浅谈变频空调对车辆供电电源的影响及解决方案

2019-11-29徐万宝

商品与质量 2019年10期

徐万宝

吉林省长春市中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130013

随着轨道交通的快速发展，变频空调以其启动电流小、噪音低、能耗少、制冷制热快等特点，获得了越来越多地铁公司的青睐。变频空调这一非线性负载，在电路中产生的谐波会根据使用环境而影响供电电源的稳定，严重的情况下会引起电气设备损坏。

1 空调的种类和区别

目前轨道车辆的空调基本上分为定频空调和变频空调两类，而变频空调又有“直流变频”与“交流变频”两大分支。变频和定频空调主要的区别就是在压缩机运行的方式不同。变频空调的压缩机通过不停机运转实时调节地铁车厢内的温度，车厢内温温度稳定时，空调状态会转为低频的状态运转，恒定且智能的调节车厢内的温度，而定频空调则需要通过手动控制来空调冷热的开关和温度设置来实现节车厢内温的调节[1]。

2 轨道车辆变频空调和定频空调的运行原理

定频空调压缩机转速是固定的，通过手动控制来调节车厢内温度，温度控制在设定的范围内，以额定功率来进行制热或制冷。当车厢内温制冷到比空调设定温度低后，空调停止工作，当车厢内温比空调设定温度高时，空调开始制冷工作。通过此工作玄幻，使车厢内温控制在一个稳定舒适的范围。

变频空调是在定频空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据车厢内温度对的情况自动提供所需的冷（热）量；当车厢内温度达到设置值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。目前变频空调主要工作原理是输入端对三相电源进行整流，然后进行逆变，通过变换逆变输出的电压值及频率从而实现空调机组的变频，在此工作原理工作下的变频空调为非线性负载[2]。

3 非线性负载

非线性负载是指内含整流设备，或具有非线性阻抗特征的用电设备从电力系统汲取功率的负载。在电路中，电流与电压不成线性关系，在负载的投入、运行过程中，电压和电流的关系是经常变化的。所谓非线性，就是自变量和变量之间不成线性关系，成曲线或者其他关系。或者说其阻抗随外施加的电压或电流的变化而变化，也就是说其阻抗是电压或电流的函数。用函数解释则为：y=f（x），当为一次函数时，y与x是线性关系，为其他条件在为非线性关系。因此，非线性负载的特征是会引起供电系统电压或电流波形的突变。

4 非线性负载对供电电源的影响及其特征

非线性负载作为谐波源，会向供电系统输入数量巨大的高次谐波，这些高次谐波直接导致供电系统的安全运行和电气设备的不正常工作，对供电系统和电气设备带来严重的危害。例如：增大铜、铁的损耗，产生噪声，设备过。同时还可能让旋转设备发生反方向转矩的情况，造成机械热耗和损伤。当高次谐波夹杂在供电电路里时，会危害电气设备的绝缘水平，增加介质损耗，导致充电电流增大，从而引起各种故障[3]。

4.1 非线性负载的特征

（1）产生大量的谐波污染。非线性负载无不例外的会产生不同程度谐波，冲击性负载发出连续频谱的谐波电流，更有甚者产生大量的分数次谐波；（2）引起电压波动及电压闪变；（3）产生负序电流。非线性负载的不对称性会产生负序电流，其主要负载就是电气化轨道的客车。

4.2 非线性负载对供电系统稳定的影响

谐波使供电电压波形畸变，导致供电质量下降。同时，电路经过谐波电流后有发生谐振的潜在危险，谐振现象一旦出现将出现的过电流、过电压问题，促使供电系统安全稳定的运行受到进一步危害，基本表现为：（1）使保护装置、继电器误动或拒动，如零序电流过流极易造成接地保护误动的情况；（2）供电线路的容量降低；（3）谐波会影响信息传输质量；（4）电路中的谐波可能导致长距离输电无法单相重合闸成功；（5）影响到避雷器的正常运行；（6）使开关的开断更加困难；（7）阻碍开关的正常开断。

5 目前解决变频空调对供电电源影响通常使用的方法

（1）变频空调的隔离、屏蔽、接地：单独设置变频空调的供电电源，与其它设备的供电电源分别布置，或将隔离变压器安装在变频空调和其它用电设备的输入侧。

（2）加装交、直流电抗器：当配电变压器容量大于一定数值时，10倍以上的变压器容量大于变频器容量，则需在变频空调输入端增加交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡，且大于3%的不平衡率时，变频空调输入电流峰值会特别大，极易造成电路过热，此时也需安装交流电抗器。如果情况更恶劣，则需安装直流电抗器。

（3）在非线性负载与供电系统输出间增加无源滤波单元：在变频空调的交流端安装无源滤波器，无源滤波器通过 L、 C、 R元件组成谐波共振回路，当某一次高次谐波电流频率与 LC回路的谐波频率相同时，就能阻止电路中高次谐波的流入。此方案的特点是、高效率、成本低、结构简单、维护方便和运行可靠。缺点是系统参数会对滤波造成影响，同时有可能放大某些次谐波导致消耗多、体积大。

（4）在非线性负载与供电系统输出间增加有源滤波单元：上世纪初，有科研人员提出有源滤波器的理论设想，通过有源滤波器检测电流中的高次谐波，而后跟根据检测的结果，输入与高次谐波成分具有相反相位电流，实现补偿谐波电流的目的（实时补偿）。有源滤波器与无源滤波器相比具有快速响应性和高度可控性，特点是一机多能，且可消除与系统阻抗发生谐振危险，亦能自动跟踪补偿变化的谐波。但存在容量大，价格高昂等特点。形，也有非常良好的效果。