CN107196490A - 电源电路、轨道车辆空调及电源电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电源电路、轨道车辆空调及电源电路的控制方法，所述电源电路连接于外部电源和负载电源接口之间，所述外部电源包括直流电源输入和交流电源输入，所述负载电源接口包括直流负载接口和交流负载接口，所述电源电路包括连接于所述直流电源输入和直流负载接口之间的直流转换单元，以及连接于所述交流电源输入和交流负载接口之间的交流转换单元；本发明的电源电路提高了负载电源接口对于外部电源形式的通用性；本发明的轨道车辆空调能够适用于不同的供电形式，提高轨道车辆空调对电源形式的通用性；本发明的电源电路的控制方法，提高了车内乘客的舒适性。

Description

电源电路、轨道车辆空调及电源电路的控制方法

技术领域

本发明属于电源电路技术领域，尤其涉及一种电源电路、轨道车辆空调及电源电路的控制方法。

背景技术

在轨道交通领域中，轨道车辆，尤其是有轨电车的供电网络或车载电源一般为直流电，例如DC750V直流电，其中大部分型号的有轨电车配备有可产生交流电的辅助逆变电源，一般辅助逆变电源产生AC380V交流电，辅助逆变电源可为变频空调机组提供交流电；另外有少部分有轨电车没有配备辅助逆变电源，其变频空调只能直接采用供电网络/车载电源的直流电，有轨电车变频空调对供电形式的通用性差。

配备辅助逆变电源的有轨电车变频空调不能使用未配备辅助逆变电源的有轨电车的直流电，未配备辅助逆变电源的有轨电车变频空调不能使用配备辅助逆变电源的有轨电车的交流电。当有轨电车上的辅助逆变电源发生故障不能正常工作时，该车的变频空调无法启用，进而影响了车内乘客舒适的乘车环境。

因此，设计出一种轨道车辆空调用的电源电路，能够自主选择变频空调的供电形式，提高轨道车辆空调对电源形式的通用性和车内乘客的舒适性，对于本领域技术人员来说是非常必要的。

发明内容

本发明针对上述的轨道车辆空调对供电形式的通用性差的技术问题，提出一种电源电路、轨道车辆空调及电源电路的控制方法，具有较高的电源形式通用性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电源电路，连接于外部电源和负载电源接口之间，所述外部电源包括直流电源输入和交流电源输入，所述负载电源接口包括直流负载接口和交流负载接口，其特征在于：所述电源电路包括连接于所述直流电源输入和直流负载接口之间的直流转换单元，以及连接于所述交流电源输入和交流负载接口之间的交流转换单元；所述直流转换单元包括第一检测模块和第一接触器，所述第一检测模块和第一接触器的输入端分别与所述直流电源输入连接，所述第一接触器的输出端与所述直流负载接口连接；所述交流转换单元包括第二检测模块和第二接触器，所述第二检测模块和第二接触器的输入端分别与所述交流电源输入连接，所述第二接触器的输出端与所述交流负载接口连接；所述直流转换单元进一步包括可将直流电转换成交流电的逆变模块，所述逆变模块的输入端与所述第一接触器的输出端相连，所述逆变模块的输出端与所述交流负载接口相连；所述交流转换单元进一步包括可将交流电转换成直流电的整流模块，所述整流模块的输入端与所述第二接触器的输出端相连，所述整流模块的输出端与所述直流负载接口相连。

作为优选，所述第一接触器与第二接触器互锁。

作为优选，所述直流转换单元进一步包括可对直流电进行短路保护和滤波处理的第一前端模块，所述第一前端模块的输入端与所述直流电源输入相连，所述第一前端模块的输出端分别与所述第一检测模块、第一接触器的输入端相连。

作为优选，所述第一前端模块包括依次相连的第一短路保护电路和第一滤波器，所述第一短路保护电路与所述直流电源输入相连，所述第一滤波器的输出端分别与所述第一检测模块和第一接触器的输入端相连。

作为优选，所述交流转换单元进一步包括可对交流电进行短路保护和滤波处理的第二前端模块，所述第二前端模块的输入端与所述交流电源输入相连，所述第二前端模块的输出端分别与所述第二检测模块、第二接触器的输入端相连。

作为优选，所述第二前端模块包括依次相连的第二短路保护电路和第二滤波器，所述第二短路保护的输入端与所述交流电源输入相连，所述第二滤波器的输出端分别与所述第二检测模块和第二接触器的输入端相连。

作为优选，进一步包括可分别控制所述第一接触器和第二接触器开闭的控制单元，所述控制单元同时与所述第一检测模块和第二检测模块的输出端相连。

一种轨道车辆空调，包括空调电源直流接口和空调电源交流接口，所述轨道车辆空调进一步包括如前述的电源电路，所述第一接触器和整流模块的输出端与所述空调电源直流接口相连，所述第二接触器和逆变模块的输出端与所述空调电源交流接口相连。

一种电源电路的控制方法，用于控制如前述的电源电路，包括以下步骤：

S1、所述第二检测模块检测所述交流电源输入的交流电，并将检测数据发送至控制单元；

S2、控制单元判断所述交流电源输入的交流电是否正常，若所述交流电源输入的交流电正常，则顺次执行步骤S3、S4、S1、S2；若所述交流电源输入的交流电不正常或者无交流电输入，则执行步骤S5；

S3、所述控制单元发送控制信号至第二接触器以使所述第二接触器闭合，且使所述第一接触器断开；

S4、所述交流负载接口得电，所述整流模块将输入的交流电整流为直流电后输入至直流负载接口；

S5、所述第一检测模块检测所述直流电源输入的直流电，并将检测数据发送至控制单元；

S6、控制单元判断所述直流电源输入的直流电是否正常，若所述直流电源输入的直流电正常，则顺次执行步骤S7、S8、S5、S6；若所述直流电源输入的直流电不正常或者无直流电输入，则执行步骤S9；

S7、所述控制单元发送控制信号至第一接触器以使所述第一接触器闭合，且使所述第二接触器断开；

S8、所述直流负载接口得电，所述逆变模块将输入的直流电逆变为交流电后输入至交流负载接口；

S9、控制单元发出控制信号至所述第一接触器和第二接触器，以使所述第一接触器和第二接触器均断开；

S10、重复执行步骤S1-S9。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的电源电路，其通过设置直流转换单元和交流转换单元，能够分别为负载电源接口的直流负载接口和交流负载接口提供直流电和交流电，提高了负载电源接口对于外部电源形式的通用性。

2、本发明的轨道车辆空调，其空调电源接口和外部电源之间连接有本发明的电源电路，能够分别为空调电源直流接口和空调电源交流接口提供直流电和交流电，提高了轨道车辆空调对外部电源形式的通用性。

3、本发明的电源电路的控制方法，能够为负载电源接口或者空调电源接口自主选择符合要求的电源形式，提高了负载使用的灵活性和车内乘客的舒适性。

附图说明

图1为本发明电源电路的电路图；

图2为本发明轨道车辆空调的电路图；

图3为第一前端模块的电路图；

图4为第二前端模块的电路图；

图5为预充电控制模块的电路图。

以上各图中：1、外部电源；101、直流电源输入；102、交流电源输入；2、负载电源接口；201、直流负载接口；202、交流负载接口；3、直流转换单元；31、第一检测模块；32、第一接触器；33、逆变模块；34、第一前端模块；4、交流转换单元；41、第二检测模块；42、第二接触器；43、整流模块；44、第二前端模块；5、空调电源接口；501、空调电源直流接口；502、空调电源交流接口；503、预充电控制模块；504、变频压缩机控制模块；505、交流用电部件控制模块；6、变频压缩机；7、交流用电部件。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，空调室内机的长度方向为安装后的横向；术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明提出一种电源电路，连接于外部电源输入1和负载接口2之间，所述外部电源输入1包括直流电源输入101和交流电源输入102，其中，直流电源输入101可提供直流电，通常为DC750V直流电，交流电源输入102可提供交流电，通常为AC380V交流电；所述负载接口2包括可输入直流电的直流负载接口201，以及可输入交流电的交流负载接口202；本发明的电源电路进一步包括直流转换单元3和交流转换单元4，所述直流转换单元3连接于所述直流电源输入101和直流负载接口201之间，所述交流转换单元4连接于所述交流电源输入102和交流负载接口202之间。

继续参见图1，所述直流转换单元3包括第一检测模块31、第一接触器32和逆变模块33，所述第一检测模块31可检测所述直流输入101的直流电的极性和电压是否符合要求，所述逆变模块33可将直流电转换成交流电，所述第一检测模块31和第一接触器32的输入端分别与所述直流电源输入101连接，所述第一接触器32的输出端与所述直流负载接口201连接，所述逆变模块33的输入端与所述第一接触器32的输出端相连，所述逆变模块33的输出端与所述交流负载接口202相连；当所述第一检测模块31检测到所述直流电源输入101的直流电满足极性和电压要求时，所述第一接触器闭合，所述直流电源输入101的直流电输入至直流负载接口201以提供直流电；同时所述逆变模块33得电并将输入的直流电转换成为交流电后输入至交流负载接口202以提供交流电。

进一步参见图1，所述交流转换单元4包括第二检测模41、第二接触器42和整流模块43，所述第二检测模块41可检测所述交流电源输入102的交流电，包括电压、缺相和相序是否满足要求，所述整流模块43可将交流电转换成直流电，所述第二检测模块41和第二接触器42的输入端分别与所述交流电源输入102连接，所述第二接触器42的输出端与所述交流负载接口202连接；所述整流模块43的输入端与所述第二接触器42的输出端相连，所述整流模块43的输出端与所述直流负载接口201相连；当所述第二检测模块41检测到所述交流单元输入102的交流电满足电压、缺相和相序要求时，所述第二接触器闭合，所述交流电源输入102的交流电输入至交流负载接口202以提供交流电；同时所述整流模块43得电并将输入的交流电转换成为直流电后输入至直流负载接口201以提供直流电。

作为优选，为了保证所述直流转换单元3和交流转换单元4同时最多只能有一个得电，所述第一接触器302与第二接触器402为互锁关系，即当第一接触器302闭合时，无论所述第二检测模块401检测到所述交流电源输入102的交流电是否满足要求，所述第二接触器402均不能闭合；反之亦然。

进一步地，所述直流转换单元3进一步包括第一前端模块34，所述第一前端模块34可对直流电进行短路保护和滤波处理，所述第一前端模块34的输入端与所述直流电源输入101相连，所述第一前端模块34的输出端分别与所述第一检测模块31、第一接触器32的输入端相连。所述交流转换单元4进一步包括第二前端模块44，所述第二前端模块44可对交流电进行短路保护和滤波处理，所述第二前端模块44的输入端与所述交流电源输入102相连，所述第二前端模块44的输出端分别与所述第二检测模块41、第二接触器42的输入端相连。

具体地，所述第一检测模块301为直流电源检测器，所述直流电源检测器的输入端与所述直流电源输入101连接以检测直流电的极性、过电压、欠电压是否符合要求；所述第二检测模块401为交流电源检测器，所述交流电源检测器的输入端与所述交流电源输入102连接以检测交流电的过电压、欠电压、错相、缺相、相不平衡等是否符合要求。

参见图3，所述第一前端模块34包括依次相连的第一短路保护电路和第一滤波器，所述第一短路保护电路与所述直流电源输入101相连，所述第一滤波器的输出端分别与所述第一检测模块31和第一接触器32的输入端相连；所述第一短路保护电路用于在所述直流电源输入101供电过程中出现过流、过压时对电路进行短路保护，第一滤波器用于对所述直流电源输入101的供电进行滤波处理。

在本发明的一个实施例中，所述第一短路保护电路包括两个熔断器，所述两个熔断器分别串联接入直流电源输入101的两相电路中；在本发明的另一个实施例中，所述第一短路保护电路包括一个熔断器，所述一个熔断器串联接入直流电源输入101的DC+电路中；在本发明的再一个实施例中，所述第一短路保护电路包括两个空气开关，所述两个空气开关分别串联接入直流电源输入101的两相电路中。短路保护时，所述熔断器熔断或者空气开关断开以实现对电路的保护。

参见图4,，所述第二前端模块44包括依次相连的第二短路保护电路和第二滤波器，所述第二短路保护的输入端与所述交流电源输入102相连，所述第二滤波器的输出端分别与所述第二检测模块41和第二接触器42的输入端相连。所述第二短路保护电路用于在所述交流电源输入102供电过程中出现过流、过压时对电路进行短路保护，第二滤波器用于对所述交流电源输入102的供电进行滤波处理。

在本发明的一个实施例中，所述第二短路保护电路包括三个熔断器，所述三个熔断器分别串联接入所述交流电源输入102的三相电路中；在本发明的另一个实施例中，所述第二短路保护电路包括两个熔断器，所述两个熔断器分别串联接入所述交流电源输入102的任意两相电路中；在本发明的再一个实施例中，所述第二短路保护电路包括三个空气开关，所述三个空气开关分别串联接入所述交流电源输入102的三相电路中。短路保护时，所述熔断器熔断或者空气开关断开以实现对电路的保护。

为了实现对本发明的电源电路进行精确控制，本发明的电源电路进一步包括控制单元，所述第一检测模块31和第二检测模块41的输出端分别与所述控制单元相连，所述第一检测模块31和第二检测模块41可分别将检测到的所述直流电源输入101和交流电源输入102的信息发送至控制单元，控制单元分别判断所述直流电源输入101和交流电源输入102是否满足要求，并进一步发出控制命令至所述第一接触器和第二接触器，以控制所述第一接触器和第二接触器的开闭。

进一步地，所述逆变模块33包括多个IGBT功率器件、驱动部件和逆变控制器，所述逆变模块33的输入端输入为DC750V的直流电，输出为AC380V交流电，所述控制单元可发送控制信号至逆变控制器，从而控制所述IGBT功率器件的通断进而控制由直流电至交流电的转换。所述整流模块43包括整流桥和通断控制部件，所述整流桥可将AC380V交流电转换成为DC750V的直流电，所述控制单元可发送控制信号至通断控制部件以控制所述整流桥的开闭，进而控制由交流电至直流电的转换。

参见图2，本发明进一步提出一种轨道车辆空调，包括空调电源接口5，所述空调电源接口5包括空调电源直流接口501和空调电源交流接口502，所述轨道车辆空调进一步包括前述的电源电路，所述直流转换单元3连接于所述空调电源直流接口501和直流电源输入101之间，所述交流转换单元4连接于所述空调电源交流接口502和交流电源输入102之间，具体地，所述第一接触器32和整流模块43的输出端与所述空调电源直流接口501相连，以为所述空调电源直流接口501提供直流电，所述第二接触器42和逆变模块33的输出端与所述空调电源交流接口502相连，以为所述空调电源交流接口502提供交流电。

进一步地，所述空调电源接口5进一步包括预充电控制模块503和变频压缩机控制模块504，所述预充电控制模块503可降低上电电流，减少对电路的冲击，所述变频压缩机控制模块504可为轨道车辆空调的变频压缩机6提供变频变压的交流电，所述预充电控制模块503的输入端与所述第一接触器32和整流模块43的输出端相连，所述变频压缩机控制模块504的输出端与所述变频压缩机6的输入端相连；所述空调电源交流负载接口502通过所述交流用电部件控制模块505与交流用电部件7相连。

参见图5，所述预充电控制模块503包括并联接入的前端电压检测器件和后端电压检测器件，所述后端电压检测器件输出端进一步并联有大容量电容，所述前端电压检测器件和后端电压检测器件之间并联接入有主接触器和预充电电阻，所述预充电电阻进一步串联有预充电接触器，所述预充电控制模块503通过为预充电电阻上电一定时间从而控制上电电流，进而减少电路冲击。具体地，前端电压检测器件检测到正常输入电压后，所述预充电接触器闭合，所述预充电电阻上电并为大容量电容充电，所述预充电电阻可减弱电路电流值，当后端电压检测器件检测到电压已上升至前端电压的80％时，此时接通主接触器以为后续电路供电，避免了后续电路中存在大容量充电时形成较大电流而对电路造成冲击。

所述变频压缩机控制模块504包括多个IGBT功率器件、驱动部件和变频控制器，所述变频压缩机控制模块504的输入端输入为DC750V/540V的直流电，输出为变频变压的交流电，所述控制单元可发送控制信号至变频控制器，从而控制多个所述IGBT功率器件的通断，进而控制所述变频压缩机控制模块504的输出状态。

所述交流用电部件7包括冷凝风机、通风机等部件，为了实现分别对冷凝风机、通风机等部件的单独控制，所述交流用电部件控制模块55包括可分别控制冷凝风机、通风机等部件启停的接触器和保护器件，所述保护器件为热继电器或电动机保护器，所述保护器件可发送信号至控制单元，所述控制单元分别控制各部件的接触器从而控制交流用电部件7的启停。

本发明进一步提出一种电源电路的控制方法，用于控制前述的电源电路，包括以下步骤：

S1、所述第二检测模块41检测所述交流电源输入102的交流电，并将检测数据发送至控制单元；

S2、控制单元判断所述交流电源输入102的交流电是否正常，若所述交流电源输入102的交流电正常，则顺次执行S3、S4、S1、S2；若所述交流电源输入102的交流电不正常或者无交流电输入，则执行S5；

S3、所述控制单元发送控制信号至第二接触器42以使所述第二接触器42闭合，且使所述第一接触器32断开；

S4、所述交流负载接口202得电，所述整流模块43将输入的交流电整流为直流电后输入至直流负载接口201；

S5、所述第一检测模块检测31所述直流电源输入101的直流电，并将检测数据发送至控制单元；

S6、控制单元判断所述直流电源输入101的直流电是否正常，若所述直流电源输入101的直流电正常，则顺次执行S7、S8、S5、S6；若所述直流电源输入101的直流电不正常或者无直流电输入，则执行S9；

S7、所述控制单元发送控制信号至第一接触器32以使所述第一接触器32闭合，且使所述第二接触器42断开；

S8、所述直流负载接口201得电，所述逆变模块33将输入的直流电逆变为交流电后输入至交流负载接口202；

S9、控制单元发出控制信号至所述第一接触器32和第二接触器42，以使所述第一接触器32和第二接触器42均断开；

S10、重复执行S1-S9。

本发明电源电路的控制方法应用于前述的轨道车辆空调中时，具体步骤如下：

S1’、所述第二检测模块41检测所述交流电源输入102的交流电，并将检测数据发送至控制单元；

S2’、控制单元判断所述交流电源输入102的交流电是否正常，若所述交流电源输入102的交流电正常，则顺次执行S3、S4、S1、S2；若所述交流电源输入102的交流电不正常或者无交流电输入，则执行S5；

S3’、所述控制单元发送控制信号至第二接触器42以使所述第二接触器42闭合，且使所述第一接触器32断开；

S4’、所述空调电源交流接口502得电，所述整流模块43将输入的交流电整流为直流电后输入至空调电源直流接口501；

S5’、所述第一检测模块检测31所述直流电源输入101的直流电，并将检测数据发送至控制单元；

S6’、控制单元判断所述直流电源输入101的直流电是否正常，若所述直流电源输入101的直流电正常，则顺次执行S7、S8、S5、S6；若所述直流电源输入101的直流电不正常或者无直流电输入，则执行S9；

S7’、所述控制单元发送控制信号至第一接触器32以使所述第一接触器32闭合，且使所述第二接触器42断开；

S8’、所述空调电源直流接口501、预充电控制模块503、变频压缩机控制模块504和变频压缩机6依次得电，所述逆变模块33将输入的直流电逆变为交流电后输入至空调电源交流接口502，所述交流用电部件控制模块505和交流用电部件7依次得电；

S9’、控制单元发出控制信号至所述第一接触器32和第二接触器42，以使所述第一接触器32和第二接触器42均断开；

S10’、重复执行S1’-S9’。

Claims (9)

1.一种电源电路，连接于外部电源和负载电源接口之间，所述外部电源包括直流电源输入和交流电源输入，所述负载电源接口包括直流负载接口和交流负载接口，其特征在于：所述电源电路包括连接于所述直流电源输入和直流负载接口之间的直流转换单元，以及连接于所述交流电源输入和交流负载接口之间的交流转换单元；

所述直流转换单元包括第一检测模块和第一接触器，所述第一检测模块和第一接触器的输入端分别与所述直流电源输入连接，所述第一接触器的输出端与所述直流负载接口连接；

所述交流转换单元包括第二检测模块和第二接触器，所述第二检测模块和第二接触器的输入端分别与所述交流电源输入连接，所述第二接触器的输出端与所述交流负载接口连接；

所述直流转换单元进一步包括可将直流电转换成交流电的逆变模块，所述逆变模块的输入端与所述第一接触器的输出端相连，所述逆变模块的输出端与所述交流负载接口相连；

所述交流转换单元进一步包括可将交流电转换成直流电的整流模块，所述整流模块的输入端与所述第二接触器的输出端相连，所述整流模块的输出端与所述直流负载接口相连。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：所述第一接触器与第二接触器互锁。

3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：所述直流转换单元进一步包括可对直流电进行短路保护和滤波处理的第一前端模块，所述第一前端模块的输入端与所述直流电源输入相连，所述第一前端模块的输出端分别与所述第一检测模块、第一接触器的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于：所述第一前端模块包括依次相连的第一短路保护电路和第一滤波器，所述第一短路保护电路与所述直流电源输入相连，所述第一滤波器的输出端分别与所述第一检测模块和第一接触器的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：所述交流转换单元进一步包括可对交流电进行短路保护和滤波处理的第二前端模块，所述第二前端模块的输入端与所述交流电源输入相连，所述第二前端模块的输出端分别与所述第二检测模块、第二接触器的输入端相连。

6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于：所述第二前端模块包括依次相连的第二短路保护电路和第二滤波器，所述第二短路保护的输入端与所述交流电源输入相连，所述第二滤波器的输出端分别与所述第二检测模块和第二接触器的输入端相连。

7.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：进一步包括可分别控制所述第一接触器和第二接触器开闭的控制单元，所述控制单元同时与所述第一检测模块和第二检测模块的输出端相连。

8.一种轨道车辆空调，包括空调电源直流接口和空调电源交流接口，其特征在于：所述轨道车辆空调进一步包括如权利要求1-7任一项所述的电源电路，所述第一接触器和整流模块的输出端与所述空调电源直流接口相连，所述第二接触器和逆变模块的输出端与所述空调电源交流接口相连。

9.一种电源电路的控制方法，用于控制如权利要求1-7任一项所述的电源电路，其特征在于：包括以下步骤：

S1、所述第二检测模块检测所述交流电源输入的交流电，并将检测数据发送至控制单元；

S2、控制单元判断所述交流电源输入的交流电是否正常，若所述交流电源输入的交流电正常，则顺次执行步骤S3、S4、S1、S2；若所述交流电源输入的交流电不正常或者无交流电输入，则执行步骤S5；

S3、所述控制单元发送控制信号至第二接触器以使所述第二接触器闭合，且使所述第一接触器断开；

S4、所述负载交流负载接口得电，所述整流模块将输入的交流电整流为直流电后输入至直流负载接口；

S5、所述第一检测模块检测所述直流电源输入的直流电，并将检测数据发送至控制单元；

S6、控制单元判断所述直流电源输入的直流电是否正常，若所述直流电源输入的直流电正常，则顺次执行步骤S7、S8、S5、S6；若所述直流电源输入的直流电不正常或者无直流电输入，则执行步骤S9；

S7、所述控制单元发送控制信号至第一接触器以使所述第一接触器闭合，且使所述第二接触器断开；

S8、所述负载直流负载接口得电，所述逆变模块将输入的直流电逆变为交流电后输入至交流负载接口；

S9、控制单元发出控制信号至所述第一接触器和第二接触器，以使所述第一接触器和第二接触器均断开；

S10、重复执行步骤S1-S9。