CN1687659A - 汽车大客车变频节能环保空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车空调，特别指大客车自发电的电传动变频空调。本发明在车箱上部设有顶置空调机组，顶置空调内设有蒸发器、蒸发风机、冷凝器、冷凝风机、压缩机等，车箱内还设有电气控制系统，其特点在于所述的压缩机为电源驱动整体封闭涡旋式压缩机，空调机组使用的电源是由汽车发动机驱动的专用二次励磁同步交流发电机提供，空调机组采用整体单元式，包括两套独立的制冷系统，所述的电气控制系统由包括PLC在内的控制箱总成控制二次励磁同步发电机、整流滤波器、变频器、顶置空调器执行机构，各环节动作程序写入PLC可编程控制器内，按指令协调动作对系统进行自适应控制。本发明节能；环保；管路布置简单；电机寿命长；制冷效果稳定；安装简单。

Description

汽车大客车变频节能环保空调

技术领域

本发明涉及汽车空调，特别指大客车自发电的电传动变频空调。

背景技术

目前，使用的汽车大客车空调技术是延用多年、大批量推广的成熟技术，但在制冷效果等方面仍存在以下不足和缺点，被动式空调压缩机采用主发动机驱动，处于被动状态，其排量及制冷量随发动机转速的变化而变化，怠速时制冷效果差，约为额定制冷量的50％，甚至更低；主动式空调由于要使用专用的柴油机作为辅助动力，使得噪音相对被动式空调增大了5～10分贝。同时，在温度到达设定温度或者除霜时柴油机不能停止工作，只能空转或轻载运行，油耗增大很多；空调制冷系统管道连接多采用O型圈、喇叭口、法兰等连接形式，密封不佳，容易产生渗漏；压缩机容积形式为活塞式，其容积效率较差，约为70％～80％。密封上属于开启式压缩机，使用的轴封靠密封面的油膜密封，易渗漏，寿命大致为8年，与涡旋式压缩机相比少2年；冷凝风机、蒸发风机的电源为DC24V，风机电机因转速高碳刷易磨损，轴承易损坏，寿命短，维护频繁。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种能通过机械、电能量变换，交流——直流——交流电源的变换，及温度与频率的协调控制，并使用国际社会倡导的换代环保制冷工质，以及运用高效涡旋压缩机，能够达到环保、节能、平衡制冷综合效果的汽车大客车变频节能环保空调。

本发明的技术方案是：在车箱上部设有顶置空调机组，顶置空调内设有蒸发器、蒸发风机、冷凝器、冷凝风机、压缩机等，车箱内还设有电气控制系统，其特点在于所述的压缩机为电源驱动整体封闭涡旋式压缩机，空调机组使用的电源是由汽车发动机驱动的专用二次励磁同步交流发电机提供，空调机组采用整体单元式，包括两套独立的制冷系统，所述的电气控制系统由包括PLC在内的控制箱总成控制二次励磁同步发电机、整流滤波器、变频器、顶置空调器执行机构，各环节动作程序写入PLC可编程控制器内，按指令协调动作对系统进行自适应控制。

本发明有以下优点：

1、节能：新型的空调压缩机采用整体封闭涡旋式压缩机，容积效率高，减少输入功率。当车内温度达到空调的设定值时，空调系统进行自适应控制，节约能量。通过对比考核，新型压缩机比老式压缩机节能23％，利用变频技术充分发挥节能空间，总节能达35％。扣除发电机、电动机的损耗节能可达15％。

2、环保：使用的R407C工质是属于包括R134a在内的三种工质的混合物，对大气臭氧层没有破坏，同时因为R134a含量只有52％，相对于纯R134a来说温室效应要小，属于真正意义上的绿色环保产品，加上R407C工质的单位容积制冷量要比R134a大30％，所以在同样的制冷量需要下R407C比R134a少，对环保贡献很大。

3、空调制冷部分为整体单元式，管路布置简单，连接点均为焊接，避免了螺纹连接引起的泄漏，由于压缩机是全封闭式的，也不会有压缩机轴封连接的自然泄漏。

4、蒸发风机和冷凝风机的电源为三相交流电源，电机无碳刷、转速低、免维护、寿命长。

5、压缩机为全封闭式涡旋式缩机，转速、排量、制冷量恒定，不受大客车主发动机的转速影响，制冷效果稳定。

6、安装简单，取消了从顶置空调至压缩机组的两根连接管道，在安装的过程中不需要保压和加注工质，减少了由于安装原因出现的泄漏等质量问题，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明顶置空调机组主视图

图2是图1俯视图

图3是本发明制冷原理图

图4是本发明专用发电机装配图

图5是图4右视图

图6是发电机原理图

图7是本发明电气控制系统原理方框图

图8是电气控制系统电原理图

图9是变频器电原理图

图8中：SIV变频器，PW24V工作稳压电源模块，PLC程序控制器，KM11、KM12压缩机接触器，KM13、KM14冷凝风机，蒸发风机，FR13冷凝风机热继电器，FR14蒸发风机热继电器，QF1各电机空气开关，QF2电源模块，ZA1直流电源接触器，KA1压缩机组1，电磁阀中间继电器，KA2压缩机2，电磁阀中间继电器，KA3为ZA1接触器启动用中间继电器，HL1为故障显示灯，JQZ为发电机励磁器，ZL整流滤波器。

图9中：V1为软接通模块，V3-V5为IGBT逆变功率模块，T1-T3电流传感器，KM1直接高压接触器，Z1-Z2输出电抗器，L1滤波电感，M1-M6散热风机控制印刷板分接口板、功率驱动板和PC机板，接口板上X1为显示器接口端，X3为工作电源±24V接口，303启动线端，304故障线端，C1为滤波电容，R2为泄放电阻。

具体实施方式

由图2、6、7可知，本发明在车箱上部设有顶置空调机组，顶置空调内设有蒸发器、蒸发风机、冷凝器、冷凝风机、压缩机等，车箱内还设有电气控制系统，其特点在于所述的压缩机为电源驱动整体封闭涡旋式压缩机(1)，空调机组使用的电源是由汽车发动机驱动的专用二次励磁同步交流发电机提供，空调机组采用整体单元式，包括两套独立的制冷系统，所述的电气控制系统由包括PLC在内的控制箱总成控制二次励磁同步发电机、整流滤波器、变频器、顶置空调器执行机构，各环节动作程序写入PLC可编程控制器内，按指令协调动作对系统进行自适应控制。

本发明所述的整体单元式空调机组为，将客车顶部安装空调总成的机架分三个区域，左区域两侧分别对称设置蒸发风机(12)，中部对称设置蒸发器(2)，右区域两侧对称设置冷凝器(3)，冷凝风机(13)并排设在两冷凝器(3)的中间，中间区域中部对称设置涡旋式压缩机(1)，两侧设置贮液器(8)，所述各部分用管路和辅件连接成两套装置，整个机架用盖封闭与车辆形成整体，空调总成使用的电源是由汽车发动机驱动二次激磁发电机发电后经整流滤波后，送逆变器变频再经PLC机控制后输入电器控制总成和空调总成并形成反馈互动控制。所述的蒸发器与贮液器之间连有管路，管路上设有辅件膨胀阀(4)、电磁阀(5)、干燥过滤器(6)、视液镜(7)，蒸发器上还接有除霜温控器(11)，蒸发器另一管路连接压缩机和低压开关(9)。所述的冷凝器(3)一路管道连接压缩机(1)，并在管路中设置有高压开关(10)和单向阀(14)，另一路管道连接贮液器(8)。

本发明采用二台体积小，效力高的涡旋压缩机，各用一套蒸发器和各置一套冷凝器，使用的工质是R407C，不会对大气臭氧层产生破坏的绿色环保工质，整个系统的工质全部在车顶总成内工作，产生的冷气由蒸发风机送入车箱内，这样就省去了车下向车顶用长管输送工质的麻烦，车顶空调总成所使用的动力源是来自汽车发动机旁用皮带传动的自激磁发电机，所发出的电流为三相交流电，经整流后送逆变器变频再送入控制箱内，经PLC机控制后输入车顶空调总成，车顶总成各项技术参数和发电机的发电参数都反馈到控制箱内的PLC机中综合，使整个空调系统按照可编程控制器PLC各项指令进行最有效的工作运转。本发明的工作原理：由图3可知，从蒸发器(2)通过低压开关(9)出来的制冷蒸汽被吸入到压缩机(1)中，经压缩机压缩形成高温蒸汽，经排气管单向阀(14)进入冷凝器(3)，在冷凝器中高温高压的蒸汽被冷却成为高压液体，冷凝时释放出的热量由冷凝风机(13)排出到大气中，高压液态工质经贮液器(8)、视液镜(7)、干燥过滤器(6)、电磁阀(5)、膨胀阀(4)返回至蒸发器(2)，制冷剂在蒸发器内吸收空调环境中的空气热量而气化，被冷却的环境空气由蒸发风机(12)送入车箱内，从而达到制冷目的，由于压缩机的连接运转，吸入的蒸发气体不断循环，这样就产生了连续制冷效果，本装置分左右两套，安装工作原理一样，所有动作全部由电器控制箱总成中PLC机控制，无需人工管理，自动化程度高。

由图4可知，本发明所述的专用二次励磁同步交流发电机包括主发电机、励磁机、整流器(81)，其中主发电机包括发电机定子(31)和发电机转子(41)，励磁机包括励磁机定子(61)和励磁机转子(71)，发电机定子(31)和励磁机定子(61)设置在圆形电机外壳(51)内壁上，发电机转子(41)和励磁机转子(71)设置在同一转轴(101)上。所述的发电机定子(31)由铁芯和线圈构成，转子(41)由铁芯和线圈构成旋转励磁电枢，两者之间设有旋转间隙；所述的励磁机定子(61)由铁芯和线圈组成一次励磁磁场，励磁机转子(71)由铁芯和线圈组成二次励磁磁场，两者之间设有旋转间隙。

本发明专用发电机的装配工艺：发电机由外壳(51)、前后端盖(104、102)、前后轴承(91)及轴承盖(103、107)组成发电机机体，外壳(51)上安装有发电机定子(31)铁芯和线圈及一次励磁磁场铁芯和线圈，发电机出线盒(105)亦设在外壳(51)一侧，转轴(101)上安装有旋转励磁机发电机转子(41)铁芯和线圈、二次励磁磁场铁芯和线圈及旋转整流器(81)，整个发电机通过外壳上机脚(106)固定在汽车发动机旁，传动靠皮带轮带动旋转。本发明的原理：由图3可知，在定子侧给励磁机磁场线圈通受控电流激磁，励磁机电枢中感应出交流电势经过同轴旋转的整流器变成直流后，直接通入主机转子磁场线圈，这样发动机一转动发电机定子就能输出电功率。由于发电机磁场线圈、励磁机电枢以及旋转整流器都是安装在同一轴上，它们之间没有相对运动，整个电机从定子励磁，又从定子输出功率，完全省去了电刷滑环，通过静止安装的受PLC机控制的闭环激磁调节器，可以自动调节励磁电流大小，从而稳定了发电机输出电压。无刷励磁发电机实际上是由两个电机组成，由于调节的励磁电流，也就是说励磁电流经过励磁机放大整流后再送给主机磁场，它将使励磁机功率大大降低，使自动调节器励磁回路所需要的元件容量大大下降更加方便电子线路自动控制。

由图7可知，本发明所述的电气控制系统中启动信号由操作面板接至PLC指令励磁闭环系统向发电机提供励磁电流，发电机输出交流电压R、S、T至整流虑波器，并由整流滤波后将直流电压接至变频器；逆变、变频后的电压U、V、W再接至控制开关使交流接触器动作，并将电压再接至顶置空调器制冷；励磁检测环节如检测出发电机电压波动，既由励磁闭环系统向发电机送入修正后的励磁电流，使发电机发出稳定的电压；顶置空调器的执行机构如出现异常，其异常信号接至保护电路再由PLC发出停机指令。

本发明所述的控制箱总成内的交流接触器包括控制压缩机的KM11、KM12，控制冷凝风机蒸发风机的KM13、KM14，电源空气开关QF1、QF2，控制电磁阀中间继电器的KA1、KA2，整个工作电源24V，稳压模块隔离电源24V+24V-。

本发明所述的励磁闭环系统和励磁检测环节是由集成电路、电阻、电容组成的模块。

本发明所述的保护电路由压缩机排气温度保护器FT12、FT14，压力保护开关FP11、FP13，除霜温度保护器FT15、FT16组成。

由图8可知，合上空气开关QF1、QF2、直流接触器ZA1闭合，SIV和PW得电PLC进入准备程序，在发动机转动情况下发电机也进入准备程序，旋动控制开关SA1-R08通风机进入运转程序，此时激磁器进入激磁状态，发电机将发出三相交流电流，经整流器整流滤波后通过直流功率接触器送入SIV进行变频准备，此时PLC程序控制器609号控制线即送入变频指令KM14受PLC指令闭合，变频器即产生0频率向上逐渐升频的电压，使压缩机、通风机从0频向上进行软起动，当频率达到50HZ、电压380V时就完成了弱冷制冷环节。如果是进入强冷模式只要将控制操纵开关打向R10档KM12即闭合压缩机就会运转相同时间电磁阀二号打开，工质即进入二号压缩机开始进行强制冷模式。停机模式是操纵开关SA1打向停机，即所有电机停止工作压缩机有一个8秒种的自动抽真空的运转时间就全部停止制冷工作。

由图9可知，当整定电压510V-750V直流接入X1：1×1：2±24V电源接通后，KM1直流接触器击合L102-L103闭合电流经R1功率电阻进入NBQ内，整个变频器处于准备变频阶段，当控制箱送进来的启动信号609进入303线头时，即变频器进入功率变频阶段，变频器V1可控硅导通开始从0频逐步升频升压直至达50HZ380V交流三相输出，其输出送至Z1-Z2输出电感送至控制箱。当发电机发出的电压低于整定值时，变频器PC机检测出整定值低就会发出控制指令，控制触发器降低变频频率和输出交流电压，当输入直流电压高于整定值时PC机指令触发器稳频，稳压模式工作限制在频率50HZ380V电压输出。当机器内部出现故障时将送出一组电信号304到控制箱，使控制箱停止工作。显示器端口2功能非常齐全输出的各项数据都可显示在显示器上，其中有输入电压、输出电流、电压频率、IGBT温度、故障显示功率KW数等。停机信号只断开接口303线端即可，也就是说控制箱不送出609信号，变频器即停止工作进入待启动状态。

本发明电路的工作原理：4个接触器、3个中间继电器和发电机的闭环励磁回路及发电机整流电路ZL，电路信号走向是控制面板SA1发出操作启动指令，箱内PLC即指令闭环励磁调节器BHLZTJQ通过LZ+LZ-向发电机送出励磁电流，发电机在汽车主发动机带动下旋转发出三相交流电压S、R、T，经整流器ZL整流滤波后通过直流接触器ZA送入变频器，在PC机指令下变成一频率随机可调的三箱交流电源再送入控制箱，在PLC的指令下各接触器中间继电器动作将三相交流电压分送到各压缩机、蒸发风机、冷凝风机、控制电磁阀，打开电磁阀，这样就完成了整个启动制冷过程向车箱内输送冷气。顶置空调分左右手装置完全一样，如果是弱冷环节PLC机在操纵面板控制下只用一边，强冷指令下左右手各执行电机就全部运转，如果发动机转速出现波动的话，发电机输出的三箱交流电压会跟随波动，整流器输出的直流电压也会波动，励磁检测环节即会检测出波动的直流电压和比较电压相比较，比较后励磁回路即会送出修正后的励磁电压，使发电机立即修正发出的电压维持到整定值，如果发电机还达不到整定电压，则变频器会改变频率和输出电压，使各执行电机在安全频率和电压下工作。顶置内设有高压开关、低压开关、化霜开关，任一开关超出整定值即将信号送入控制箱中，PLC指令停机并点亮信号灯报警。化霜开关超出整定值其电信号送入PLC即指令压缩机停车待化霜后自动开机。在指令压缩机开机时，变频器是从零频率起动直至整定到50HZ380V电压，有效的扼制了各电机的启动电流，当发电机因转速太低达不到整定值时，变频器降低频率和电压，使各电机安全运行，如果发电机超出整定值时，变频器在PC机指令下稳频稳压工作在50HZ380V。

Claims (10)

1、一种汽车大客车变频节能环保空调，在车箱上部设有顶置空调机组，顶置空调内设有蒸发器、蒸发风机、冷凝器、冷凝风机、压缩机等，车箱内还设有电气控制系统，其特征在于所述的压缩机为电源驱动整体封闭涡旋式压缩机(1)，空调机组使用的电源是由汽车发动机驱动的专用二次励磁同步交流发电机提供，空调机组采用整体单元式，包括两套独立的制冷系统，所述的电气控制系统由包括PLC在内的控制箱总成控制二次励磁同步发电机、整流滤波器、变频器、顶置空调器执行机构，各环节动作程序写入PLC可编程控制器内，按指令协调动作对系统进行自适应控制。

2、根据权利要求1所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的整体单元式空调机组为，将客车顶部安装空调总成的机架分三个区域，左区域两侧分别对称设置蒸发风机(12)，中部对称设置蒸发器(2)，右区域两侧对称设置冷凝器(3)，冷凝风机(13)并排设在两冷凝器(3)的中间，中间区域中部对称设置涡旋式压缩机(1)，两侧设置贮液器(8)，所述各部分用管路和辅件连接成两套装置，整个机架用盖封闭与车辆形成整体，空调总成使用的电源是由汽车发动机驱动二次激磁发电机发电后经整流滤波后，送逆变器变频再经PLC机控制后输入电器控制总成和空调总成并形成反馈互动控制。

3、根据权利要求2所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的蒸发器与贮液器之间连有管路，管路上设有辅件膨胀阀(4)、电磁阀(5)、干燥过滤器(6)、视液镜(7)，蒸发器上还接有除霜温控器(11)，蒸发器另一管路连接压缩机和低压开关(9)。

4、根据权利要求2所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的冷凝器(3)一路管道连接压缩机(1)，并在管路中设置有高压开关(10)和单向阀(14)，另一路管道连接贮液器(8)。

5、根据权利要求1所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的专用二次励磁同步交流发电机包括主发电机、励磁机、整流器(81)，其中主发电机包括发电机定子(31)和发电机转子(41)，励磁机包括励磁机定子(61)和励磁机转子(71)，发电机定子(31)和励磁机定子(61)设置在圆形电机外壳(51)内壁上，发电机转子(41)和励磁机转子(71)设置在同一转轴(101)上。

6、根据权利要求5所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的发电机定子(31)由铁芯和线圈构成，转子(41)由铁芯和线圈构成旋转励磁电枢，两者之间设有旋转间隙；所述的励磁机定子(61)由铁芯和线圈组成一次励磁磁场，励磁机转子(71)由铁芯和线圈组成二次励磁磁场，两者之间设有旋转间隙。

7、根据权利要求1所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的电气控制系统中启动信号由操作面板接至PLC指令励磁闭环系统向发电机提供励磁电流，发电机输出交流电压R、S、T至整流虑波器，并由整流滤波后将直流电压接至变频器；逆变、变频后的电压U、V、W再接至控制开关使交流接触器动作，并将电压再接至顶置空调器制冷；励磁检测环节如检测出发电机电压波动，既由励磁闭环系统向发电机送入修正后的励磁电流，使发电机发出稳定的电压；顶置空调器的执行机构如出现异常，其异常信号接至保护电路再由PLC发出停机指令。

8、根据权利要求7所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的控制箱总成内的交流接触器包括控制压缩机的KM11、KM12，控制冷凝风机蒸发风机的KM13、KM14，电源空气开关QF1、QF2，控制电磁阀中间继电器的KA1、KA2，整个工作电源24V，稳压模块隔离电源24V+24V-。

9、根据权利要求7所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的励磁闭环系统和励磁检测环节是由集成电路、电阻、电容组成的模块。

10、根据权利要求7所述的汽车大客车变频节能环保空调，其特征在于所述的保护电路由压缩机排气温度保护器FT12、FT14，压力保护开关FP11、FP13，除霜温度保护器FT15、FT16组成。

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