我国铁路客车空调的现状及改进探讨

我国铁路客车空调的现状及改进探讨

摘要：25型铁路客车已在我国运用多年，其客室的空气调节采用定速空调技术。定速空调在使用过程中应对不同冷量需求时调节范围小，控制方式较简单，造成

制冷量供给和需求匹配度不高，乘客舒适性有待提高。随着车辆电源技术向集

中或相对集中供电发展，空调技术一方面需要进行相应的技术升级以适应电源技

术发展，另一方面需要通过技术改进提高空调能效，节能降耗，同时提高乘客

舒适性。

关键词：铁路客车；空调现状；改进探讨

1.25型铁路客车变频空调的设计

为适应既有车辆车体结构及空调安装尺寸等，研究设计的变频空调安装接口

及外形尺寸应与原定速空调一致，空调电气系统也保持原来框架格局不变，以减

少对既有电气控制的变动影响。在此前提下研制的变频空调便于在既有车辆上进

行装车试验验证，并可在相同的使用环境下对变频空调和定速空调进行对比试验

研究。变频空调的设计在主体结构不变的前提下，主要从换热系统变频设计和电

气控制系统变频设计两方面展开。

1.1换热系统变频设计

将原定速空调的换热系统改为适应变频运行的换热系统主要从压缩机和节流

装置两方面进行。目前，变频压缩机一般采用三相交流异步电动机和同步电动机

2种形式。本文采用三相交流异步电动机变频压缩机，其生产厂家与原定速压缩

机相同，运行频率范围为30~90Hz，制冷剂为R407C型环保冷媒。三相交流异步

电动机变频压缩机为开环异步控制方式，与原定速压缩机相比，只需提供符合变

频电动机电压-频率曲线的VVVF电源即可，无其他驱动控制变动需求;而同步电动

机变频压缩机的同步运行控制方式较为复杂，对电磁环境要求也较高。

鉴于本设计采用的电气分布形式以及电气接口与原定速空调兼容性的要求，

本文不采用同步电动机变频压缩机。节流装置选用热力膨胀阀，相对于定速空调

采用的毛细管，热力膨胀阀一方面能在一定范围内对制冷剂节流流量进行调节，

从而对压缩机起到保护作用，提高压缩机运行的可靠性;另一方面不需要增加电子

控制，符合空调电气接口保持兼容性的要求。围绕变频压缩机和热力膨胀阀的应

用对相应的连接管路做出调整，在不改变换热器尺寸和安装方式的前提下对换热

器进行优化。其他如冷凝风机、通风机、新风预热器等采用与原定速空调型号相

同的部件并保持兼容性。

1.2电气控制系统变频设计

以保持原车空调电气控制的构成及分布形式，尽量沿用原方法对空调电气系

统进行检修和维护为前提，展开变频空调的电气控制系统设计。电气控制系统设

计主要针对变频压缩机的变频驱动和空调变频化后的整机控制策略。变频空调的

电气系统由三部分构成:车内综合电气柜中相关的空调控制部分、车下逆变电源箱

中的压缩机变频器、车顶空调机组内的电气部件。整个变频空调电气系统与原定

速空调电气系统最大的不同为:压缩机的电源由原辅助逆变电源提供的AC 380V、50Hz交流电变为由压缩机变频器输出的VVVF交流电。车内综合电气柜与空调相

关的硬件主体构成保持不变，对控制软件重新设计以实现对变频空调的信息采集

和变频运行控制功能。

同时与车下逆变电源箱的压缩机变频器通信以控制变频器的启停、输出电压

和频率。车内综合电气柜内的PLC采集室内和室外温度，当室内外温度变化时自

动根据设计的温度曲线计算出压缩机需要运行的频率，并加以逻辑判断启动对应空调工况。压缩机变频器传来的数据通过通信传输至控制柜显示屏，可以实时显示压缩机频率以达到监控的目的。

2.电源与电气控制系统的故障及处理

2.1电源控制系统

电源出现的故障包括:车体配线的绝缘性较低;电源开关开启后，交流接触器并未吸合;交流接触器吸合后，输出端没有电力。这三种故障的处理方式是:首先，确定电源是否位于断开位，如果没有，待其位于断开位后重新测量，而若是遇到连接器内有水的情况，在水清除后更换漏水的零件，此外，其也可以查找线路的破损处，进行修复。其次，检查交流接触器的铁丝是否熔断，以及电源转换箱内的线路连接是否出现问题，如果出现问题需及时解决。最后，用线路逐点检测的方式排除，找到出现故障的区域并处理[1]。

2.2电气控制系统

电气控制系统出现的故障是:回路内没有电压，电源指示灯不显示;通风机停止工作;通风机吹出的风力较弱。其处理方案为:其一，查看1Q是否闭合或是损害，连接的线路中是否出现断线;查看电路电压的高低，并用继电器保护电路，但全部处理结束后，继电器自动恢复到原来的状态。其二，更换SA1、SA2或是通风机的电机，闭合主回路的空气开关。其三，检查并确定出现故障的原因后，更换已经损坏的零件。

2.3通风系统的故障及处理

1.通风机不运转首先检查通风机的主电源回路是否通电，随后检查通风机内各个元件的工作状态，判断它们是否可以正常运行。接着，检查通风机内连接的线路是否正常连接，有无断线、连接松动的情况。最后，测量通风机内各部分的阻值，判断出现故障的原因。

2.通风机风量小出现这一故障的原因是，通风机内的电源连接错误，导致风机反转，或是固定风叶的螺丝不牢固，减缓了风叶的运转速度。由此，需检查电源的连接顺序是否正确，并加固固定风叶的螺丝。

3.通风机运转时产生噪音通风机噪音发出的位置是迪点击球轴，人们可以听其运行发出的声音是否正常，如果发现异常，需及时更换，同时，也可以把松动的部位加固。

2.4制暖系统的故障及处理

制暖部位不能够正常运转，就应当对电加热器的配线进行检查，是否存在着接触不良的现象，并检查温度保护器及温度继电器是否存在着动作不良的情况。如若是因为通风机未能正常运转，就应当对室内工作温度进行检查，是否设定了过低的温度。制暖部位的制暖效果较低。针对这一故障，就应当对制暖控制主电路进行故障排查，并将温度控制器所设定的温度调整为合理的温度。部分通风机由于工作时间较长，使得制暖部位并未置于全暖部位中。

2.5制冷系统的故障及处理

首先，压缩机开机后，风机可以正常运行，但它一直没有运转，由此判断故障出现的位置在压缩机内部。其次，如果空调机组突然停止工作，需要先判断是哪个元件对机组做出的保护行为，找到原因，把故障排除，随后重新启动空调机组。最后，为降低空调系统的排气压力，必须了解压力过高的原因，即放入的制冷剂过多，或是在系统内有空气进入，导致负责冷凝的风扇转速较慢，降低了散热的效率。