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机车空调电源系统的研究与设计

作 者: 张胜云
导 师: 陈特放
学 校: 中南大学
专 业: 电气工程
关键词: 空调电源 升压斩波 逆变电路 IPM DSP
分类号: U260.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


机车司机室安装空调系统可以改善司机室的微气候条件,为机车司机提供舒适的工作环境,在我国铁路高速发展的今天,对保证机车高速、安全运行具有非常重要的现实意义,因此研制高效、可靠的机车空调系统十分必要。与普通空调运行环境相比,机车司机室内气候环境恶劣,空调的热负荷大,运行条件差,供电电源电压波动范围大,这些因素对机车空调电源的设计、安装及调试都提出了更高的要求。为了改善机车司机的工作环境,本文设计了一种稳定的机车空调电源系统,针对机车空调的特殊运行工况采用先进控制策略以提高系统运行的稳定性。本文首先介绍了机车空调的工作原理以及应用情况,并根据机车空调电源系统的技术指标,提出了电源系统总体设计方案,包括主电路和控制电路设计方案,同时对电源的硬件结构进行模块化设计,模块之间用接插件进行连接,拆装方便。本文设计了DC-DC变换主电路和控制电路,主电路采用Boost升压拓扑结构,对输入电压进行升压变换,控制电路包括PWM脉冲发生电路和电压负反馈电路。试验结果表明,所设计的DC-DC电路可以很好的实现升压功能,可以保持输出电压的稳定。本文进行了DC-AC逆变主电路与控制电路的设计,逆变电路使用IPM智能功率模块组成三相全桥逆变电路,使直流电逆变成交流电,再将输出电源连接到空调机组,逆变控制电路以TMS320F2812为核心控制芯片,采用正弦脉宽调制技术,并设计了IPM驱动电路。最后,本文以PIC单片机为核心对主控制电路及故障保护电路进行了软硬件设计,分析了故障保护的工作原理,对所设计的保护电路结构进行了详细的介绍,并进行了电源系统的抗干扰设计。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 本课题研究的目的和意义  9
  1.2 机车空调机组工作原理  9-10
  1.3 机车空调电源应用状况  10-12
  1.4 空调电源技术的现状和发展趋势  12
  1.5 本文的主要工作  12-14
第二章 机车空调电源系统方案设计  14-21
  2.1 空调电源系统主要技术指标  14-15
  2.2 总体结构设计  15-16
  2.3 空调电源系统设计方案  16-17
    2.3.1 DC-DC部分  16-17
    2.3.2 DC-AC部分  17
    2.3.3 主控制电路及故障保护电路  17
  2.4 逆变电路输出电压调制方法  17-20
    2.4.1 PWM控制技术  17-18
    2.4.2 正弦脉宽调制SPWM技术  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 机车空调电源系统DC-DC部分的设计  21-39
  3.1 基本DC-DC变换电路结构  21-22
  3.2 DC-DC变换主电路设计  22-29
    3.2.1 电路工作过程分析  23-24
    3.2.2 主要计算公式  24-27
    3.2.3 主要元件的设计与选型  27-29
  3.3 升压斩波控制电路设计  29-37
    3.3.1 UC2842结构及特点  30-31
    3.3.2 控制电路设计  31-34
    3.3.3 斜坡补偿  34-36
    3.3.4 反馈回路设计  36-37
  3.4 升压电路试验波形  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 机车空调电源系统DC-AC部分的设计  39-51
  4.1 逆变电路总体设计  39
  4.2 DC-AC逆变电路的设计  39-42
    4.2.1 智能功率模块IPM的特点  40
    4.2.2 IPM模块的选择  40-42
  4.3 控制电路的设计  42-48
    4.3.1 DSP芯片TMS320F2812的特点  42
    4.3.2 SPWM的DSP实现  42-43
    4.3.3 控制程序流程图  43-44
    4.3.4 控制电路实现方案  44-47
    4.3.5 通讯接口电路  47-48
  4.4 IPM驱动电路的设计  48-49
  4.5 逆变电路输出波形  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章 电源主控制电路及故障保护电路  51-63
  5.1 主控制电路及故障保护电路总体设计  51-52
    5.1.1 系统功能需求分析  51-52
    5.1.2 系统总体结构设计  52
  5.2 硬件电路设计  52-56
    5.2.1 输入电压检测  53
    5.2.2 机组压力和温度检测  53-54
    5.2.3 逆变输出检测  54-55
    5.2.4 升压及逆变电路故障保护  55
    5.2.5 故障显示电路  55-56
  5.3 系统软件设计  56-60
    5.3.1 控制信号的处理  57-58
    5.3.2 系统初始化子程序  58
    5.3.3 A/D转换子程序  58-59
    5.3.4 状态显示子程序  59-60
  5.4 机车空调电源抗干扰设计  60-62
    5.4.1 电源系统的抗干扰措施  60-61
    5.4.2 PCB板的布局及布线  61-62
    5.4.3 软件抗干扰设计  62
  5.5 本章小结  62-63
第六章 总结与展望  63-65
  6.1 本文工作总结  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
攻读硕士期间发表的论文及科研情况  70

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 机车工程 > 一般性问题 > 机车构造
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