李天翊 趙慧陽

（鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州450000）

車輛變頻空調(diào)改造項(xiàng)目以既有電客車空調(diào)為基礎(chǔ)，在不改變原有空調(diào)機(jī)組外觀及安裝尺寸的前提下，在空調(diào)機(jī)組內(nèi)部增加了變頻器和變頻壓縮機(jī)，并在客室空調(diào)控制柜內(nèi)增加變頻控制器。通過這種方式，將原有的定頻空調(diào)改成了變頻空調(diào)，驗(yàn)證了變頻空調(diào)在地鐵車輛使用中具有明顯的節(jié)能效果，有很好的推廣價值。

1 空調(diào)機(jī)組制冷原理

空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)、電加熱、膨脹閥等部件組成?？照{(diào)系統(tǒng)的制冷原理為：制冷劑在制冷回路中循環(huán)進(jìn)行吸熱放熱的過程，低溫低壓的制冷劑氣體經(jīng)過壓縮機(jī)作用后變成高溫高壓的氣體制冷劑，隨后進(jìn)入冷凝器，在冷凝風(fēng)機(jī)的作用下，與室外空氣進(jìn)行熱交換，氣態(tài)制冷劑冷凝成高溫高壓的液體制冷劑，在節(jié)流裝置作用下液體制冷劑降溫降壓，變成低溫低壓的液態(tài)制冷劑，進(jìn)入蒸發(fā)器，高溫混合風(fēng)在送風(fēng)機(jī)的作用下，經(jīng)過蒸發(fā)器，制冷劑吸收熱量，液態(tài)制冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)制冷劑，經(jīng)過氣液分離器后，氣態(tài)制冷劑又被壓縮機(jī)壓縮，實(shí)現(xiàn)一個循環(huán)，通過不停的吸熱放熱，實(shí)現(xiàn)制冷效果。

2 軌道車輛定頻空調(diào)機(jī)組與變頻空調(diào)機(jī)組概述

2.1 定頻空調(diào)機(jī)組

定頻空調(diào)系統(tǒng)通過控制壓縮機(jī)的啟動或停止來實(shí)現(xiàn)客室溫度的調(diào)節(jié)，如圖1，定頻啟動，定頻運(yùn)轉(zhuǎn)，這種控制方式對壓縮機(jī)的壽命存在較大的影響，同時其調(diào)節(jié)反應(yīng)速度一般相對較慢，經(jīng)常會出現(xiàn)車內(nèi)環(huán)境溫度波動較的情況。

圖1 定頻空調(diào)溫度調(diào)節(jié)

2.2 變頻空調(diào)機(jī)組

傳統(tǒng)空調(diào)的溫度控制是由不同的運(yùn)行工況來控制的，即控制壓縮機(jī)的啟停，制冷工況主要有通風(fēng)、半冷、全冷；變頻空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是控制壓縮機(jī)運(yùn)行不同工作頻率，可實(shí)現(xiàn)不同功率輸出，使空調(diào)能效比提高，從而達(dá)到節(jié)能效果?？刂破魍ㄟ^新風(fēng)溫度計(jì)算出目標(biāo)溫度后，根據(jù)回風(fēng)溫度反饋，計(jì)算出當(dāng)前的冷量輸出，再通過變頻運(yùn)行曲線調(diào)整變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，控制車廂溫度達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，如圖2。

圖2 變頻空調(diào)溫度調(diào)節(jié)

2.3 定頻空調(diào)改變頻空調(diào)方案

變頻空調(diào)機(jī)組是在原定頻空調(diào)機(jī)組的基礎(chǔ)上對制冷系統(tǒng)進(jìn)行了改動，在保證制冷量、風(fēng)量等性能指標(biāo)滿足合同要求，確保乘客乘車環(huán)境舒適的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用變頻壓縮機(jī)替代原設(shè)計(jì)中的定頻壓縮機(jī)，并增加變頻器、DC 電源、電子膨脹閥等部件實(shí)現(xiàn)機(jī)組變頻功能[2]。在此基礎(chǔ)上空調(diào)控制柜需要重新設(shè)計(jì)變頻軟件。

3 措施及效果

3.1 空調(diào)機(jī)組改造

3.1.1 空調(diào)機(jī)組更改變頻方案需更換并增加以下部件

①壓縮機(jī)由定頻壓縮機(jī)改為變頻壓縮機(jī)。②毛細(xì)管改為電子膨脹閥。③增加管路傳感器。溫度傳感器為NTC 型，用于壓縮機(jī)的吸氣溫度，用于計(jì)算過熱度，并調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度。④增加壓力傳感器。高壓、低壓壓力傳感器通過螺紋連接的方式安裝在壓縮機(jī)排氣、吸氣管路上，用于實(shí)施監(jiān)測壓縮機(jī)運(yùn)行壓力，保證壓縮機(jī)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)，并且通過和管路溫度傳感器聯(lián)合計(jì)算系統(tǒng)的過熱度，來確定電子膨脹閥的調(diào)節(jié)量。

3.1.2 改動后機(jī)組布置圖

其中，控制單元、變頻模塊、電容板等部件機(jī)組安裝在控制箱內(nèi)，控制箱整體安裝在機(jī)組內(nèi)，通過控制箱連接器與外部實(shí)現(xiàn)電氣連接。電抗器、濾波器直接安裝在機(jī)組內(nèi)。改動后機(jī)組布置圖如圖3。

圖3 空調(diào)機(jī)組布置圖

3.2 客室控制方案

3.2.1 控制盤更改變頻方案需更換并增加以下部件

①控制器更換?？刂破鞲臑閹в蠷S485 通訊功能，可與機(jī)組內(nèi)控制單元、變頻器等進(jìn)行通訊。②增加DC/DC 電源。增加DC110 轉(zhuǎn)DC24V 電源模塊，為空調(diào)機(jī)組內(nèi)控制單元、變頻模塊等提供24V 電源。

3.2.2 軟件更改

制冷等級由原半冷、全冷改為五級制冷，并根據(jù)變頻系統(tǒng)更改溫控邏輯，通過室內(nèi)溫度與目標(biāo)問題比較，調(diào)整制冷等級上升或下降，將室內(nèi)溫控控制在目標(biāo)溫度附近，為乘客提供舒適的乘車環(huán)境。

3.3 原理圖更改

從更改后的原理圖可知，從空調(diào)控制盤至每臺機(jī)組需車輛需增加RS485 通訊線及控制回路電源線等布線。

3.3.1 主回路原理圖整改

主回路需要增加變頻電源系統(tǒng)，如圖4 所示。

圖4 主回路整改圖

3.3.2 控制回路原理圖整改

控制回路需要增加交流電源系統(tǒng)、24V 電源模塊，如圖5 所示。

圖5 控制回路整改圖

4 結(jié)論及展望

本文詳細(xì)介紹了定頻空調(diào)改變頻空調(diào)方案，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)不改變原有空調(diào)機(jī)組外觀及安裝尺寸的前提下，將定頻空調(diào)改變頻空調(diào)，有很好的推廣價值。