普傳PI8000變頻器在特殊穩壓電源中的應用

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機車空調電源中的穩壓電源功能的應用，給出了功能實現的具體方法。

關鍵詞： 變頻器  穩壓電源

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      隨著鐵路運輸的快速發展，在電力機車司機室都安裝了空調系統，改善司機的工作條件，以確保行車安全。由于司機窒空間狹小，又經常處于高速運行中，室內溫度變化快，因此，要保證18℃～23℃可調，頂棚與地板面溫差不超過10℃，供給每個乘務員的新鮮空氣量不少于30 m3/h，空調機組起停頻繁。同時司機室內電氣控制設備和信號設備密集，容易受到空調電源通斷引起的電磁干擾，直接影響行車安全。反過來，列車牽引設備時刻變化的強大電流磁場，又影響空調電源正常運行。因此對于鐵路機車空調電源在體積大小、抗電磁干擾和產生干擾性能方面都有特殊要求。而且電力機車的供電電源為單相交流電，電壓波動的范圍很大，機車運行時震動大，并且過一個供電區段會斷電數秒。如果把該電源直接作為空調器電源，空調器將不能正常工作，因此所安裝的空調都應配備專用的適用于機車空調的穩壓電源。

      普傳科技股份有限公司根據機車空調電源的技術要求做出現場解決方案。普傳PI8000高性能變頻器應用先進的電流矢量控制技術，采用美國TI公司最新款高性能32位電機專用數據DSP處理器，數據處理能力強；運算速度高；PWM分辨率高；能實時完成復雜計算控制；采樣周期更短。它有兩個事件管理器模塊EVAå’ŒEVB，能夠實現：16通道A/D轉換；三相反相器控制；對稱和非對稱的PWM波形；非常適用于電機控制和逆變器控制。高性能的功率模塊和先進的變頻器制造工藝，是普傳科技設計制造的新一代高品質、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，普傳變頻器在機車空調穩壓電源中運行安全可靠。

2  技術要求

      機車空調穩壓電源為機車（駕駛室）空調機提供工作電源，將單相交流電源AC220V/50Hz轉換為三相電源AC380V/50Hz，功率大于3Kw。其整體結構如圖1所示，單相電進來以后進入濾波器，然后是功率部分輸出140V交流電，經升壓變壓器輸出給空調設備。加裝濾波器是為了消除輸入電源中諧波成分，而且能夠增強穩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，才能使機車空調正常運轉有保障。

圖1穩壓電源整體結構

作為對火車機車空調供電電源的專用設備，穩壓電源變頻器部分（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，驅動感性負載（電源變壓器）；

③ 基本保護功能：

在供電電壓發生過壓、欠壓時、在變頻器輸出過流和缺相時，在變頻器工作過熱時，應關閉工作并送出信號；

④ 工作環境溫度：5～60℃，自然通風散熱條件；

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 穩壓電源變頻器結構

3 功能實現

      AC機車（駕駛室）空調電源主要應用了普傳PI8000矢量變頻器的穩壓電源功能。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反饋信號對輸出電壓做出調整，使輸出電壓恒定在140V。這個功能的實現主要應用了變頻器內置的PID功能，我們在變頻器的PID參數選項中設置好參數，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，當反饋信號高于設定值時，變頻器會降低輸出電壓，使其達到設定輸出電壓，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，這時傳感器工作在最佳精度狀態；右側次級三根線分別是+15V、信號輸出M、-15V，其中+15Vå’Œ-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電阻根據傳感器說明選取：360Ω∕1/2W

4  變頻器參數設置

      變頻器的參數設置如下表，其中電壓上升和下降時間是變頻器在收到反饋信號之后輸出電壓調整時間。P04鍵盤給定信號值是用來設定輸出電壓值，變頻器輸出140V時反饋信號是2.3V，端子默認輸入信號是0—10V，所以P04設定為2.3。

5 結束語

      經試驗證明，普傳科技矢量控制變頻器完全達到機車空調穩壓電源的各項技術指標，輸出電壓的波動范圍很小，抗干擾能力強，能滿足電力機車惡劣條件下的運行要求，結構緊湊，運行平穩，安全可靠。