摘要：对轨道交通定频空调压缩机控制方法进行了分析，并结合地铁实际应用对压缩机的控制方法提出了改进方案。与以往常用的压缩机控制方法相比，新的控制方法改善了客室温度变化曲线，提高了列车舒适性。
关键词：轨道交通；定频空调；压缩衣；控制
引言
城市轨道交通车辆一般存在车辆运行区间短，开关门频率较高以及载客量变化大而导致的车内热负荷变化大的问题［1］。目前大部分车辆均配置有定频空调，应用较多的有双压缩机或四压缩机空调。对压缩机的合理控制，即可实现车辆节能，也能实现客室温度均匀性的控制［2］。本文对定频空调压缩机制冷时的控制进行分析以研究，以期达到压缩机的最优控制。
1某城市地铁车辆空调主要技术方案
目前应用较多的轨道交通空调压缩机控制方法为:通过客室内温度与目标温度之间的温差来确定压缩机启停。以应用较多的两压缩机空调为例，由于其压缩机数量限制，空调机组可分为通风、半冷、全冷模式，控制逻辑如图1所示。其主要工作原理为:当客室温度低于目标温度时，空调保持通风状态(压缩机关闭);当客室温度大于目标温度且小于目标温度2℃以内时，空调机组开启半冷模式(开启1台压缩机);当客室温度大于目标温度2℃以上时，空调以全冷模式工作(开启2台压缩机)。
其中Ts为目标温度，Tia为室室内温度。图1常用的压缩机控制逻辑
2压缩机控制方法改进
通过引入压缩机时间控制概念，可以解决压缩机的启停与客室实际需求不一致的问题。具体控制如下。
1)若Tia－Ts≤－3℃，顺序停止压缩机直至所有压缩机全部停止运转;若30s内，Tia－Ts＞－3℃，进入步骤2)。
2)若－3℃＜Tia－Ts≤－1℃，且(Tia－Ts)维持在(－3℃－1℃］的时间超过60s，则在原压缩机运转数量的基础上停止1台压缩机运转，在此基础上，30s后，若Tia－Ts≤－3℃，则返回步骤1)，若－3℃＜Tia－Ts≤－1℃，则重复步骤2)，若Tia－Ts＞－1℃，进入步骤3);若(Tia－Ts)维持在(－3℃－1℃］的时间不超过60s，且Tia－Ts≤－3℃，则返回步骤1);若(Tia－Ts)维持在(－3℃－1℃］的时间不超过T，且Tia－Ts＞－1℃，则进入步骤3)。
3)若－1℃＜Tia－Ts≤1℃，且(Tia－Ts)维持在(－1℃1℃］的时间超过60s，则保持原压缩机运行状态，在此基础上，压缩机继续运行，在30s内，若Tia－Ts≤－1℃，则返回步骤2)，若－1℃＜Tia－Ts≤1℃，则重复步骤3)，若Tia－Ts＞－1℃，则进入步骤4);若(Tia－Ts)维持在在(－1℃1℃］的时间不超过60s，且Tia－Ts≤－1℃，则返回步骤2);若(Tia－Ts)维持在(－1℃1℃］的时间60s，且Tia－Ts＞1℃，则进入步骤4)。
4)若1℃＜Tia－Ts≤2℃，且(Tia－Ts)维持在(1℃2℃］的时间超过30s，则在原压缩机运转数量的基础上增加1台压缩机运转，在此基础上，压缩机继续运行60s，若Tia－Ts≤1℃，则返回步骤3)，若1℃＜Tia－Ts≤2℃，则重复步骤4)，若Tia－Ts＞2℃，则进入步骤5);若(Tia－Ts)维持在(1℃2℃］的时间不超过30s，且Tia－Ts≤1℃，则返回步骤3);若(Tia－Ts)维持在(1℃2℃］的时间不超过30s，且Tia－Ts＞2℃，则进入步骤5)。4);若Tia－Ts≥2℃，则重复步骤
5)。与原控制方案相比，该控制方法以客室内温度与设定温度为基础，增加时间计时及判断条件，有效避免了压缩机的频繁启停造成的客室温度冲击。在空调系统运行过程中，随着客室制冷负荷的变化，压缩机的运行状态趋于稳定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时对于压缩机启停的时间判断条件实际上也是对客室内负荷变化的判断，在同一温差范围内避免了强制规定压缩机启停数量的限制，防止频繁启动压缩机，能有效延长压缩机的使用寿命。
3定频压缩机控制方式研究
3.1弱磁控制
尽量避免输出电压饱和，保证在有限的直流母线电压的情况下，输出符合要求的力矩。随着转速的不断升高，绕组中的感应电压幅值越来越高。当直流母线电压一定时，绕组端电压的幅值有限。这样，如果仍然根据MTPA等算法发送电压指令，绕组电压甚至低于感应电动势的电压，这就会导致绕组中的电流不足，逆变器无法输送足够的功率给电动机。为了解决这一个问题，有意在d轴上增加负的电流，让绕组电压的相位超前感应电动势，以保持输出到电动机的功率。这就是弱磁控制。对于IPM电机来说，我们定义三种弱磁的“境界”：（1）充分利用永磁扭矩和磁阻扭矩的MTPA算法；（2）直流母线电压一定条件下，保持输出扭矩恒定的“浅弱磁”；（3）直流母线电压一定条件下，保持高转速和恒定输出功率的“深度弱磁”。
3.2定频压缩机的调节
定频式压缩机的调节运行需要众多控制策略参与其中，主要包括入口、出口流量控制，进气、排气压力控制。根据具体工艺过程确立的调节任务的不同，其流量压力控制可分为如下几种：（1）等压力调节：改变压缩机流量，保持压力稳定；（2）等流量调节：改变压缩机压力，保持流量稳定；（3）比例调节：保持压力(或者流量)比例不变。为实现上述调节任务，可对定频式压缩机采取如下几种方法进行流量压力控制：（1）变转速调节：该方法是调节范围最大、经济性最好的调节方法。适用于汽轮机等可变转速原动机拖动的定频压缩机组；（2）进口节流调节：此类调节方法简单、具有较宽的调节范围、经济性较好的调节方法。为一般固定转速的定频压缩机组所广泛采用；（3）出口节流调节：该方法简单、经济性最差的调节方法。为小功率的定频压缩机所采用；（4）为了扩大定频压缩机的工作范围，可采用几种调节方法联合使用的调节方案。
3.3定频压缩机的喘振控制
（1）产生喘振的原因。①压缩机调速系统出现故障，压缩机转速下降，压缩机出口压力下降，从而使管网中高压气体倒流回压缩机引起喘振。②压缩机出口异常引起的喘振。压缩机出口管路上的阀门故障，排气通道堵塞，因工艺改造等原因致使压缩机后系统压力增高的会导致压缩机组喘振。由于压缩机出口管网阻力增大或后续系统压力增高，则管网特性曲线变陡或上移，致使工作点向小流量方向移动，从而引起喘振。（2）喘振的控制。防喘振控制的目的就是要始终保证工况点运行在防喘振线以下的安全区域内。从喘振的形成过程可以看出，在一定的排气压力下，防止压缩机流量过小就能避免喘振发生。降低系统阻力是避免喘振的一项重要措施，然而工艺管网的阻力是一定的，所以实际中采用降低排气压力(放空)来增大压缩机流量，
消除喘振根据这一要求防喘振阀通常选为气关阀，并且要求快开慢关。防喘振控制就是利用这一原理，来设置防喘振线，防止喘振的发生。因喘振是一个迅速产生的过程，从最大流量到反向流动只需0.04s，又因喘振受机组本身因素和管网压力等因素的影响，其过程复杂。
结束语
轨道交通领域目前配置的空调仍以定频空调为主，合理的空调压缩机控制方案不仅提高了客室的舒适性，并且提高了压缩机的使用寿命。且压缩机在启停时的电流最大，合理控制其启停也可以明显提高整车节能［4］。本文通过利用空调目标温度与客室温度温差的同时，引入了压缩机的启停时间预判断，对客室温度均匀性起到了很好的效果，对于运行的可效性，也将长期跟踪优化，以期达到最优控制方案。
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论文作者:梁桂亮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/26
标签：压缩机论文; 空调论文; 客室论文; 温度论文; 步骤论文; 方法论文; 压力论文; 《防护工程》2018年第17期论文;