论文部分内容阅读
摘要：最近几年，随着城市轨道交通行业地铁车辆技术的发展，越来越多的变频空调被应用到车辆中。变频空调可以减小地铁车辆的能耗，提高乘客舒适度。但是，变频空调的6脉冲整流电路产生的谐波也会对车辆中压母线电源质量产生较大的影响。本文针对国内某地铁项目辅助变流器滤波单元中的三相滤波电容发生严重烧损的故障，结合理论与现场试验，调查变频空调产生的谐波对滤波电容的影响，分析其影响机制及影响程度，以供使用车载变频空调的地铁项目参考。
关键词：地铁车辆变频空调;辅助变流器滤波电容;影响分析
引言
随着我国轨道交通行业的迅速发展，地铁在城市发展中担当了重要角色。地铁车辆除了满足安全、可靠外，其舒适度和节能效果也是很重要的指标。舒适度满足人们对生活品质的追求，节能符合我国节能减排的大政方针，因此有必要对地铁车辆的舒适度和节能效果进行研究。目前在我国地铁车辆上运用较多的空调机组为定速空调机组，变频空调机组应用相对较少。
1辅助变流器滤波单元系统
受电弓下来的1500V直流电源经过变流器单元和变压器逆变为380V/50Hz的三相交流电，通过三相滤波电容器及电抗器组成的LCL滤波器进行滤波，为车辆辅助负载设备包括冷却风机、车载空调机组HVAC、制动系统空压机、充电机等供电。车载空调机组为变频空调，通过6脉冲整流模块将380V电压整流为直流电压，然后通过逆变器形成变压变频交流电源驱动空调压缩机。三相滤波电容器设计的目的是滤除变流器输出的高次谐波，降低输出三相电压的畸波率。另外，除了作为滤波器的功能之外，三相电容器还可以为车辆感性负载消耗的无功功率提供无功功率补偿。三相电容额定容值3×550μF±5%，额定电压400V，峰值电压620V，额定线电流160A。三相电抗器额定电抗3×18μH，额定电压400V，额定电流370A。三相变压器内置的电抗器电抗为3×500μH。理想的交流电压和电流波形应该是单一频率的正弦波，而实际的供电系统中由于负载的非线性会使电压和电流产生畸变而偏离正弦，出現各种谐波分量。AC为变流器输出电源，为集成在变压器单元的三相电抗器，为三相滤波电容，为三相电抗器，为负载（变频空调）产生的高次谐波电源。在单独考虑负载侧谐波分量Uh影响的情况下，可忽略对谐波电流的影响。由等效电路可见，谐波电流Ih在经过电抗器的抑制作用后，全部经过电容流通。在更恶劣的情况下，谐波频次如果处于电感和电抗组成的LC谐振频率带，会产生更大的谐波电流。另外，谐波电压会导致电容器运行电压有效值和峰值增大，直接降低滤波单元设备的设计余量。严重情况下会导致电容器绝缘受损，引起局部放电，影响滤波电容寿命。
2故障成因
列车编组当中布设了许多空压机，这是为了确保其相互之间的均衡性，从而有效规避空压机在运行的过程中会附着诸多冷凝水，所以拟定超出30%该类的运转周期。如果启动前导单元车搭配这一压缩机，就不可以去启动预备所用的压缩机。与这一现状相对应的是，如果缩减到预设风缸压力的情况下，前导空压机将会被启动，从而有效填补运行中所消耗掉的空气压力。如果在运行的过程中装置内部的过多气流被消耗掉，那么就会启用备用范围之内的压缩机，实现对风缸初始压力的有效填补。在整个空调系统当中，如果其中的某一台压缩机呈现出故障的状态，此时车辆并不会受到影响，依旧会保持常态运行，其也不会对预设的列车性能带来过多的干扰。但是，备用空压机将会添加原有的输出，直到初始的多倍为止。基于此，只有设定双重形式的负荷才能满足空调系统正常运行的需要。基于这一系统情况，该地铁车辆的空调系统常见故障主要包括以下几种：压缩机组不可以被有效启动、压缩机在运行的过程中油品泄露量超出了规定范围、压力升高的速度比较缓慢、所输送到车厢之内的气力严重不足等。导致这些故障出现的根本原因在于以下几点：压缩机被堵塞;在管路衔接的地方存在一定的泄露点;曲轴箱布设上了松动形态之下的螺旋塞;气动配件在运行的过程中发生了泄露。结合这些常见故障以及导致故障出现的主要原因可知，在检查以及分析故障的时候，一定要集中针对衔接的插头、推动器以及曲柄调控的压缩机进行检查;对于空气管道的查验过程中，一定要对装置所配备的螺旋塞进行拧紧处理，如果在相关条件允许的情况下，也可以重新设置固有的密封装置。在一些特殊的情况之下，粘结活塞遭到损坏之后，在装置内部的压力递增的过程中就会出现速率偏慢的问题。针对这一情况，相关技术人员一定要认真仔细的查验气动构件所呈现出来的泄露状态，如果发现压缩机所特有的法兰倾向泄露的时候，应该将其归结为进气口发生了堵塞现象，所以在日常运维工作中一定要对进气口的口径进行定期查验，同时还要定期的清洗进气口，也可以将原有的过滤器进行替换。
3地铁车辆变频空调对辅助变流器滤波电容的优化
3.1车内舒适度控制原理
空调机组制冷的基本控制原理是：客室车厢温度或回风温度信号被反馈至控制器，由控制器进行判断并输出控制信号以控制压缩机的工作状态。定速空调机组是通过压缩机的频繁启停或旁通来控制车内的温度和湿度的，当车内温度高于目标温度上限值时压缩机开始工作，此时车内温度会迅速降低，直至达到目标温度下限值时压缩机才会停机，如此反复来控制车内温度，这样车内温度和湿度必然会产生较大的波动，舒适度较差。变频空调机组是通过调节压缩机的工作频率来控制车内的温度和湿度的，当车内温度接近目标温度上限值时控制器会提高压缩机工作频率，从而使制冷量加大，当车内温度与目标温度一致时控制器会维持压缩机的工作频率，当车内温度接近目标温度下限值时控制器会降低压缩机的工作频率，这样就把温度和湿度控制在较小的范围内波动，车内舒适度较好。
3.2改进变频空调
为了改善车辆中压母线的电源质量，可以在变频空调的输入侧安装滤波电抗器，用于抑制空调整流电路产生的谐波流窜到车辆母线中。一般来说，在选择插入电路的电抗器的容量时，应使电抗器上的电压降在负载的额定电压2%～5%。而当串联安装电压降在5%的电抗器时，可以使高次谐波的含有率得到30%的改善。同时输入电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响变频空调机组正常工作。一般情况下选取进线电压的4%（8.8V）已足够。
结语
综上所述，在轨道车辆运行的过程中，空调系统发挥关键性作用，尤其在城市人口数量不断增加，利用城市轨道交通出行的居民越来越多的背景下，只有确保轨道车辆空调系统的安全稳定运行，才能实现对车辆内部温度的有效调控，才能确保车厢内部空气的流通，进而使得轨道车辆的舒适性增强。希望通过文章的阐述，可以使得相关技术人员认识到确保轨道车辆空调系统稳定运行的重要意义，结合工作实践总结轨道车辆空调系统常见故障类型以及导致故障出现的根本原因，同时要利用现代科学技术有效的制定故障排查以及维修方案，为广大城市居民营造更加舒适的出行环境。
参考文献
[1]陈慈萱.电气工程基础[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2]蔡聪朝，李翔，刘乐陶，等.光伏逆变器母线电容纹波电流计算及分析[J].自动化应用，2013（4）：91-93.
[3]阚加荣，谢少军，吴云亚，等.逆变器侧电流反馈的LCL滤波并网逆变器参数设计[J].电力系统自动化，2013（17）.
[4]刘国庆.轨道车辆变频空调系统谐波干扰及抑制措施[J].电子技术与软件工程，2019（3）：87-88.
关键词：地铁车辆变频空调;辅助变流器滤波电容;影响分析
引言
随着我国轨道交通行业的迅速发展，地铁在城市发展中担当了重要角色。地铁车辆除了满足安全、可靠外，其舒适度和节能效果也是很重要的指标。舒适度满足人们对生活品质的追求，节能符合我国节能减排的大政方针，因此有必要对地铁车辆的舒适度和节能效果进行研究。目前在我国地铁车辆上运用较多的空调机组为定速空调机组，变频空调机组应用相对较少。
1辅助变流器滤波单元系统
受电弓下来的1500V直流电源经过变流器单元和变压器逆变为380V/50Hz的三相交流电，通过三相滤波电容器及电抗器组成的LCL滤波器进行滤波，为车辆辅助负载设备包括冷却风机、车载空调机组HVAC、制动系统空压机、充电机等供电。车载空调机组为变频空调，通过6脉冲整流模块将380V电压整流为直流电压，然后通过逆变器形成变压变频交流电源驱动空调压缩机。三相滤波电容器设计的目的是滤除变流器输出的高次谐波，降低输出三相电压的畸波率。另外，除了作为滤波器的功能之外，三相电容器还可以为车辆感性负载消耗的无功功率提供无功功率补偿。三相电容额定容值3×550μF±5%，额定电压400V，峰值电压620V，额定线电流160A。三相电抗器额定电抗3×18μH，额定电压400V，额定电流370A。三相变压器内置的电抗器电抗为3×500μH。理想的交流电压和电流波形应该是单一频率的正弦波，而实际的供电系统中由于负载的非线性会使电压和电流产生畸变而偏离正弦，出現各种谐波分量。AC为变流器输出电源，为集成在变压器单元的三相电抗器，为三相滤波电容，为三相电抗器，为负载（变频空调）产生的高次谐波电源。在单独考虑负载侧谐波分量Uh影响的情况下，可忽略对谐波电流的影响。由等效电路可见，谐波电流Ih在经过电抗器的抑制作用后，全部经过电容流通。在更恶劣的情况下，谐波频次如果处于电感和电抗组成的LC谐振频率带，会产生更大的谐波电流。另外，谐波电压会导致电容器运行电压有效值和峰值增大，直接降低滤波单元设备的设计余量。严重情况下会导致电容器绝缘受损，引起局部放电，影响滤波电容寿命。
2故障成因
列车编组当中布设了许多空压机，这是为了确保其相互之间的均衡性，从而有效规避空压机在运行的过程中会附着诸多冷凝水，所以拟定超出30%该类的运转周期。如果启动前导单元车搭配这一压缩机，就不可以去启动预备所用的压缩机。与这一现状相对应的是，如果缩减到预设风缸压力的情况下，前导空压机将会被启动，从而有效填补运行中所消耗掉的空气压力。如果在运行的过程中装置内部的过多气流被消耗掉，那么就会启用备用范围之内的压缩机，实现对风缸初始压力的有效填补。在整个空调系统当中，如果其中的某一台压缩机呈现出故障的状态，此时车辆并不会受到影响，依旧会保持常态运行，其也不会对预设的列车性能带来过多的干扰。但是，备用空压机将会添加原有的输出，直到初始的多倍为止。基于此，只有设定双重形式的负荷才能满足空调系统正常运行的需要。基于这一系统情况，该地铁车辆的空调系统常见故障主要包括以下几种：压缩机组不可以被有效启动、压缩机在运行的过程中油品泄露量超出了规定范围、压力升高的速度比较缓慢、所输送到车厢之内的气力严重不足等。导致这些故障出现的根本原因在于以下几点：压缩机被堵塞;在管路衔接的地方存在一定的泄露点;曲轴箱布设上了松动形态之下的螺旋塞;气动配件在运行的过程中发生了泄露。结合这些常见故障以及导致故障出现的主要原因可知，在检查以及分析故障的时候，一定要集中针对衔接的插头、推动器以及曲柄调控的压缩机进行检查;对于空气管道的查验过程中，一定要对装置所配备的螺旋塞进行拧紧处理，如果在相关条件允许的情况下，也可以重新设置固有的密封装置。在一些特殊的情况之下，粘结活塞遭到损坏之后，在装置内部的压力递增的过程中就会出现速率偏慢的问题。针对这一情况，相关技术人员一定要认真仔细的查验气动构件所呈现出来的泄露状态，如果发现压缩机所特有的法兰倾向泄露的时候，应该将其归结为进气口发生了堵塞现象，所以在日常运维工作中一定要对进气口的口径进行定期查验，同时还要定期的清洗进气口，也可以将原有的过滤器进行替换。
3地铁车辆变频空调对辅助变流器滤波电容的优化
3.1车内舒适度控制原理
空调机组制冷的基本控制原理是：客室车厢温度或回风温度信号被反馈至控制器，由控制器进行判断并输出控制信号以控制压缩机的工作状态。定速空调机组是通过压缩机的频繁启停或旁通来控制车内的温度和湿度的，当车内温度高于目标温度上限值时压缩机开始工作，此时车内温度会迅速降低，直至达到目标温度下限值时压缩机才会停机，如此反复来控制车内温度，这样车内温度和湿度必然会产生较大的波动，舒适度较差。变频空调机组是通过调节压缩机的工作频率来控制车内的温度和湿度的，当车内温度接近目标温度上限值时控制器会提高压缩机工作频率，从而使制冷量加大，当车内温度与目标温度一致时控制器会维持压缩机的工作频率，当车内温度接近目标温度下限值时控制器会降低压缩机的工作频率，这样就把温度和湿度控制在较小的范围内波动，车内舒适度较好。
3.2改进变频空调
为了改善车辆中压母线的电源质量，可以在变频空调的输入侧安装滤波电抗器，用于抑制空调整流电路产生的谐波流窜到车辆母线中。一般来说，在选择插入电路的电抗器的容量时，应使电抗器上的电压降在负载的额定电压2%～5%。而当串联安装电压降在5%的电抗器时，可以使高次谐波的含有率得到30%的改善。同时输入电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响变频空调机组正常工作。一般情况下选取进线电压的4%（8.8V）已足够。
结语
综上所述，在轨道车辆运行的过程中，空调系统发挥关键性作用，尤其在城市人口数量不断增加，利用城市轨道交通出行的居民越来越多的背景下，只有确保轨道车辆空调系统的安全稳定运行，才能实现对车辆内部温度的有效调控，才能确保车厢内部空气的流通，进而使得轨道车辆的舒适性增强。希望通过文章的阐述，可以使得相关技术人员认识到确保轨道车辆空调系统稳定运行的重要意义，结合工作实践总结轨道车辆空调系统常见故障类型以及导致故障出现的根本原因，同时要利用现代科学技术有效的制定故障排查以及维修方案，为广大城市居民营造更加舒适的出行环境。
参考文献
[1]陈慈萱.电气工程基础[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2]蔡聪朝，李翔，刘乐陶，等.光伏逆变器母线电容纹波电流计算及分析[J].自动化应用，2013（4）：91-93.
[3]阚加荣，谢少军，吴云亚，等.逆变器侧电流反馈的LCL滤波并网逆变器参数设计[J].电力系统自动化，2013（17）.
[4]刘国庆.轨道车辆变频空调系统谐波干扰及抑制措施[J].电子技术与软件工程，2019（3）：87-88.