DS-TY-电力机车空调电源教材

1、深圳市通业科技发展有限公司员工培训教材之： 空调电源培训教材 版本号：V1.0深圳市通业科技发展有限公司员工培训教材电力机车空调电源培 训 教 材主讲：潘景荣一、 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。均采用了先进的功率模块和高性能的16位电机控制专用微处理器，逆变控制方式采用电压空间矢量，具有启动转矩大，转动平稳的特点，另外采用软切换方式，消除了对接触器的电流出击。这两种分别适用于机车上AC396V和AC220V辅助绕组供电。二、 STACP-I空调电源1、 系统构成STACP-I电力机车空调电源系统由隔离变压器箱、主

2、机箱、I（II）端控制箱构成。变压器箱的功能是将AC396V转换为AC330V；主机箱的主要功能是将单相AC330V转换为三相AC380V；控制箱的主要功能是控制整个电源的启停、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IGBT 3. 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IGBT 22. 连接母排23冷却

3、风扇 24. 前面板 25. 空气开关 26. 侧板图1 STACP-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2 STACP-1型空调电源隔离变压器箱结构图1. 连接器 2. 控制箱骨架 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3 STACP-1型空调电源控制箱结构图对于重联型机车，每台车配置两台空调电源主机箱、两台控制箱、一台隔离变压器箱及两台空调机组。如图4所示。对于非重联型机车，每台车配置一台空调电源主机箱、两台

4、控制箱、一台隔离变压器箱机两台空调机组。如图5所示。隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入I端部分隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入II端部分 图4 重联型电力机车空调电源系统构成框图隔离变压器箱主机箱控制箱空调机组控制电源输入主电源输入II端部分控制箱空调机组控制电源输入图5 非重联型电力机车空调电源系统构成框图2、 技术条件（1） 额定输入交流电压：单相AC396V（-30%+24%），50Hz（2） 输入直流电压：DC110V（-30%+24%）（3） 额定输出容量：5KVA（4） 额定输出频率：50Hz±1Hz（5） 额定输出电压：三相交流

5、380V±5%（6） 输出电压波形：正弦脉宽调制波（7） 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%（8） 空调启动方式：变频启动，自050Hz启动时间不大于10S。（9） 工作环境条件：符合TB1394中的规定。（10） 转换效率：90% （11） 分相段运行方式：过分相段，时间小于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。（12） 保护方式：电源具有过压、过流、欠压、短路、过热、接地及控制系统故障保护。3、 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

6、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，首先合接触器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。这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定在560VDC；而直流110VDC供电时通过其将母线电压稳定在365VDC。电压传感器1SV构成电压检测闭环，使母线电压稳定在要求的范围。

7、电流传感器1SC构成电流检控环节。斩波频率为20KHZ，消除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。斩波管触发电路采用专用的触发IC，具有对IGBT的过流保护能力。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作为浪涌吸收，代替传统的电力电子电路的复杂吸收电路，结构简单。采用较高的载波频率（5KHZ），降低电压谐波含量。3.2控制电路控制电路框图如图5所示。图7 STACP-1空调电源控制电路框图整个功能的完成由隔离变压器盒、两个控制盒和电源箱共同完成，在任何功能切换时，控制盒首先给出转换信号，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。 当系统检测到

8、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。 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。 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，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM4，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 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，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合KM5，系统再延时10秒从0到50H

9、Z变频启动，启动时间10秒。 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，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合7KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 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，降频时间50秒（如果系统刚开始为0HZ，将直接延时50秒），然后合6KM，系统再延时10秒从0到50HZ变频启动，启动时间10秒。 当系统由制热转到通风（或制冷）时，系统首先断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、

10、KM7、KM8为II端接触器，对应与I端的KM5、KM4、KM3）3.3、 控制箱在每个驾驶室中，配有一个控制箱，控制箱原理图如图6 所示。图8 STACP-1空调电源I端控制箱原理图控制箱操作方式如表一所示。表一、控制箱操作方式工作/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自动自动调节温度通风手动手动调节温度制热本端停止无效无效无效系统控制箱分为I端控制箱和II端控制箱，连接好线后，把断路器打到ON状态，控制盒便得到工作电源，然后可对它进行状态转换。为更好地使用本系统，我们对控制盒操作作以下约定：系统不允许I端控制箱和II端控制箱的工

11、作/停止转换开关同时处在本端工作状态；I端工作时，I端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时II端操作无效。II端工作时，II端控制箱工作/停止转换开关处于本端工作位， I端控制箱工作/停止转换开关处于本端停止位，根据操作者要求选择“制冷”、“通风”、“制热”信号，系统将按照4.2进行相应的自动操作，此时I端操作无效。系统控制箱有自动温控作用，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

12、控不起作用。3.4工作流程停止闭合制冷（制热）接触器停机?过分相结束?降频运行过分相段？斩波器、逆变器工作闭合主接触器闭合充电接触器检测交流330V电压闭合通风接触器判断启动方式系统复位并初始化开始NYNYNYNY直接制冷（制热）启动？有交流输入？3.5相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 控制箱、变压器箱和空调电源安装尺寸如图7 、图8、图9所示。图图7 STACP-1控制箱安装尺寸图8 STACP-1空调电源隔离变压器箱安装尺寸图图9 STACP-1空调电源主机箱安装尺寸4.2

13、 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。- 30 -图10 STACP-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型空调电源采用一体化设计，和STACP-I型最大的区别是甩掉了隔离变压器箱和控制箱。系统由主机箱和司机台的转换开关构成。对于重联型机车，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；对于非重联型机车，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。主机箱空调机组控制信号输入主电源输入I端部分主机箱空调机组控制信号输入主电源输入II端部分 图11重联车系统构成图主机箱I端空调机组I端控制信号输入主电源输入I

14、I端空调机组II端控制信号输入图12重联车系统构成图2、技术条件（1） 额定输入交流电压：单相AC220V（-30%+24%），50Hz（2） 输入直流电压：DC110V（-30%+24%）（3） 额定输出容量：5KVA（4） 额定输出频率：50Hz±1Hz（5） 额定输出电压：三相交流380V±5%（6） 输出电压波形：准正弦波（7） 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%（8） 空调启动方式：变频启动，自050Hz启动时间不大于10S。（9） 工作环境条件：符合TB1394中的规定。（10）转换效率：90% （11）保护方式：电源具有过压、过流、欠压、短

15、路、过热、接地及控制系统故障保护。3、工作原理31、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，首先合接触器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定在590VDC，保证了逆变输出电压的稳定。斩波管采用IGB

16、T，斩波频率为20KHZ，消除了由于斩波用储能电感所带来的电磁噪声。斩波管触发电路采用专用的触发C1，对IGBT过流具有保护能力。逆变单元由逆变模块D3、无感电容C5构成，。无感电容C5作为浪涌吸收，代替传统的电力电子电路的复杂吸收电路，结构简单。系统采用矢量控制方式，相对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。采用较高的载波频率（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。32、系统工作过程 图13 STACP-II主电路图 控制电路框图见图14。 图14 STACP-II外接控制电

17、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，控制开关首先给出转换信号，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。321、当系统检测到交流信号正常时,先合KM，延时1秒，然后合KM，同时断开KM，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。322、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，启动时间10秒，系统进入正常工作状态。323、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

18、相段结束即交流电压恢复正常，系统开始变频启动。324、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。325、如果由制热转到停止，制热接触器立即跳开，室内风机继续工作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。32、当系统在工作时出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相关电压、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

19、压、电流波形：4、 安装与接线 接线图如图15所示。图15 STACP-II控制接线图结构安装如图16所示。 图16 STACP-II结构安装图三维结构图如图17所示。 图17 STACP-II三维结构图四、维修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)可以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)100/100W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 维修注意事项（1）在检修空调电源之前必须降弓。（2）更换任何元件之前，必须关掉主机和控制箱上的空气开关。（3）触摸主机内部元件之前，必须用100

20、/100W放电电阻将直流母线电压放至5V以下，不能直接用导线短接。（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812，4、5、6为室外风机，每两相之间内阻约为4060，7、8、9为室内风机，每两相之间内阻约为110140，10、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10，16、17、18为温度调节开关，17为公共脚，19、20为常闭过热保护开关。配STACP-II型的机组：1、2、3、4、5、6、7、8、9、13、14、15与上同，10

21、、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型空调电源故障判断一 确定输入情况1> 机车开关屏柜内,空调电源总开关要闭合。2> 空调电源箱上空气开关要闭合。3> 控制盒内空气开关闭合，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间都需等待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控制。二 上面三步完成后，电源24伏风扇应正常工作，面对控制盒，左边制冷输出接触器和中间通风

22、输出接触器应闭合。三 故障I型电源所有故障显示都只有控制盒盖上一个红灯。1、 24伏风扇不转。 故障判断步骤：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，则可以确认与输入的相关线路有问题，查找原因后再下一步。如果DC110V输入正常，DC24V、DC5V没有电压，则可以确认主板开关电源已坏，需更换主板；DC24V、DC5V正常则可以确认24V风扇已坏，需更换风扇。2、 控制盒内接触器不吸合。故障判断步骤：因为中间通风接触器是不通过主板

23、直接接在DC110V上，所以它不吸合，可以先看控制箱盖上电源指示灯是否亮？亮则表示电源输入正常，再对照I型电源控制箱原理图，测量箱内部线路，都没有问题则表示接触器坏；不亮则测量外部线路确认输入情况。制冷或制热接触器不吸合的情况。对应I型电源装置接线图和输入/输出状态信号对应表，检查相关线路。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况，需关掉一端的控制箱电源，方便故障判断）；20位端子排的204、205、206、207是对应驱动控制箱制冷或制热接触器的信号，

24、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。3、 24V风扇正常，控制箱接触器正确吸合，等待50秒后不起动（红灯不亮），故障判断步骤：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2.53.5伏。如果正常，则主板已坏，如果不正常，则检测变压器坏。4、 启动时跳空气开关（机车上或电源箱上）。检查电容和整流二极管是否坏？当然也要排除空开本身的原因。5、 亮红灯情况。故障判断步骤：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况。

25、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不会正确）。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（也就是第2脚电压传感器的信号线），电压在DC0.7V左右。五、电容已经炸裂。用万用表测量充电后的电压，如果只有DC400V左右电源就保护了，排除斩波管后，重点检查电容。另外，要

26、特别注意电容外表皮是否已破损，造成接地的情况。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，不要出现有不通的情况。八、出现的比较少，电感旁电流传感器坏的情况，测量测量20位端子排的19位GND与蓝色6位端子的IS位（也就是第5脚电流传感器的信号线），只通DC110V时，信号基本上为0。 针对亮红灯的情况，上面都是讲的一些对于电源内部的情况，维修之前，应首先排除外部因素，对应电源装置接线图，用万用表测量负载的平衡度，温度控制开关和压力控制开关是否闭合。此外，过分相电源亮红灯的情况，一般认为是正

27、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，依然是过分相就保护，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。如出现通风正常，其他状态不行的情况，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况，出现一端工作，二端故障的情况，电源自身的原因较小，需仔细排查外部原因。附二：STACP-II空调电源故障判断一 首先确定输入情况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

28、热1端高压保护1端低压保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端高压保护2端低压保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、 1、2端压缩机故障、室内外风机故障和电加热过热故障，指外部负载出现短路或负载不平衡等问题时的显示。2、 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，同时电源保护。3、 1、2端高低压保护对应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，同时电源保护。4、 输入欠，过压保护指输入交流低于85伏，高于293伏时，相应的灯应亮，同时电源保护。5、 直流母线过流，输出短路灯遇故障同时亮。6、 直流母线过压情况极少遇到。7、 散热器过热为IGBT附近的温度开关如果短路，指示灯亮，电源保护。三、故障情况1、I、II端