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摘要：动车组空调装置中，压缩机功率较大，空调装置在启动时产生很大的启动电流，容易对动车组的辅助供电系统产生较大冲击。本文以CR200J动车组为研究对象，通过实验测量得每节车厢的空调装置在启动时峰值电流与过电流保护时间，在空调装置控制回路中加入延时继电器，使各空调装置错开峰值电流时间点延时顺序启动。这种方式有效降低了动车组空调装置启动电流，确保辅助供电系统及其用电设备能够稳定正常工作，对动车组安全运行具有重要意义。
关键词：动车组;空调装置;压缩机;启动电流;延时顺序启动
0 引言
复兴号CR200J动力集中式动车组，是由中国铁路总公司与中国中车集团共同设计研发的一款基于成熟的25T型客车及HXD1G/HXD3G机车的动力集中式动车组，旨在提高既有铁路的运输服务品质，满足人们越来越高的出行要求，实现既有电气化铁路中普速列车的更新换代。
动车组辅助供电系统作为动车组的关键技术之一，其功能是为除牵引供电以外的列车上所有的其它负载供电，主要包括空调系统、照明系统、列车控制系统等。其中，在空调系统中，相对于其他用电设备而言，压缩机功率较大，其电机启动时电流叠加后会形成一个大约为空调装置额定工作电流6～7倍的启动电流，容易导致动车组辅助供电系统输出电压不稳定、电流过载等不良影响。合理选择空调机组的启动方式，不但可以避免启动电流对单相逆变器的冲击过大，还能有效提高空调装置的使用寿命，保证空调系统能够正常工作。因此，研究和分析空调装置在启动和工况转换过程中减小冲击电流的方法和手段，对确保辅助供电系统正常工作与动车组安全运行具有重要意义。本文以CR200J动力集中式动车组为研究对象，首先分析了空调装置主要用电设备的工作参数与空调装置的工作模式，接着通过测量空调装置在启动时的主回路电流，得到空调装置的启动电流峰值与过电流保护时间，最后通过在空调装置的控制回路中引入延时继电器，提出了一种空调压缩机的延时顺序启动方式与具体实现思路。
1 CR200J动车组的空调装置
CR200J动车组的短编组形式为“1辆动力车+7辆拖车+1辆控制车”，每一节车厢均安装一个单独的空调装置，空调装置主要由压缩机、预热器、蒸发风机、冷凝风机、蒸发器、冷凝器、新风温度传感器、节流装置和空调控制器等设备构成，其主要用电设备的分布形式与工作参数如表1所示。
空调装置在实际工作中具有多种工作模式，不同工作模式下主要用电设备的工作情况如表2所示。当空调装置在不同的工作模式之间进行切换时，用电设备会频繁地启动或停止。由于压缩机的电动机功率较大且为三相负载，当空调装置在全冷模式下工作时，2台压缩机会同时全载运行，空调装置在启动时会出现一个约为空调机组额定工作电流6～7倍的启动电流，远远超出逆变器的过电流保护设定值，引起逆变器因过载保护而停机，无法继续为空调系统进行供电，影响空调装置的正常工作。
2 空调压缩机的启动方式优化设计
为了防止各节车厢的空调机组压缩机同时启动，对辅助供电系统造成的交流负载严重过载，常用的做法是通过TCMS对空调机组压缩机进行错时启动控制。TCMS按照一定的循环周期，分别向各节车厢的空调系统发送“空调允许启动”的时间窗口，每节车厢的空调系统只能在属于自己的时间窗口时才能启动，其他时间则不允许启动。每节车厢内的空调压缩机启动顺序由空调厂家控制，但在一个时间窗口中，只允许启动一个空调压缩机。对于已经完成启动的空调系统，其停机过程不受该时间窗口的控制，可以根据外界温度条件或者控制指令随时停机。此外，当制动系统空压机启动前会预先发出一个“空压机预启动”信号，TCMS检测到该信号后将关闭所有空调装置的启动时间窗口，禁止一段时间内的所有空调装置的启动操作。
在列车网络通信系统发生故障的情况下，无法保证TCMS能够发出正确的错时启动控制信号，也就无法避免空调压缩机同时启动造成启动电流过大的情况。因此在这种情况下，可以通过测量空调压缩机在启动时逆变器的过电流保护时间，在压缩机的控制回路中引入延时继电器，保证延时准确性，实现空调压缩机错时顺序启动。
2.1 压缩机同时启动时的电流测量
为了获得延时继电器的延时时间，首先通过测量空调装置主回路的启动电流，得到逆变器的过电流保护时间，进而计算每个压缩机需要延时的时间值。压缩机同时启动时的主回路电流变化曲线如图1所示。从图1（a）中可以看出，当压缩机同时启动时，主回路的启动电流峰值最大为222.3A，远远超过逆变器的过电流保护设定值150A，因此会触发逆变器的过电流保护机制导致逆变器停机。从图1（b）中可以得到逆变器的过电流保护时间约为34ms，所以各个压縮机应在延时34ms之后顺序启动。
2.2 延时顺序启动方式的实现
为了实现压缩机延时顺序启动，需要将控制压缩机启动的中间继电器替换为延时继电器，即在各个压缩机的控制回路中加入延时继电器线圈，并在相应的供电回路中加入延时继电器闭合触点，控制回路中的延时继电器线圈分别在延时34ms的整数倍时间点依次得电，当延时继电器线圈得电时，对应的延时继电器闭合触点同时闭合，压缩机实现延时顺序启动。压缩机延时顺序启动的主回路和控制回路电气原理图如图2和图3所示。
压缩机延时顺序启动的主回路电流变化曲线如图4所示。从图中可以看出，压缩机在延时顺序启动的过程中，主回路的电流变化曲线比较平缓，电流值均小于逆变器的过电流保护设定值，实现了空调装置的正常启动。
3 结论
通过在空调机组的控制电路中引入延时继电器的方式，能够解决列车网络通信系统在发生故障的情况下，使空调机组压缩机能够准确地延时顺序启动，有效降低了空调机组的启动电流，保障了空调机组的正常工作与动车组的安全运行。
参考文献：
[1]庞会文，杨美传，罗继华.动车组空调装置启动对辅助供电系统影响分析[J].机车电传动，2010（03）：17-19，23.
[2]吴云飞，杨美传，张龙飞.基于CRH5型动车组辅助电源系统的负载启动研究[J].铁道车辆，2017，55（08）：5-8，4.
[3]马秋香，张婷，赵贵芳.轨道交通空调压缩机的启动方法[P].CN110356425A，2019-10-22.
[4]金文斌，田永洙，张文忠.CRH380CL动车组新型空调网络控制冗余电路设计[J].大连交通大学学报，2013，34（04）：109-111.
[5]郑竞宏，朱守真，王光，王小宇.空调负荷运行特性研究及建模[J].中国电机工程学报，2009，29（10）：67-73.
[6]赵荣国，王玲文，艾永乐.空调压缩电机2种启动方式的比较研究[J].湖南工业大学学报，2009，23（05）：38-40.
关键词：动车组;空调装置;压缩机;启动电流;延时顺序启动
0 引言
复兴号CR200J动力集中式动车组，是由中国铁路总公司与中国中车集团共同设计研发的一款基于成熟的25T型客车及HXD1G/HXD3G机车的动力集中式动车组，旨在提高既有铁路的运输服务品质，满足人们越来越高的出行要求，实现既有电气化铁路中普速列车的更新换代。
动车组辅助供电系统作为动车组的关键技术之一，其功能是为除牵引供电以外的列车上所有的其它负载供电，主要包括空调系统、照明系统、列车控制系统等。其中，在空调系统中，相对于其他用电设备而言，压缩机功率较大，其电机启动时电流叠加后会形成一个大约为空调装置额定工作电流6～7倍的启动电流，容易导致动车组辅助供电系统输出电压不稳定、电流过载等不良影响。合理选择空调机组的启动方式，不但可以避免启动电流对单相逆变器的冲击过大，还能有效提高空调装置的使用寿命，保证空调系统能够正常工作。因此，研究和分析空调装置在启动和工况转换过程中减小冲击电流的方法和手段，对确保辅助供电系统正常工作与动车组安全运行具有重要意义。本文以CR200J动力集中式动车组为研究对象，首先分析了空调装置主要用电设备的工作参数与空调装置的工作模式，接着通过测量空调装置在启动时的主回路电流，得到空调装置的启动电流峰值与过电流保护时间，最后通过在空调装置的控制回路中引入延时继电器，提出了一种空调压缩机的延时顺序启动方式与具体实现思路。
1 CR200J动车组的空调装置
CR200J动车组的短编组形式为“1辆动力车+7辆拖车+1辆控制车”，每一节车厢均安装一个单独的空调装置，空调装置主要由压缩机、预热器、蒸发风机、冷凝风机、蒸发器、冷凝器、新风温度传感器、节流装置和空调控制器等设备构成，其主要用电设备的分布形式与工作参数如表1所示。
空调装置在实际工作中具有多种工作模式，不同工作模式下主要用电设备的工作情况如表2所示。当空调装置在不同的工作模式之间进行切换时，用电设备会频繁地启动或停止。由于压缩机的电动机功率较大且为三相负载，当空调装置在全冷模式下工作时，2台压缩机会同时全载运行，空调装置在启动时会出现一个约为空调机组额定工作电流6～7倍的启动电流，远远超出逆变器的过电流保护设定值，引起逆变器因过载保护而停机，无法继续为空调系统进行供电，影响空调装置的正常工作。
2 空调压缩机的启动方式优化设计
为了防止各节车厢的空调机组压缩机同时启动，对辅助供电系统造成的交流负载严重过载，常用的做法是通过TCMS对空调机组压缩机进行错时启动控制。TCMS按照一定的循环周期，分别向各节车厢的空调系统发送“空调允许启动”的时间窗口，每节车厢的空调系统只能在属于自己的时间窗口时才能启动，其他时间则不允许启动。每节车厢内的空调压缩机启动顺序由空调厂家控制，但在一个时间窗口中，只允许启动一个空调压缩机。对于已经完成启动的空调系统，其停机过程不受该时间窗口的控制，可以根据外界温度条件或者控制指令随时停机。此外，当制动系统空压机启动前会预先发出一个“空压机预启动”信号，TCMS检测到该信号后将关闭所有空调装置的启动时间窗口，禁止一段时间内的所有空调装置的启动操作。
在列车网络通信系统发生故障的情况下，无法保证TCMS能够发出正确的错时启动控制信号，也就无法避免空调压缩机同时启动造成启动电流过大的情况。因此在这种情况下，可以通过测量空调压缩机在启动时逆变器的过电流保护时间，在压缩机的控制回路中引入延时继电器，保证延时准确性，实现空调压缩机错时顺序启动。
2.1 压缩机同时启动时的电流测量
为了获得延时继电器的延时时间，首先通过测量空调装置主回路的启动电流，得到逆变器的过电流保护时间，进而计算每个压缩机需要延时的时间值。压缩机同时启动时的主回路电流变化曲线如图1所示。从图1（a）中可以看出，当压缩机同时启动时，主回路的启动电流峰值最大为222.3A，远远超过逆变器的过电流保护设定值150A，因此会触发逆变器的过电流保护机制导致逆变器停机。从图1（b）中可以得到逆变器的过电流保护时间约为34ms，所以各个压縮机应在延时34ms之后顺序启动。
2.2 延时顺序启动方式的实现
为了实现压缩机延时顺序启动，需要将控制压缩机启动的中间继电器替换为延时继电器，即在各个压缩机的控制回路中加入延时继电器线圈，并在相应的供电回路中加入延时继电器闭合触点，控制回路中的延时继电器线圈分别在延时34ms的整数倍时间点依次得电，当延时继电器线圈得电时，对应的延时继电器闭合触点同时闭合，压缩机实现延时顺序启动。压缩机延时顺序启动的主回路和控制回路电气原理图如图2和图3所示。
压缩机延时顺序启动的主回路电流变化曲线如图4所示。从图中可以看出，压缩机在延时顺序启动的过程中，主回路的电流变化曲线比较平缓，电流值均小于逆变器的过电流保护设定值，实现了空调装置的正常启动。
3 结论
通过在空调机组的控制电路中引入延时继电器的方式，能够解决列车网络通信系统在发生故障的情况下，使空调机组压缩机能够准确地延时顺序启动，有效降低了空调机组的启动电流，保障了空调机组的正常工作与动车组的安全运行。
参考文献：
[1]庞会文，杨美传，罗继华.动车组空调装置启动对辅助供电系统影响分析[J].机车电传动，2010（03）：17-19，23.
[2]吴云飞，杨美传，张龙飞.基于CRH5型动车组辅助电源系统的负载启动研究[J].铁道车辆，2017，55（08）：5-8，4.
[3]马秋香，张婷，赵贵芳.轨道交通空调压缩机的启动方法[P].CN110356425A，2019-10-22.
[4]金文斌，田永洙，张文忠.CRH380CL动车组新型空调网络控制冗余电路设计[J].大连交通大学学报，2013，34（04）：109-111.
[5]郑竞宏，朱守真，王光，王小宇.空调负荷运行特性研究及建模[J].中国电机工程学报，2009，29（10）：67-73.
[6]赵荣国，王玲文，艾永乐.空调压缩电机2种启动方式的比较研究[J].湖南工业大学学报，2009，23（05）：38-40.