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用于机车空调的DC/DC变换器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:为改善机车司机的工作环境及节能,铁路部门目前正在大力推广机车变频空调。由于机车供电电压为DC110V,不能满足机车空调的要求,所以首先要通过DC/DC变换,将电压升高到300V,然后通过逆变变成满足空调要求的交流电压。主要讨论了用于机车空调的DC/DC变换器的设计与实现,并给出了实验结果。
  关键词:机车空调;Boost变换器;逆变器DC/DC
  
  1概述
  
  机车常年运行于铁路线上,为了改善机车司机的工作环境,铁路部门正逐步在机车上配备空调系统。早期安装的一般都是三相定频空调系统。内燃机车上的电源是由一台三相380V发电机产生的,由于容量的限制和空调器频繁起停的冲击,严重影响了发电机其它负载的正常工作。为此铁路部门规定安装空调器必须解决冲击问题,实现软起动。目前大多数厂家采用通用变频器进行软起动,虽然解决了冲击的问题,但采用通用变频器仅仅为实现空调的软起动显然非常“浪费”,而通用变频器又不能满足变频空调的特殊要求,所以开发机车空调专用变频调速系统非常有意义,既可实现软起动,又可通过变频空调实现温度调节,达到节能的目的。
  
  目前,变频压缩机一般由三相200V左右异步电动机拖动,工作频率范围是0~120Hz。对此适用的逆变器通常是DC300V的电压级别。内燃机车上的一台直流发电机能够提供DC110V的电源,因此必须使用升压装置,使DC110V电压经升压变换为DC300V,然后再经逆变器变换成满足要求的交流电压。机车变频空调控制器的基本结构如图1所示。
  
  本文主要讨论机车空调用DC/DC变换器的设计与实现。首先选择了易于实现的变换器结构,然后设计电路,最后给出了满足设计要求的实验结果。
  
  2DC/DC变换器主电路结构选择及设计
  
  2.1主电路结构选择
  
  对于DC/DC升压变换器,可以采用的结构形式很多。通常在1kW以上选用带变压器隔离的全桥DC/DC变换电路,但这种变换电路需要4个功率开关器件,使得系统结构复杂,同时在电路设计中必须考虑克服隔离变压器的直流偏磁问题,这无疑增加了控制的难度。由于机车变频空调控制器的恶劣工作环境,希望电路结构尽可能简单,通过分析和试验,认为采用Boost拓扑结构是一种较好的实现方案。该结构只需要一只开关器件和一只升压用二极管以及升压电感,其控制电路也比较简单。当然该结构在功率较大时要求开关管的容量较大[1],这是一般大功率DC/DC变换器不选择这种拓扑结构的原因。考虑到本系统的实际情况以及目前器件的水平,选用Boost拓扑结构还是可行的,其原理如图2所示。
  
  机车空调的功率为5kW。根据机车空调的要求,DC/DC变换电路需要将DC110V变换成为DC300V。变换器主电路为典型的Boost结构,控制电路由通用PWM控制芯片SG3524实现。控制电路输出的PWM信号经HCPL316J隔离放大去驱动IGBT。HCPL316J是IGBT专用驱动电路,通过检测IGBT的饱和压降实现过流保护。与一般带过流保护的IGBT专用驱动电路相比,具有电路结构简单、价格便宜的优点。Boost电路在电流连续及断续情况下电感中电流及IGBT两端电压波形如图3所示。
  
  2.2主电路参数计算
  
  2.2.1工作频率的选择
  
  通常小

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