均须

24、处于 ON位置。一旦在L1/L2/L3相间检测到电压，AC检测器（ACD）就会向控制 器发送一个高电平信号。无论在哪种工作模式下，总能读取该信号电 平，以便通过MVB与TCMS保持通讯。TCMS能够检出该信号并识 别出不属于HVAC系统的故障原因，如变流器断开或安装在外面的系 统保护开关脱扣。这可以帮助 TCMS控制并定位故障位置。空调控制器单元管理所有工作模式，如：预处理、通风、制冷、 供热和为保持车内适宜温度的其他辅助功能。 司机室空调通过S3（隔 离断开-手动通风-手动供热-手动制冷-自动）开关，可以选择空调的工作模式；司机室设置点温度可通过选择器 S4进行手动修改（从 18 C调到25

25、 C）。通过司机室指令面板（0N/0FF乘客信号）内的 选择器S5可激活客室系统。2.9常见故障1、通风故障：当其中某个空气流量检测器 （AFD1或AFD2）打开 其触点时发生该故障。这种情况下，供热和制冷都会被禁止，并通过 MVB向TCMS发送一个故障信号。无气流的原因可能如下：?过滤器脏了?用于保护蒸发器电机的内部恒温器被激活?蒸发器电机断路器被激活2、制冷故障：出现下列故障时，则无法打开压缩机和冷凝器电 机。（1）压力开关激活：控制器每次接收到来自安全压力开关的激 活信号，它将断开相应的压缩机并在三分钟延时后启动。在预设延时 之后，压力开关被复位，则可以重新启动压缩机。一旦工作模式不是“

26、 OFF（关闭）”且压缩机不再抽风，则会检 测到由高压/低压（HP/LP）开关生成的故障信号。如果这种情况一个小时内发生12次以上，控制器就会禁用相应的压缩机，并通过 MVB向TCMS发送压缩机制冷故障信号。（2）保护断路器脱扣：如果控制器接到任何冷凝器或压缩机断路器的脱扣信号，它就会关闭相应的电机并通过MVB向TCMS发送故障信号。（3）冷凝器电机恒温器激活：该保护使冷凝器电机的接触器不能动作。当接触器响应信号丢失且接触器指令是ON （打开）时，控制器检测到该异常情况。这些故障一旦发生，控制器就会通过 MVB 发送制冷故障信号。3、电加热器故障：如下列故障未排除，则无法打开电加热器。（1）保

27、护断路器脱扣：如果控制器接收到电加热器断路器脱扣 信号，它就会中断相应的加热，并通过 MVB向TCMS发送故障信号。 断路器被激活可能的原因如下：?过流?馈线短路? 125oC安全恒温器被激活（2）90 oC恒温器激活：该保护中断电加热器级的接触器。当 有空气且恒温器信号丢失时控制器会检测此类异常。4、 超出运行限值的温度传感器：当一个传感器得到低于-35Co 或高于70oC的值时，控制器会向故障传感器发送相应的故障。（1）如果故障来自一个供风传感器，将采用另一个传感器（正 常工作）读取的数值。如果故障影响了两个供风传感器，则从回风传 感器获取数据。（2）如果故障来自一个回风传感器，则采用另一个传感器（正 常工作）读取的数值。如两个传感器均发生故障，则由来自供风和外 部传感器的读数进行调节。（3）如故障来自一个外部传感器，将采用通过 MVB来自