机车空调电源系统的设计与研究
摘要
本文讨论的是机车空调电源系统的设计与研究。由于机车上提供的电能通过直流发电机得到，最终负载——空调机组为三相交流负载，所以该电源系统是一个复杂的系统。在该课题进行过程中，通过不断的试验、调试、调整，最终确立了电源系统的实现方案。在此方案基础上设计的电源系统符合设计要求，现已在现场运行，该电源具有很好的市场前景。
针对机车空调电源系统，本文主要完成以下几方面的工作：
1、在对现有开关电源的工作原理与特点了解对比及他人工作的基础上，提出了机车空调电源系统的整体方案，即主要包括DC／DC、DC／AC两大部分。
2、设计了电源系统的DC／DC部分。主要采用开关电源技术，用四组独立电源组合来实现直流电压提升，提高输出功率；并采用电压反馈控制来进行稳压，达到很好的效果。同时对分布式电源系统作了讨论。
3、设计了电源系统的DC／AC部分。将DC／DC得到的直流电逆变成三相交流电供给空调机组，使之工作，进行制冷。其中SPWM波使用了单片机与专用芯片SA4828结合来产生。
4、针对整个电源系统所需的逻辑控制电路，设计了故障检测保护电路，使整个系统在工作过程中取得了更好的效果。
The design and research of power system used in air-condition is introduced in this dissertation. Since the air-condition, a three-phase AC load, is supplied by dynamo, this system must be very complicated. Through many analyses and trials, the ultimate solution is proposed. The power system designed in this ultimate solution can fulfil the design demand. The power system has operated on the engine, it has promising development in market.
The main content of this dissertation is as follows:
Firstly, at the base of understanding and comparing the theory of switch-power, consulting work of others, bring forward the entire project of power system used in air-condition. The project consists of two parts: DC/DC part and DC/AC part.
Secondly, the DC/DC part is designed in this dissertation. This part mainly adopts switch-power technology, at the same time, it also utilizes a method with which more output power and higher DC voltage can be comparatively easy achieved. It uses four low-power switch supplies to fulfil the design demand. Simultaneously, voltage feedback control is applied to stabilize the output DC voltage.
Thirdly, the DC/AC part is described in this dissertation in which the AC voltage is transformed to DC voltage. This AC voltage supplies air-condition to work and modulate the temperature. The combination of MCU and SA4828 produces the SPWM signal to drive the DC/AC part.
At last, the dissertation designs some logic control circuits as well as fault inspecting and disposing circuits. All the above circuits make the power system work more reliably and smoothly.
针对机车空调电源系统，本文主要完成以下几方面的工作：
1、在对现有开关电源的工作原理与特点了解对比及他人工作的基础上，提出了机车空调电源系统的整体方案，即主要包括DC／DC、DC／AC两大部分。
2、设计了电源系统的DC／DC部分。主要采用开关电源技术，用四组独立电源组合来实现直流电压提升，提高输出功率；并采用电压反馈控制来进行稳压，达到很好的效果。同时对分布式电源系统作了讨论。
3、设计了电源系统的DC／AC部分。将DC／DC得到的直流电逆变成三相交流电供给空调机组，使之工作，进行制冷。其中SPWM波使用了单片机与专用芯片SA4828结合来产生。
4、针对整个电源系统所需的逻辑控制电路，设计了故障检测保护电路，使整个系统在工作过程中取得了更好的效果。
The design and research of power system used in air-condition is introduced in this dissertation. Since the air-condition, a three-phase AC load, is supplied by dynamo, this system must be very complicated. Through many analyses and trials, the ultimate solution is proposed. The power system designed in this ultimate solution can fulfil the design demand. The power system has operated on the engine, it has promising development in market.
The main content of this dissertation is as follows:
Firstly, at the base of understanding and comparing the theory of switch-power, consulting work of others, bring forward the entire project of power system used in air-condition. The project consists of two parts: DC/DC part and DC/AC part.
Secondly, the DC/DC part is designed in this dissertation. This part mainly adopts switch-power technology, at the same time, it also utilizes a method with which more output power and higher DC voltage can be comparatively easy achieved. It uses four low-power switch supplies to fulfil the design demand. Simultaneously, voltage feedback control is applied to stabilize the output DC voltage.
Thirdly, the DC/AC part is described in this dissertation in which the AC voltage is transformed to DC voltage. This AC voltage supplies air-condition to work and modulate the temperature. The combination of MCU and SA4828 produces the SPWM signal to drive the DC/AC part.
At last, the dissertation designs some logic control circuits as well as fault inspecting and disposing circuits. All the above circuits make the power system work more reliably and smoothly.
引文
1、张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计，电子工业出版社，1998．7
2、薛永毅，王淑英，何希才，新型电源电路应用实例，电子工业出版社，2001
3、吴守箴，臧英杰，电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社，2002．12
4、陈伯时，陈敏逊，交流调速系统，机械工业出版社，1998．4
5、赵修科，实用电源技术手册磁性元器件分册，辽宁科学技术出版社，2002．8
6、邓汉馨，郑家龙，模拟集成电子技术教程，高等教育出版社，1994．5
7、刘胜利，现代高频开关电源使用技术，电子工业出版社，2001．9
8、林渭勋，现代电力电子电路，浙江大学出版社，2002．7
9、许大中，贺益康，电机控制，浙江大学出版社，1995．2
10、贺益康，潘再平，电力电子技术基础，浙江大学出版社，1995．2
11、孙宏国，利用PWM集成控制器控制的弧焊逆变器，微型机与应用，2002年第10期
12、刘星平，唐勇奇，赵葵根，基于SG3525控制的可逆直流脉宽调速系统，湖南工程学院学报，第12卷第1期，2002．3
13、张玉峰，刘海宽，王树臣，PWM直流调速系统的研究，沈阳工业大学学报，第23卷第3期，2001．6
14、杨正龙，王慧贞，一种新型推挽正激变换器，电力电子技术，第36卷第1期，2002．2
15、秦海鸿，王慧贞，印健，低压输入交错并联双管正激变换器的研究，电源技术应用，第5卷第3期，2002．3
16、姜桂宾，裴云庆，刘海涛，王兆安，一种新型带隔离变压器的Boost变换器，电力电子技术，第36卷第4期，2002．8
17、王晓明，三相SPWM控制器SA4828及应用，辽宁工学院学报，第21卷第4期，2001．8
18、喻建军，具有无损耗缓沖电路的软开关双管正激式变换器，通讯电源技术，2001．12，第4期
19、石健将，王慧贞，严仰光，双管正激并、串联组合变换器研究与应用，电力
电子技术，第36卷第5期，2002．10
20、刘茂荣，郭佐，姚中之，姚忠文，三相PWM产生器SA8282在静止逆变电路中的应用，电力电子技术，1999年第5期
21、翁力，电梯用永磁同步电机变频器的设计，[硕士学位论文]，浙江大学，2003
22、陶伟仪，变频空调控制系统研究，[硕士学位论文]，浙江大学，2001
23、李广弟，单片机基础，北京航空航天大学出版社，1994．3
24、薛红兵，一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计，电源技术应用，第5卷第9期，2002．9
26、谢文刚，三相正弦波脉宽调制信号发生器SM2001，电源技术应用，第5卷第9期，2002．9
27、Lee F. C, Fang Z. D, Optimal Design Strategy of Switching Converters Employing Current Injected Control. IEEE Trans. On Aerospace andElectronic systems. 1985, 21(7): 21-35.
28、Fisher R. A, et al. A 500kHz 250W DC/DC Converter with Multi-Output Controlled by Phase Shifted PWM and Magnetic Amplifiers. Proceedings of High Frequency Power Conversion.1988, 100-110.
29、吴忠智，吴加林，变频器应用手册第2版，机械工业出版社，2002．7
30、邵日明，吴守箴，新型三相脉宽调制发生器——SA4828集成芯片及其应用，电工技术杂志，2000(8)
31、Sabate J. A., et al. Design Considerations for High-Voltage Full Bridge Zero-voltage-switched PWM Converter. IEEE APEC' 90, 1990, 274-284.
32、Zhou Xunwei et al. A Novel High-input-voltage, High Efficiency and Fast Transient Voltage Regulator Model——Push-pull Forward Converter. IEEE Trans. On Power Electronics, 1999: 279-283.
33、清风电器厂，空调机组产品说明书
34、芯片SA4828产品资料
2、薛永毅，王淑英，何希才，新型电源电路应用实例，电子工业出版社，2001
3、吴守箴，臧英杰，电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社，2002．12
4、陈伯时，陈敏逊，交流调速系统，机械工业出版社，1998．4
5、赵修科，实用电源技术手册磁性元器件分册，辽宁科学技术出版社，2002．8
6、邓汉馨，郑家龙，模拟集成电子技术教程，高等教育出版社，1994．5
7、刘胜利，现代高频开关电源使用技术，电子工业出版社，2001．9
8、林渭勋，现代电力电子电路，浙江大学出版社，2002．7
9、许大中，贺益康，电机控制，浙江大学出版社，1995．2
10、贺益康，潘再平，电力电子技术基础，浙江大学出版社，1995．2
11、孙宏国，利用PWM集成控制器控制的弧焊逆变器，微型机与应用，2002年第10期
12、刘星平，唐勇奇，赵葵根，基于SG3525控制的可逆直流脉宽调速系统，湖南工程学院学报，第12卷第1期，2002．3
13、张玉峰，刘海宽，王树臣，PWM直流调速系统的研究，沈阳工业大学学报，第23卷第3期，2001．6
14、杨正龙，王慧贞，一种新型推挽正激变换器，电力电子技术，第36卷第1期，2002．2
15、秦海鸿，王慧贞，印健，低压输入交错并联双管正激变换器的研究，电源技术应用，第5卷第3期，2002．3
16、姜桂宾，裴云庆，刘海涛，王兆安，一种新型带隔离变压器的Boost变换器，电力电子技术，第36卷第4期，2002．8
17、王晓明，三相SPWM控制器SA4828及应用，辽宁工学院学报，第21卷第4期，2001．8
18、喻建军，具有无损耗缓沖电路的软开关双管正激式变换器，通讯电源技术，2001．12，第4期
19、石健将，王慧贞，严仰光，双管正激并、串联组合变换器研究与应用，电力
电子技术，第36卷第5期，2002．10
20、刘茂荣，郭佐，姚中之，姚忠文，三相PWM产生器SA8282在静止逆变电路中的应用，电力电子技术，1999年第5期
21、翁力，电梯用永磁同步电机变频器的设计，[硕士学位论文]，浙江大学，2003
22、陶伟仪，变频空调控制系统研究，[硕士学位论文]，浙江大学，2001
23、李广弟，单片机基础，北京航空航天大学出版社，1994．3
24、薛红兵，一种输出电压4～16V开关稳压电源的设计，电源技术应用，第5卷第9期，2002．9
26、谢文刚，三相正弦波脉宽调制信号发生器SM2001，电源技术应用，第5卷第9期，2002．9
27、Lee F. C, Fang Z. D, Optimal Design Strategy of Switching Converters Employing Current Injected Control. IEEE Trans. On Aerospace andElectronic systems. 1985, 21(7): 21-35.
28、Fisher R. A, et al. A 500kHz 250W DC/DC Converter with Multi-Output Controlled by Phase Shifted PWM and Magnetic Amplifiers. Proceedings of High Frequency Power Conversion.1988, 100-110.
29、吴忠智，吴加林，变频器应用手册第2版，机械工业出版社，2002．7
30、邵日明，吴守箴，新型三相脉宽调制发生器——SA4828集成芯片及其应用，电工技术杂志，2000(8)
31、Sabate J. A., et al. Design Considerations for High-Voltage Full Bridge Zero-voltage-switched PWM Converter. IEEE APEC' 90, 1990, 274-284.
32、Zhou Xunwei et al. A Novel High-input-voltage, High Efficiency and Fast Transient Voltage Regulator Model——Push-pull Forward Converter. IEEE Trans. On Power Electronics, 1999: 279-283.
33、清风电器厂，空调机组产品说明书
34、芯片SA4828产品资料