普傳PI8000變頻器在特殊穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用

Application of Powtran PI8000 Inverter on Special Power Supply

大連普傳科技股份有限公司  梁淼

摘要：本文簡要介紹了普傳PI8000變頻器在AC機(jī)車空調(diào)電源中的穩(wěn)壓電源功能的應(yīng)用，給出了功能實(shí)現(xiàn)的具體方法。

關(guān)鍵詞： 變頻器  穩(wěn)壓電源

1  引言

      隨著鐵路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，在電力機(jī)車司機(jī)室都安裝了空調(diào)系統(tǒng)，改善司機(jī)的工作條件，以確保行車安全。由于司機(jī)窒空間狹小，又經(jīng)常處于高速運(yùn)行中，室內(nèi)溫度變化快，因此，要保證18℃～23℃可調(diào)，頂棚與地板面溫差不超過10℃，供給每個乘務(wù)員的新鮮空氣量不少于30 m3/h，空調(diào)機(jī)組起停頻繁。同時(shí)司機(jī)室內(nèi)電氣控制設(shè)備和信號設(shè)備密集，容易受到空調(diào)電源通斷引起的電磁干擾，直接影響行車安全。反過來，列車牽引設(shè)備時(shí)刻變化的強(qiáng)大電流磁場，又影響空調(diào)電源正常運(yùn)行。因此對于鐵路機(jī)車空調(diào)電源在體積大小、抗電磁干擾和產(chǎn)生干擾性能方面都有特殊要求。而且電力機(jī)車的供電電源為單相交流電，電壓波動的范圍很大，機(jī)車運(yùn)行時(shí)震動大，并且過一個供電區(qū)段會斷電數(shù)秒。如果把該電源直接作為空調(diào)器電源，空調(diào)器將不能正常工作，因此所安裝的空調(diào)都應(yīng)配備專用的適用于機(jī)車空調(diào)的穩(wěn)壓電源。

      普傳科技股份有限公司根據(jù)機(jī)車空調(diào)電源的技術(shù)要求做出現(xiàn)場解決方案。普傳PI8000高性能變頻器應(yīng)用先進(jìn)的電流矢量控制技術(shù)，采用美國TI公司最新款高性能32位電機(jī)專用數(shù)據(jù)DSP處理器，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)；運(yùn)算速度高；PWM分辨率高；能實(shí)時(shí)完成復(fù)雜計(jì)算控制；采樣周期更短。它有兩個事件管理器模塊EVA和EVB，能夠?qū)崿F(xiàn)：16通道A/D轉(zhuǎn)換；三相反相器控制；對稱和非對稱的PWM波形；非常適用于電機(jī)控制和逆變器控制。高性能的功率模塊和先進(jìn)的變頻器制造工藝，是普傳科技設(shè)計(jì)制造的新一代高品質(zhì)、多功能變頻器，為電氣傳動提供合適的解決方案。憑借其卓越的性能，普傳變頻器在機(jī)車空調(diào)穩(wěn)壓電源中運(yùn)行安全可靠。

2  技術(shù)要求

      機(jī)車空調(diào)穩(wěn)壓電源為機(jī)車（駕駛室）空調(diào)機(jī)提供工作電源，將單相交流電源AC220V/50Hz轉(zhuǎn)換為三相電源AC380V/50Hz，功率大于3Kw。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，單相電進(jìn)來以后進(jìn)入濾波器，然后是功率部分輸出140V交流電，經(jīng)升壓變壓器輸出給空調(diào)設(shè)備。加裝濾波器是為了消除輸入電源中諧波成分，而且能夠增強(qiáng)穩(wěn)壓電源的抗干擾能力。電源的核心部分就是功率器單元，也就是變頻器部分，這個單元要有非常可靠的性能，才能使機(jī)車空調(diào)正常運(yùn)轉(zhuǎn)有保障。

圖1穩(wěn)壓電源整體結(jié)構(gòu)

作為對火車機(jī)車空調(diào)供電電源的專用設(shè)備，穩(wěn)壓電源變頻器部分（圖2所示）具體要求如下：

① 輸入電壓：單相交流，160V～280V，50Hz；

② 輸出電壓：三相（三角形連接）、140±5V，50Hz，功率大于5kW，驅(qū)動感性負(fù)載（電源變壓器）；

③ 基本保護(hù)功能：

在供電電壓發(fā)生過壓、欠壓時(shí)、在變頻器輸出過流和缺相時(shí)，在變頻器工作過熱時(shí)，應(yīng)關(guān)閉工作并送出信號；

④ 工作環(huán)境溫度：5～60℃，自然通風(fēng)散熱條件；

⑤ 變頻器其它具有基本的功能不變。

⑦ 工作相對濕度：20% ~ 80%；

圖2 穩(wěn)壓電源變頻器結(jié)構(gòu)

3 功能實(shí)現(xiàn)

      AC機(jī)車（駕駛室）空調(diào)電源主要應(yīng)用了普傳PI8000矢量變頻器的穩(wěn)壓電源功能。在變頻器的輸出端安裝一個電壓型霍爾傳感器，利用此傳感器檢測變頻器的輸出電壓，傳感器會根據(jù)變頻器輸出電壓的變化反饋一個變化的電流信號，變頻器控制軟件根據(jù)反饋信號對輸出電壓做出調(diào)整，使輸出電壓恒定在140V。這個功能的實(shí)現(xiàn)主要應(yīng)用了變頻器內(nèi)置的PID功能，我們在變頻器的PID參數(shù)選項(xiàng)中設(shè)置好參數(shù)，由于輸入電壓波動非常的頻繁不定，所以變頻器的輸出電壓也會隨之改變，電壓型霍爾傳感器的反饋信號也會隨之改變，當(dāng)反饋信號高于設(shè)定值時(shí)，變頻器會降低輸出電壓，使其達(dá)到設(shè)定輸出電壓，反之則升高輸出電壓，外部接線如圖3所示。

圖3 變頻器接線圖

      接線圖中R、T是變頻器的兩相輸入端，U、V、W為變頻器的輸出端，傳感器的初級檢測端接到U、W兩相。由于傳感器次級線圈輸出的是交流電壓信號，變頻器不能讀取，所以在信號輸出端用一個二極管整流，使變頻器能夠讀取反饋信號。

圖4 電壓型霍爾傳感器接線圖

      圖4為電壓型霍爾傳感器的接線原理圖，左端初級兩根線分別接變頻器的電壓輸出端，電阻RI的作用是使傳感器輸入電流為額定初級電流10mA，這時(shí)傳感器工作在最佳精度狀態(tài)；右側(cè)次級三根線分別是+15V、信號輸出M、-15V，其中+15V和-15V是傳感器的工作電壓，信號輸出端M接到變頻器的AI2端子上。

R1電阻阻值的選取：傳感器初級電壓為140V，初級電流為10mA，

R1=140/0.01=14000Ω ，P=140*0.01=1.4W，R1的阻值是1.4KΩ∕2W。

RM電阻根據(jù)傳感器說明選取：360Ω∕1/2W

4  變頻器參數(shù)設(shè)置

      變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表，其中電壓上升和下降時(shí)間是變頻器在收到反饋信號之后輸出電壓調(diào)整時(shí)間。P04鍵盤給定信號值是用來設(shè)定輸出電壓值，變頻器輸出140V時(shí)反饋信號是2.3V，端子默認(rèn)輸入信號是0—10V，所以P04設(shè)定為2.3。

5 結(jié)束語

      經(jīng)試驗(yàn)證明，普傳科技矢量控制變頻器完全達(dá)到機(jī)車空調(diào)穩(wěn)壓電源的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，輸出電壓的波動范圍很小，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足電力機(jī)車惡劣條件下的運(yùn)行要求，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。