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浅析自主研发车载空调低压继电器的重要意义

2020-06-15 255 上传者：管理员

摘要：随着中国铁路轨道交通国产化步伐快速发展和中国高速铁路技术力量的飞速进步,逐渐将国外的技术通过引进吸收并且创新。低压继电器为动车组空调装置的核心部件,通过低压继电器检测网络电压,将反馈信号输出给空调控制装置,根据控制器接收到的信号用来控制空调机组采取不同的运行模式。目前应用于空调装置的低压继电器还是从国外购买,价格昂贵,购买周期长,自主研发空调控制装置用低压继电器,可以大大缩短购货周期,并节约空调机组国产化成本。

关键词：
低压继电器
变压器
整流堆
空调控制装置
车载空调
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1、概述

随着铁道车辆的高速发展和人民生活水平的提高，旅客列车的乘坐舒服性越来越好，空调机组在铁道车辆上得到广泛的应用。虽然我国的列车空调技术起步晚，现在还相对处于落后状态；但这些年我国列车空调技术发展速度也很快，技术也越来越成熟。随着近年来轨道交通行业的全面国产化，空调机组的国产化也是势在必得。在空调机组国产化后，低压继电器作为空调装置的重要部件，长期来从日本、美国等地采购，购货周期长，价格较贵。随着轨道交通行业国产化步伐的快速发展，低压继电器的国产化，可以大大缩短了购货周期，并且国产化低压继电器价格较低。

继电器(Relay)，也称电驿，是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。低电压继电器，简称UV，它的主要用途在于当系统的异常电压下降时，低电压继电器动作而使断路器断开，保护空调控制装置免遭损坏。该低压继电器使用于空调装置中，用于检测网络电压，网络输入电压值AC400V，波动范围（-37%～+24%）的条件，网络电压经过变压器后输入到低压继电器，低压继电器输出至空调控制装置的触头为常开。当输入电压正常时，继电器输出闭合，空调装置正常运行；当输入电压低时，继电器输出断开，空调装置降模式运行。

2、低压继电器硬件电路设计

本文设计的低压继电器应用于CRH380CL空调机组，低压继电器检测电压为AC195.5V±1V，滞回电压AC18V±1V。该低压继电器低压检测范围为AC150V～AC210V，即通过调节外部的旋钮电阻，来选择检测的低压范围，可广泛应用于其它低压检测装置。

电路设计:由于该器件放置于空调装置的继电器盘，因此体积较小，PCB板面积不到3m2，在硬件电路设计中有以下难点：a.基准电压精度要求较高且不随外围环境的变化而变化；b.继电器供电电源电路的设计。

2.1 基准电压电路。

基准电压是用来检测外部输入电压的参考值，要求波动小、精度高且不受外部环境的影响。将外部输入需要检测的交流电压经过变压器，先把高电压转换为低电压，再经过桥式整流堆将交流电压调理成直流电压，整流堆在器件选型时，要注意随着温度的增加漏电流不变，否则会导致基准电压随着温度的变化而波动。由于该输出电压是比较器的基准端，因此在输出端加了RC滤波和支撑电容以及稳压管等，使电压不会随着输入电压的波动，导致基准电压值有较大波动。在电压的输出端加稳压管，防止外界电压过高而损坏电路中其他器件。详细电路见图1。

图1 基准电压电路

2.2 检测调节电路。

检测调节电路用来调节外部输入欠压值检测值，通过调节滑动变阻器，改变输入至比较器正端的电压。VR1、VR2、VR3为调节检测低压的范围，其中VR1旋钮电阻，安装在继电器的外部，可以从外部进行调节需要检测的电压值，该值确定后，使用固体胶（耐高温KE-45-T）将其固定；VR2、VR3焊接在继电器的内部，其中VR2是粗调，VR3是微调；检测低压范围：AC140V～AC220V。本项目要求的检测电压为AC195.5V±1V，滞回电压AC18V±1V。电路见图2。

图2 检测电压调节电路

2.3 继电器控制电路。

继电器控制电路通过比较器的输出来控制三极管的导通与截止，比较器的IN-为参考电压输入端，与外部输入电压VIN进行比较，判断被检测电压值后，来控制继电器的通断，输出至空调控制装置。由于比较器的输出高电平为9.1V，因此需要在比较器的输出端和三极管之间加稳压管和限流分压电阻。

图3 控制电路

根据系统的实际要求，低压继电器需满足滞回电压。输入电压高于AC391V，输入至低压继电器电压为AC195.5V，继电器输出闭合，当输入电压低于AC355V时，输入至低压继电器电压为AC177.5V，继电器输出断开。该低压继电器除了可以用来检测网压外，还具有检测过分相功能。测试结果见图4。注：红色为检测电压，绿色为比较器输出。

图4 过分相测试

3、性能对比

目前动车组空调控制装置中的低压继电器使用的是三菱生产的，国产化继电器与三菱继电器的性能基本相同，并且国产化继电器的检测低压的范围比三菱的继电器范围广。测试数据见表1。

表1 检测范围对比

按照次轮五级修标准，运行公里数为480万公里，一般在20～30公里一个分相区，全寿命内动作次数：25万次以上。国产化设计输出触点动作次数与三菱继电器相同，动作次数为30万次。国产化低压继电器输出触点电流参数与三菱相同，见表2。

表2 触点电流

4、结论

根据上述性能对比，国产化低压继电器的性能及其寿命与目前动车组空调装置使用的三菱继电器相同。并且国产化继电器具有价格低，采购周期短等特点，为我国实现高铁技术国产化的步伐又推进了一步。前瞻产业研究院继电器行业研究小组分析认为，我国继电器产业从“制造大国”向“创造大国”转变的步伐将逐渐加快，从出口拉动向内需、出口并驾齐驱的局面将日益凸显，特别是高端产品攻克提升后，内需推动的趋势会更加明朗。

参考文献：

[1]孙国凯,霍利民等.电力系统继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

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