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DSTY电力机车空调电源教材
DS-TY-电力机车空调电源教材
电力机车空调电源
培训教材
主讲:
潘景荣
概述
我公司自1999年开始研发电力机车空调电源,到目前为止,共推出了两种型号:
STACP-I和STACP-II。
均采纳了先进的功率模块和高性能的16位电机操纵专用微处理器,逆变操纵方式采纳电压空间矢量,具有启动转矩大,转动平稳的特点,另外采纳软切换方式,排除了对接触器的电流出击。
这两种分不适用于机车内AC396V和AC220V辅助绕组供电。
STACP-I空调电源
系统构成
STACP-I电力机车空调电源系统由隔离变压器箱、主机箱、I(II)端操纵箱构成。
变压器箱的功能是将AC396V转换为AC330V;主机箱的要紧功能是将单相AC330V转换为三相AC380V;操纵箱的要紧功能是操纵整个电源的启停、及工作状态的转换。
其结构如下图所示。
1.电流传感器2.逆变IGBT3.吊环螺钉4.上盖板5.支撑骨架
6.主控PCB板7.散热器8.风道组件9.后面板10.连接器
11.接线端子12.电压传感器13.接触器14.电容连接PCB板
15.交流检测变压器16.充电电阻17.扎线杆18.电流传感器
19.升压电抗器20.整流二极管21.斩波IGBT22.连接母排
23冷却风扇24.前面板25.空气开关26.侧板
图1STACP-1型空调电源主机箱结构图
1.顶盖2.变压器3.支撑架4.前面板
5.连接端子6.端子盖板7.侧板8.后面板
图2STACP-1型空调电源隔离变压器箱结构图
1.连接器2.操纵箱骨架3.门4.扎线杆5.指示灯6.门锁
7.空气开关8.支撑板9.转换开关10扎线杆11.接触器
图3STACP-1型空调电源操纵箱结构图
关于重联型机车,每台车配置两台空调电源主机箱、两台操纵箱、一台隔离变压器箱及两台空调机组。
如图4所示。
关于非重联型机车,每台车配置一台空调电源主机箱、两台操纵箱、一台隔离变压器箱机两台空调机组。
如图5所示。
图4重联型电力机车空调电源系统构成框图
图5非重联型电力机车空调电源系统构成框图
技术条件
额定输入交流电压:
单相AC396V(-30%~+24%),50Hz
输入直流电压:
DC110V(-30%~+24%)
额定输出容量:
5KVA
额定输出频率:
50Hz±1Hz
额定输出电压:
三相交流380V±5%
输出电压波形:
正弦脉宽调制波
输出电压谐波含量:
各次谐波总有效值小于基波有效值的10%
空调启动方式:
变频启动,自0~50Hz启动时刻不大于10S。
工作环境条件:
符合TB1394中的规定。
转换效率:
〉90%
分相段运行方式:
过分相段,时刻小于15s,为降功运行(频率降至35Hz),蓄电池输出电流不大于15A。
过分相后,自动升频至50Hz运行。
爱护方式:
电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、接地及操纵系统故障爱护。
工作原理
3.1、主电路
主电路由整流/滤波电路、斩波升压电路、逆变电路及输入/输出电路构成。
整流滤波电路由整流桥1D、2D,滤波电容1C、2C,接触器1KM、2KM和充电电阻1R构成,当系统检测到交流电压时,第一合接触器2KM,由电阻1R对电容1C、2C充电,同时延时1秒钟,接触器1KM合上,断开2KM,系统完成充电过程,如图6所示。
图6空调电源主电路原理图
斩波升压电路由升压电感1L、斩波用IGBT(3D)、升压电容3C、4C、电压传感器1SV、电流传感器1SC构成。
那个电路具有升压及稳压的功能,交流330V工作时,将前级整流后纹波较大的直流电升压稳固在560VDC;而直流110VDC供电时通过其将母线电压稳固在365VDC。
电压传感器1SV构成电压检测闭环,使母线电压稳固在要求的范畴。
电流传感器1SC构成电流检控环节。
斩波频率为20KHZ,排除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。
斩波管触发电路采纳专用的触发IC,具有对IGBT的过流爱护能力。
逆变电路由逆变模块3D、无感电容5C构成及相应的驱动电路构成。
无感电容5C作为浪涌吸取,代替传统的电力电子电路的复杂吸取电路,结构简单。
采纳较高的载波频率(5KHZ),降低电压谐波含量。
3.2操纵电路
操纵电路框图如图5所示。
图7STACP-1空调电源操纵电路框图
整个功能的完成由隔离变压器盒、两个操纵盒和电源箱共同完成,在任何功能切换时,操纵盒第一给出转换信号,所有接触器将在无载时闭合。
系统接触器转换时按照如下过程工作。
①当系统检测到交流信号时,先合2KM,延时1秒,然后合1KM,同时断开2KM,所有接触器初始都断开,交流电掉电时,1KM、2KM都断开。
②当系统没有检测到任何端的加热/制冷信号时,系统从0到50HZ变频启动,系统处于通风状态。
③当系统检测到I端制冷信号时(P5.2为低电平),系统从50HZ降频到0HZ,降频时刻50秒(如果系统刚开始为0HZ,将直截了当延时50秒),然后合KM4,系统再延时10秒从0到50HZ变频启动,启动时刻10秒。
④当系统检测到I端制热信号时(P5.3为低电平),系统从50HZ降频到0HZ,降频时刻50秒(如果系统刚开始为0HZ,将直截了当延时50秒),然后合KM5,系统再延时10秒从0到50HZ变频启动,启动时刻10秒。
⑤当系统检测到II端制冷信号时(P5.4为低电平),系统从50HZ降频到0HZ,降频时刻50秒(如果系统刚开始为0HZ,将直截了当延时50秒),然后合7KM,系统再延时10秒从0到50HZ变频启动,启动时刻10秒。
⑥当系统检测到II端制热信号时(P5.5为低电平),系统从50HZ降频到0HZ,降频时刻50秒(如果系统刚开始为0HZ,将直截了当延时50秒),然后合6KM,系统再延时10秒从0到50HZ变频启动,启动时刻10秒。
⑦当系统由制热转到通风(或制冷)时,系统第一断KM5(或KM6),延时3分钟,系统从50HZ到0HZ降频运行,然后按照对应的状态进行操作。
(注:
KM6、KM7、KM8为II端接触器,对应与I端的KM5、KM4、KM3)
3.3、操纵箱
在每个驾驶室中,配有一个操纵箱,操纵箱原理图如图6所示。
图8STACP-1空调电源I端操纵箱原理图
操纵箱操作方式如表一所示。
表一、操纵箱操作方式
工作/停止转换开关
功能选择
工作/停止转换开关
功能选择
自动/手动开关
功能选择
SB1
本端工作
SB3
制冷
SB2
自动
自动调剂温度
通风
手动
手动调剂温度
制热
本端停止
无效
无效
无效
系统操纵箱分为I端操纵箱和II端操纵箱,连接好线后,把断路器打到ON状态,操纵盒便得到工作电源,然后可对它进行状态转换。
为更好地使用本系统,我们对操纵盒操作作以下约定:
系统不承诺I端操纵箱和II端操纵箱的工作/停止转换开关同时处在本端工作状态;I端工作时,I端操纵箱工作/停止转换开关处于本端工作位,II端操纵箱工作/停止转换开关处于本端停止位,按照操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号,系统将按照4.2进行相应的自动操作,现在II端操作无效。
II端工作时,II端操纵箱工作/停止转换开关处于本端工作位,I端操纵箱工作/停止转换开关处于本端停止位,按照操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号,系统将按照4.2进行相应的自动操作,现在I端操作无效。
系统操纵箱有自动温控作用,当“SB2”转换开关至于“自动”位时,空调系统自动温控起作用。
当“SB2”转换开关至于“手动”位时,空调系统自动温控不起作用。
3.4工作流程
3.5有关的电压和电流波形
·输入电压/电流波形:
·中间直流母线电压/电流波形:
·输出电压/电流波形:
4、安装与接线
4.1、安装
操纵箱、变压器箱和空调电源安装尺寸如图7、图8、图9所示。
图图7STACP-1操纵箱安装尺寸
图8STACP-1空调电源隔离变压器箱安装尺寸图
图9STACP-1空调电源主机箱安装尺寸
4.2接线
空调装置内部接线及空调装置与外部的连接如图10所示。
图10STACP-1空调电源装置接线图
三、STACP-II型空调电源
1、系统构成
STACP-II型空调电源采纳一体化设计,和STACP-I型最大的区不是甩掉了隔离变压器箱和操纵箱。
系统由主机箱和司机台的转换开关构成。
关于重联型机车,每台车配置两台空调电源主机箱和两台空调机组,如图11所示;关于非重联型机车,每台车配置一台空调电源主机箱、和两台空调机组,如图12所示。
图11重联车系统构成图
主机箱
I端空调机组
I端操纵信号输入
主电源输入
II端空调机组
II端操纵信号输入
图12重联车系统构成图
2、技术条件
额定输入交流电压:
单相AC220V(-30%~+24%),50Hz
输入直流电压:
DC110V(-30%~+24%)
额定输出容量:
5KVA
额定输出频率:
50Hz±1Hz
额定输出电压:
三相交流380V±5%
输出电压波形:
准正弦波
输出电压谐波含量:
各次谐波总有效值小于基波有效值的5%
空调启动方式:
变频启动,自0~50Hz启动时刻不大于10S。
工作环境条件:
符合TB1394中的规定。
(10)转换效率:
〉90%
(11)爱护方式:
电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、接地及操纵系统故障爱护。
3、工作原理
3.1、主电路结构及性能特点
主电路由整流/滤波电路、斩波升压电路、逆变电路及输入/输出电路构成,见图13。
整流滤波电路由整流桥D1、D2,滤波电容C1,接触器KM1、KM2和充电电阻R1构成,当系统检测到交流电压时,第一合接触器KM2,由电阻R1对电容C1充电,同时延时1秒钟,接触器KM1合上,断开KM2,系统完成充电过程。
斩波升压电路和STACP-I相同,由升压电感L1、斩波用IGBT(D3)、升压电容C3、C4、电压传感器SV1、电流传感器SC2构成。
升压电路可将电压较低的脉动直流电稳固在590VDC,保证了逆变输出电压的稳固。
斩波管采纳IGBT,斩波频率为20KHZ,排除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。
斩波管触发电路采纳专用的触发C1,对IGBT过流具有爱护能力。
逆变单元由逆变模块D3、无感电容C5构成,。
无感电容C5作为浪涌吸取,代替传统的电力电子电路的复杂吸取电路,结构简单。
系统采纳矢量操纵方式,有关于传统的正弦脉宽调制方式,具有启动转矩大,电压利用率高,系统转换效率高。
采纳较高的载波频率(5KHZ),使输出的电压谐波含量小。
逆变后经低通滤波器输出正弦波电压,减小了电机绝缘材料的电压应力,延长了电机的使用寿命。
3.2、系统工作过程
图13STACP-II主电路图
操纵电路框图见图14。
图14STACP-II外接操纵电路图
整个空调系统的操作将由安装在两端司机室里的四档位扭式开关完成,结构简单,安装操作方便,在任何功能切换时,操纵开关第一给出转换信号,所有接触器将在无载时闭合。
系统接触器转换时按照如下过程工作。
3.2.1、当系统检测到交流信号正常时,先合KM2,延时1秒,然后合KM1,同时断开KM2,直流母线电压建立,所有接触器初始都断开,系统进入逆变待机状态。
3.2.2、选择其中一端工作,并选择好通风、制冷、制热三种状态的任一种,触动启动按扭,相应的接触器将闭合,系统从0到50HZ变频启动,启动时刻10秒,系统进入正常工作状态。
3.2.3、当过分相段时,交流供电出于欠压状态,系统停止工作,等待60秒后重新检测交流,如果过分相段终止即交流电压复原正常,系统开始变频启动。
3.2.4、当需要切换到其它工作状态时,选择相应位,触动启动按钮,系统开始降频,降到零后,主接触器跳开,原工作状态接触器接着跳开,等待几秒钟后,相应工作状态接触器闭合,主接触重新闭合,系统开始升频启动。
3.2.5、如果由制热转到停止,制热接触器赶忙跳开,室内风机连续工作3分钟,然后系统开始降频。
降到零后,主接触器、工作状态接触器跳开,系统进入待机状态。
3.2.6、当系统在工作时显现过流等其它故障信号,则操作台的指示灯亮,系统停机,主机有相应的故障指示,电源只有再次上电复位才能重新工作。
3.3有关电压、电流波形
输入电压、电流波形:
中间直流母线电压、电流波形:
输出电压、电流波形:
安装与接线
接线图如图15所示。
图15STACP-II操纵接线图
结构安装如图16所示。
图16STACP-II结构安装图
三维结构图如图17所示。
图17STACP-II三维结构图
四、修理
4.1检修设备及、工具
在进行空调电源检修时,通常需要用下列工具:
(1)能够测量电压真有效值的数字万用表一台
(2)500V摇表一台
(3)与主板配套用显示屏一个
(4)100Ω/100W放电电阻一个
(5)常用螺丝刀及扳手一套
(6)手电筒一个
4.2修理注意事项
(1)在检修空调电源之前必须降弓。
(2)更换任何元件之前,必须关掉主机和操纵箱上的空气开关。
(3)触摸主机内部元件之前,必须用100Ω/100W放电电阻将直流母线电压放至5V以下,不能直截了当用导线短接。
(4)更换斩波管后,必须保证触发线正确连接到主板后才能通电。
4.3空调机组的一些资料
①配STACP-I型的机组:
20芯插头中,1、2、3为压缩机,每两相之间内阻约为8~12Ω,4、5、6为室外风机,每两相之间内阻约为40~60Ω,7、8、9为室内风机,每两相之间内阻约为110~140Ω,10、11为常开压力开关,12为接地线,13、14、15为电加热器,每两相之间电阻约为10Ω,16、17、18为温度调剂开关,17为公共脚,19、20为常闭过热爱护开关。
②配STACP-II型的机组:
1、2、3、4、5、6、7、8、9、13、14、15与上同,10、11、18为高低压开关,18为公共脚,19、20为常闭过热开关。
附一:
STACP-I型空调电源故障判定
一确定输入情形
机车开关屏柜内,空调电源总开关要闭合。
空调电源箱上空气开关要闭合。
操纵盒内空气开关闭合,第一个转换开关在制冷位置,第二个转换开关在手动位置,第三个转换开关在工作位置。
除通风外,制冷和制热启动升频的时刻都需等待50秒。
各状态间转换都会有降频和升频的过程。
制热到任何一个状态都会通风3分钟后才降频。
在第二个转换开关在自动位置时,电源工作状态由外部温度开关操纵。
二上面三步完成后,电源24伏风扇应正常工作,面对操纵盒,左边制冷输出接触器和中间通风输出接触器应闭合。
三故障
I型电源所有故障显示都只有操纵盒盖上一个红灯。
24伏风扇不转。
故障判定步骤:
打开机箱盖后,用万用表直流档测量母排电压是否有DC110V?
是否主板输入电压有DC110V?
是否241、240线号间有DC24V?
主板20位端子排最后两位间的电压是否为DC5V?
如果DC110V没有电压,则能够确认与输入的有关线路有咨询题,查找缘故后再下一步。
如果DC110V输入正常,DC24V、DC5V没有电压,则能够确认主板开关电源已坏,需更换主板;DC24V、DC5V正常则能够确认24V风扇已坏,需更换风扇。
操纵盒内接触器不吸合。
故障判定步骤:
因为中间通风接触器是不通过主板直截了当接在DC110V上,因此它不吸合,能够先看操纵箱盖上‘电源指示’灯是否亮?
亮则表示电源输入正常,再对比I型电源操纵箱原理图,测量箱内部线路,都没有咨询题则表示接触器坏;不亮则测量外部线路确认输入情形。
制冷或制热接触器不吸合的情形。
对应I型电源装置接线图和输入/输出状态信号对应表,检查有关线路。
主板20位端子排的209、210、211、212是对应的给入信号,用万用表直流档测20位端子排的300与上四个信号中正在给入信号的一位之间有DC110V(注:
一台电源带两台空调的情形,需关掉一端的操纵箱电源,方便故障判定);20位端子排的204、205、206、207是对应驱动操纵箱制冷或制热接触器的信号,用万用表直流档测20位端子排的200与上四个信号中正在给出的一位之间没有电压。
如果信号给入给出正常,接触器不吸合,查找线路;给入正常,给出不正常,主板已坏,需更换。
24V风扇正常,操纵箱接触器正确吸合,等待50秒后不起动(红灯不亮),
故障判定步骤:
测量小检测变压器是否正常,用万用表交流档测主板上接线号为101,100之间的电压约2.5~3.5伏。
如果正常,则主板已坏,如果不正常,则检测变压器坏。
启动时跳空气开关(机车内或电源箱上)。
检查电容和整流二极管是否坏?
因此也要排除空开本身的缘故。
亮红灯情形。
故障判定步骤:
一、电感是否有强烈烧焦味。
二、逆变管盖突起,主板驱动有烧坏的情形。
三、斩波器细缝有黑色烟薰痕迹,用万用表测量斩波管的好坏,1和3脚间、1和2脚间各有一个二极管。
门极4和5脚间、6和7脚间用万用表100K档交换测量,会看到一次瞬时充放电的过程,这表示斩波管是好的(注:
这是单独一个斩波管的测量方法,如果斩波管装在电源内测量将可不能正确)。
四、电压传感器突起厉害。
例如:
用万用表测量母线电压超过DC700V,等母线电压降至DC110V左右时,测量20位端子排的19位‘GND’与蓝色6位端子的VS位(也确实是第2脚电压传感器的信号线),电压在DC0.7V左右。
五、电容差不多炸裂。
用万用表测量充电后的电压,如果只有DC400V左右电源就爱护了,排除斩波管后,重点检查电容。
另外,要专门注意电容外表皮是否已破旧,造成接地的情形。
六、用万用表电阻档测量一下20位端子排的240、250之间应该是不通的。
如果通表示散热器上温度开关已坏,更换温度开关。
七、用万用表测量各接触器的触头,不要显现有不通的情形。
八、显现的比较少,电感旁电流传感器坏的情形,测量测量20位端子排的19位‘GND’与蓝色6位端子的IS位(也确实是第5脚电流传感器的信号线),只通DC110V时,信号差不多上为0。
针对亮红灯的情形,上面差不多上讲的一些关于电源内部的情形,修理之前,应第一排除外部因素,对应电源装置接线图,用万用表测量负载的平稳度,温度操纵开关和压力操纵开关是否闭合。
此外,过分相电源亮红灯的情形,一样认为是正常的过流现象,建议机务段定期给空调机组除尘,以减轻电源的启动负载。
如果除尘后,依旧是过分相就爱护,建议更换主板。
确认电源是否正常时,应在各状态下都工作一下。
如显现通风正常,其他状态不行的情形,重点检查电压传感器,电容。
如果是一台空调电源带两台空调的情形,显现一端工作,二端故障的情形,电源自身的缘故较小,需认真排查外部缘故。
附二:
STACP-II空调电源故障判定
一第一确定输入情形
II型电源按启动按钮后3秒钟,升频开始。
各状态转换都有降频升频的过程,由制热到任何状态都会通风3分钟后,才会降频。
二显示板定义
显示板指示灯定义
1端压缩机故障
1端室外风机故障
1端室内风机故障
1端电加热故障
1端电加热过热
1端高压爱护
1端低压爱护
输入电压过压
直流母线过流
输出短路
2端压缩机故障
2端室外风机故障
2端室内风机故障
2端电加热故障
2端电加热过热
2端高压爱护
2端低压爱护
输入电压欠压
直流母线过压
散热器过热
合110伏直流空开后,显示板所有的灯都会亮1秒后熄灭。
1、2端压缩机故障、室内外风机故障和电加热过热故障,
指外部负载显现短路或负载不平稳等咨询题时的显示。
1、2端电加热过热,对应T20芯连接器19、20针,短接起来应相应的灯灭。
断开时灯应亮,同时电源爱护。
1、2端高低压爱护对应T20芯连接器10、11、18针,三针短接相应的灯应灭。
断开时灯应亮,同时电源爱护。
输入欠,过压爱护指输入交流低于85伏,高于293伏时,相应的灯应亮,同时电源爱护。
直流母线过流,输出短路灯遇故障同时亮。
直流母线过压情形极少遇到。
散热器过热为IGBT邻近的温度开关如果短路,指示灯亮,电源爱护。
三、故障情形
1、I、II端压缩机故障、室内外风机故障和电加热故障灯亮时,用万用表对比主电路图,测量相应故障灯所显示的负载,看负载是否平稳;因此,也需测量相应的接触器触点是否良好导通。
2、高低压故障灯亮,电源爱护的情形。
先能够确定是否为空调机组的高低压开关断开的缘故?
用万用表电阻档测量T20芯插头的10针和11针,10针和18针之间应该导通,不然可判定是空调压力开关已坏。
如果压力开关测量正常则可用焊锡丝,短接T20芯座的10、11和18针,同时短接19和20针。
开110V电源,如果高低压故障灯依旧亮,可认为是逻辑板已坏。
还有一种情形:
确实是电源工作一会时刻后,显示高低压爱护。
也可按焊锡丝短接的方法进一步启动电源,如果能工作,表示依旧空调的压力开关有咨询题。
3、输入欠压灯亮,排除输入电源缘故后,可怀疑传感器板上电压传感器是否正常。
用万用表的交流档,取逻辑板上任意一点‘地’测逻辑板R10电阻的一端,应该有一个四点几伏的电压,没有可认为是电压传感器坏,有则可认为逻辑板已坏。
4、过分相不能正常启动,缘故有两种:
1、逻辑板差不多存在咨询题。
2、空调风机灰尘太多,加重了启动负载,电源正常爱护。
5、显示直流母线过流,输出短路:
1、有上一条中的缘故。
2、6800UF电容已坏。
3、斩波管差不多坏。
4、逆变管差不多坏。
5、主板差不多坏。
6、如果显现跳空气开关,机车辅接地的情形。
6800UF电容坏的情形较多,通直流时电源工作正常,逆变开始就显现机车辅接地的情形,用万用表电阻档测三相输出电感的相线对地的阻值,如专门小,表示电感线圈绝缘差不多破坏,需更换。
7、I型II型电源如断电后,母排电压急剧降到零或十几伏,电容坏的可能性较大。
8、散热器过热故障,直截了当用万用表的电阻档测量温度开关的两端,不通就表示温度开关正常,否则可认为逻辑板存在咨询题。
9、两种干扰情形的处理:
1、显示灯无规则的闪耀或者有的偶然显现直流母线过流,输出短路故障的情形。
逻辑板到显示板的串口线与IGBT的触发线尽量不碰到一起,松开扎得过紧,过多的扎带。
如果还没成效,逻辑板就有可能有咨询题。
2、ABB接触器乱跳,电源显现受干扰的升频降频,无爱护无输出。
输出加磁环,测量电源内散热器与机箱外壳、各安装板之间应良好的导通(新机差不多注意了这点),逻辑板显现咨询题需更换。
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