浅析铁路空调客车变频调速制冷系统

赵峰

【摘要】铁路客车空调装置对提高旅客的舒适度、改善卫生条件有着不可忽视的作用，同时，客车空调装置性能的好坏已成为评价客车舒适性的重要依据。本文对铁路空调客车变频调速制冷系统进行了详细的分析。

【关键词】铁路空调客车；变频调速；制冷系统

一、制冷系统概述

制冷系统是利用外界能量使热量从温度较高的物质（或环境）转移到温度较低的物质（或环境）的系统。它由制冷剂和压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四大机件组成，其可分为蒸气制冷系统、空气制冷系统和热电制冷系统。

二、压缩机变额调速的工作原理

我国目前的铁路空调客车的空调装置通常由通风系统、空气冷却制冷系统、采暖系统、加湿系统和自动控制系统等基本系统组成。铁路客车的空调装置通过将一定量的车外新鲜空气和车内再循环空气混合后，经过过滤、冷却或加热、减湿或加湿等处理，以一定的流速送入车内，并将车内一定量的污浊空气排出车外，以实现车内湿度和温度良好地保持在人体感觉舒适的范围内。

当前，我国客车上安装的空调压缩机组多为活塞式压缩机，其转速连续变化即可实现制冷量的连续调节。考虑到压缩机电机是通用的异步电动机，所以调速必须限制在一定范围内。转速过高会增加电机的机械损耗；转速过低，转差增大，电磁损耗加大，二者均不利于压缩机长期稳定工作。对压缩机速度的连续调节，是通过采用对压缩机进行调频调压的方法实现的。

三、铁路客车空调温度控制系统

目前，我国的列车空调几乎全部采用单元式机组，即将压缩机、冷凝器、节流装置等集成在一个箱内，组成一个完整的单元后安装在车顶，每臺机组有2台压缩机。通常，每节硬座车厢安装2台，卧铺车厢安装1台（功率不同）。车厢内部安装有控制柜，实现车厢温度控制和机组保护。空调电源供电后，控制柜中的PLC控制空调机组进入“自动”运行。在夏季，铁路客车空调工作于“半冷”和“全冷”两个工况，以硬座车厢为例，“半冷”工况下启动2台压缩机工作，“全冷”工况则启动4台压缩机工作。

在这种简单的制冷控制方式下，空调压缩机只分为启动/停止两挡运行，高于设定温度就启动，低于设定温度便停止运行。由于铁路客车空调的运行环境复杂，室外温度、太阳辐射等因素变化迅速，车厢温度场惯性大，现行的控制方式使车厢内温度波动大，乘客感觉到忽冷忽热。由于在现行的铁路客车空调控制系统中没有考虑到车厢内CO2含量动态变化的问题，有时会引发车厢内氧气含量偏低，旅客就会觉得头晕头闷。

四、变频调速节能分析

通常，压缩机是根据最大制冷量来选用的。在压缩机的运用中，其负荷需随外界条件和热负荷的增减而变化，即对压缩机的输出量进行调节。采用压缩机停开运行方式，在车厢热负荷增加时，一台或两台压缩机全负荷运行，在车厢内热负荷减少时，未停歇的压缩机仍全负荷运行，上述两种工况的电机是以工频全负荷运转，其中有一部分作无用功，这样就使实际制冷系数有较大程度的降低。同时，压缩机输气量的调节可通过改变电机转速来实现。此外，若车厢内热负荷增减时，即实时控制压缩机电机转速，使压缩机的实际输气量也随之增减，从而达到制冷量的无级调节。

变频调速制冷系统是将两台压缩机分一台工频一台变频控制。在车厢内热负荷增加时，变频压缩机逐渐增速，增加输出气量，但仍不能达到热平衡时，自动切换为工频压缩机运转，变频压缩机随车厢热负荷的增加，再逐渐增速增加制冷量，直至达到两台压缩机均工频运转，满足车厢内空洞工况的温、湿度要求。反之，在车厢内热负荷减少时，先停工频压缩机，变频压缩机随热负荷的减少逐渐降低电机转速来降低制冷量，直至达到变频压缩机低负荷运转，减少压缩机轴功率。

五、变频调速解决的技术难点

在将变频调速制冷系统装车的过程中，结合铁路空调客车的特点，应主要解决以下技术难点。

（1）根据不同压缩机在启动阶段具有不同转矩特性的特点，在变频调节中采用转矩提升技术，提高启动转矩，防止启动状态过电流现象。在运行阶段采用频率跳转技术，避开设备的不稳定点和共振点，减少噪音，提高设备运行的稳定性。

（2）采用一台变频器拖动多台压缩机的控制方式，减少设备成本，充分利用变频对电机的软启动功能，减小电流冲击。采用一台变频器循环控制多台压缩机负荷，更好地适应现有车辆的单元式空调压缩机结构。

（3）为解决客车控制室空间狭小，对变频调速制冷系统有尺寸的要求，在设计中采用变频器PID控制器，辅以专用的控制装置，将整个控制设备安装于变频器内部，实现变频和控制一体化，即缩小了设备占用空间，同时也提高了系统运行的可靠性。

经将变频调速制冷系统在现车进行安装和静态试验表明，制冷压缩机可在低电压低频率下启动，并根据车厢内温度变化连续可调；车厢内温差控制在1℃范围内；变频调速制冷系统用电量约为压缩机间歇运行调节的1/2。

六、结语

近年来，随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，旅客对铁路客车的乘车舒适度提出了更高的要求，车厢内的温度环境直接影响着旅客的乘车体验，受到人们越来越多的关注。

参考文献

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