趙峰

【摘要】鐵路客車(chē)空調(diào)裝置對(duì)提高旅客的舒適度、改善衛(wèi)生條件有著不可忽視的作用，同時(shí)，客車(chē)空調(diào)裝置性能的好壞已成為評(píng)價(jià)客車(chē)舒適性的重要依據(jù)。本文對(duì)鐵路空調(diào)客車(chē)變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】鐵路空調(diào)客車(chē)；變頻調(diào)速；制冷系統(tǒng)

一、制冷系統(tǒng)概述

制冷系統(tǒng)是利用外界能量使熱量從溫度較高的物質(zhì)（或環(huán)境）轉(zhuǎn)移到溫度較低的物質(zhì)（或環(huán)境）的系統(tǒng)。它由制冷劑和壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四大機(jī)件組成，其可分為蒸氣制冷系統(tǒng)、空氣制冷系統(tǒng)和熱電制冷系統(tǒng)。

二、壓縮機(jī)變額調(diào)速的工作原理

我國(guó)目前的鐵路空調(diào)客車(chē)的空調(diào)裝置通常由通風(fēng)系統(tǒng)、空氣冷卻制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等基本系統(tǒng)組成。鐵路客車(chē)的空調(diào)裝置通過(guò)將一定量的車(chē)外新鮮空氣和車(chē)內(nèi)再循環(huán)空氣混合后，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、冷卻或加熱、減濕或加濕等處理，以一定的流速送入車(chē)內(nèi)，并將車(chē)內(nèi)一定量的污濁空氣排出車(chē)外，以實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)濕度和溫度良好地保持在人體感覺(jué)舒適的范圍內(nèi)。

當(dāng)前，我國(guó)客車(chē)上安裝的空調(diào)壓縮機(jī)組多為活塞式壓縮機(jī)，其轉(zhuǎn)速連續(xù)變化即可實(shí)現(xiàn)制冷量的連續(xù)調(diào)節(jié)。考慮到壓縮機(jī)電機(jī)是通用的異步電動(dòng)機(jī)，所以調(diào)速必須限制在一定范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)增加電機(jī)的機(jī)械損耗；轉(zhuǎn)速過(guò)低，轉(zhuǎn)差增大，電磁損耗加大，二者均不利于壓縮機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。對(duì)壓縮機(jī)速度的連續(xù)調(diào)節(jié)，是通過(guò)采用對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓的方法實(shí)現(xiàn)的。

三、鐵路客車(chē)空調(diào)溫度控制系統(tǒng)

目前，我國(guó)的列車(chē)空調(diào)幾乎全部采用單元式機(jī)組，即將壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置等集成在一個(gè)箱內(nèi)，組成一個(gè)完整的單元后安裝在車(chē)頂，每臺(tái)機(jī)組有2臺(tái)壓縮機(jī)。通常，每節(jié)硬座車(chē)廂安裝2臺(tái)，臥鋪車(chē)廂安裝1臺(tái)（功率不同）。車(chē)廂內(nèi)部安裝有控制柜，實(shí)現(xiàn)車(chē)廂溫度控制和機(jī)組保護(hù)。空調(diào)電源供電后，控制柜中的PLC控制空調(diào)機(jī)組進(jìn)入“自動(dòng)”運(yùn)行。在夏季，鐵路客車(chē)空調(diào)工作于“半冷”和“全冷”兩個(gè)工況，以硬座車(chē)廂為例，“半冷”工況下啟動(dòng)2臺(tái)壓縮機(jī)工作，“全冷”工況則啟動(dòng)4臺(tái)壓縮機(jī)工作。

在這種簡(jiǎn)單的制冷控制方式下，空調(diào)壓縮機(jī)只分為啟動(dòng)/停止兩擋運(yùn)行，高于設(shè)定溫度就啟動(dòng)，低于設(shè)定溫度便停止運(yùn)行。由于鐵路客車(chē)空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，室外溫度、太陽(yáng)輻射等因素變化迅速，車(chē)廂溫度場(chǎng)慣性大，現(xiàn)行的控制方式使車(chē)廂內(nèi)溫度波動(dòng)大，乘客感覺(jué)到忽冷忽熱。由于在現(xiàn)行的鐵路客車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)中沒(méi)有考慮到車(chē)廂內(nèi)CO2含量動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，有時(shí)會(huì)引發(fā)車(chē)廂內(nèi)氧氣含量偏低，旅客就會(huì)覺(jué)得頭暈頭悶。

四、變頻調(diào)速節(jié)能分析

通常，壓縮機(jī)是根據(jù)最大制冷量來(lái)選用的。在壓縮機(jī)的運(yùn)用中，其負(fù)荷需隨外界條件和熱負(fù)荷的增減而變化，即對(duì)壓縮機(jī)的輸出量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用壓縮機(jī)停開(kāi)運(yùn)行方式，在車(chē)廂熱負(fù)荷增加時(shí)，一臺(tái)或兩臺(tái)壓縮機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行，在車(chē)廂內(nèi)熱負(fù)荷減少時(shí)，未停歇的壓縮機(jī)仍全負(fù)荷運(yùn)行，上述兩種工況的電機(jī)是以工頻全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，其中有一部分作無(wú)用功，這樣就使實(shí)際制冷系數(shù)有較大程度的降低。同時(shí)，壓縮機(jī)輸氣量的調(diào)節(jié)可通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，若車(chē)廂內(nèi)熱負(fù)荷增減時(shí)，即實(shí)時(shí)控制壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量也隨之增減，從而達(dá)到制冷量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)是將兩臺(tái)壓縮機(jī)分一臺(tái)工頻一臺(tái)變頻控制。在車(chē)廂內(nèi)熱負(fù)荷增加時(shí)，變頻壓縮機(jī)逐漸增速，增加輸出氣量，但仍不能達(dá)到熱平衡時(shí)，自動(dòng)切換為工頻壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻壓縮機(jī)隨車(chē)廂熱負(fù)荷的增加，再逐漸增速增加制冷量，直至達(dá)到兩臺(tái)壓縮機(jī)均工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足車(chē)廂內(nèi)空洞工況的溫、濕度要求。反之，在車(chē)廂內(nèi)熱負(fù)荷減少時(shí)，先停工頻壓縮機(jī)，變頻壓縮機(jī)隨熱負(fù)荷的減少逐漸降低電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)降低制冷量，直至達(dá)到變頻壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，減少壓縮機(jī)軸功率。

五、變頻調(diào)速解決的技術(shù)難點(diǎn)

在將變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)裝車(chē)的過(guò)程中，結(jié)合鐵路空調(diào)客車(chē)的特點(diǎn)，應(yīng)主要解決以下技術(shù)難點(diǎn)。

（1）根據(jù)不同壓縮機(jī)在啟動(dòng)階段具有不同轉(zhuǎn)矩特性的特點(diǎn)，在變頻調(diào)節(jié)中采用轉(zhuǎn)矩提升技術(shù)，提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，防止啟動(dòng)狀態(tài)過(guò)電流現(xiàn)象。在運(yùn)行階段采用頻率跳轉(zhuǎn)技術(shù)，避開(kāi)設(shè)備的不穩(wěn)定點(diǎn)和共振點(diǎn)，減少噪音，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)壓縮機(jī)的控制方式，減少設(shè)備成本，充分利用變頻對(duì)電機(jī)的軟啟動(dòng)功能，減小電流沖擊。采用一臺(tái)變頻器循環(huán)控制多臺(tái)壓縮機(jī)負(fù)荷，更好地適應(yīng)現(xiàn)有車(chē)輛的單元式空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)。

（3）為解決客車(chē)控制室空間狹小，對(duì)變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)有尺寸的要求，在設(shè)計(jì)中采用變頻器PID控制器，輔以專(zhuān)用的控制裝置，將整個(gè)控制設(shè)備安裝于變頻器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)變頻和控制一體化，即縮小了設(shè)備占用空間，同時(shí)也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

經(jīng)將變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)在現(xiàn)車(chē)進(jìn)行安裝和靜態(tài)試驗(yàn)表明，制冷壓縮機(jī)可在低電壓低頻率下啟動(dòng)，并根據(jù)車(chē)廂內(nèi)溫度變化連續(xù)可調(diào)；車(chē)廂內(nèi)溫差控制在1℃范圍內(nèi)；變頻調(diào)速制冷系統(tǒng)用電量約為壓縮機(jī)間歇運(yùn)行調(diào)節(jié)的1/2。

六、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，旅客對(duì)鐵路客車(chē)的乘車(chē)舒適度提出了更高的要求，車(chē)廂內(nèi)的溫度環(huán)境直接影響著旅客的乘車(chē)體驗(yàn)，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。

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