内燃机车空调电源系统的设计

摘要

随着人们对工作环境舒适性的提高，在铁路内燃机车上，逐渐安装了空调设备来改善伺乘人员的工作环境。空调电源是空调设备的供电装置，我国从90年代初就研制各种类型的机车空调电源，虽然取得了一些成效，但其缺点是：与空调机组分体布置，不能根据设定温度变频运行，体积重量大，散热困难，可靠性受到影响，控制比较困难。本文根据机车空调电源的技术要求，设计了一种与铁路机车空调机组一体化安装的变频空调电源，与原有空调电源相比，有体积小、重量轻、运行可靠、控制方便、舒适、价格便宜、利于维修保养等优点。 针对机车空调电源系统，本文主要分为以下几个部分： 第一部分介绍了现有铁路机车空气调节系统的概况、新型机车空调电源的工作原理、技术参数及特点。 第二部分给出空调电源系统总体设计方案，包括主电路与控制电路设计方案，并给出了空调系统的控制策略。 第三部分介绍了DC—DC变换器主电路和控制电路的设计。主电路采用Boost升压变换器结构，对直流母线电压进行升压变换；控制电路包括PWM脉冲发生电路和电压负反馈电路。 第四部分介绍了DC—AC变换器主电路和控制电路的设计。主电路采用三相全桥电路结构，将直流电逆变为三相交流电，供空调机组使用；控制电路以凌阳单片机为核心控制芯片，电压调制方法为正弦脉宽调制技术，实现电机软启动、变频运行、过载保护等功能。 第五部分对空调电源通讯系统的设计做了详细的介绍。在对目前应用较为广泛的几种现场总线进行对比介绍后，确定空调系统总线设计方案；对应用较广的现场总线控制器的特点、功能做了详细的介绍；对通讯系统的硬件设计方案做了详细介绍，采取了相关措施保证总线通讯的抗干扰能力；给出通讯系统软件的详细流程图。 第六部分介绍了电源系统辅助控制电路部分。辅助电路包括上位微机人机接口部分、温度采集电路、电压(电流)信号采集、信号调理电路、开机缓冲电路等，分别对电路结构、所用核心芯片做了详细的介绍，最后并对电路的硬件抗干扰措施进行了简要的介绍。 第七部分给出实验结果，包括系统硬件试验条件和相关试验波形；对论文的工作做了总结，指出下一步改进的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1．1引言

1．2机车变频空调电源系统的特点

1．3机车空调机组的工作原理与技术参数

1．3．1空调机组工作原理

1．3．2空调电源主要技术参数

1．4本文的主要工作

2机车空调电源系统设计方案

2．1空调电源系统主电路方案设计

2．2空调电源通讯系统方案设计

2．3空调电源系统辅助控制电路方案设计

2．4空调电源系统控制策略设计

3空调电源系统DC-DC变换器的设计

3．1电路结构

3．2主要元件的设计与选型

3．3 PWM脉冲发生电路

3．3．1 SGl525工作原理及主要特点

3．3．2 PWM脉冲发生电路设计

3．4升压斩波器输出电压负反馈控制电路

3．5本章小结

4空调电源系统DC-AC变换器的设计

4．1空调电源系统逆变器主电路设计

4．1．1智能功率模块优点

4．1．2智能功率模块(IPM)的选择

4．2逆变器控制电路硬件设计

4．2．1逆变控制电路微处理器介绍

4．2．2基于凌阳单片机SPMC75F2413A的硬件方案设计

4．3逆变器控制电路软件设计

4．3．1逆变器输出电压调制方法

4．3．2 SPMC75生成准正弦波原理

4．3．3程序设计语言和软件开发环境

4．3．4逆变器控制程序流程

4．4本章小结

5空调电源通讯系统的设计

5．1现场总线介绍

5．2 CAN总线位时间与总线位的数值表示

5．3通讯系统硬件电路设计

5．3．1 CAN控制器介绍

5．3．2基于MCP2515的通讯系统硬件电路设计

5．4通讯系统软件设计

5．5本章小结

6辅助控制电路设计

6．1上位微机人机接口部分的设计

6．2车厢温度检测模块设计

6．2．1温度检测模块硬件电路设计

6．2．2温度检测模块软件设计

6．3电压、电流信号采样

6．4信号调理电路

6．5开机缓冲电路

6．6控制电路抗干扰措施

6．7本章小结

7实验结果

7．1实验系统实物图

7．2实验波形

8全文总结

参考文献

作者简历