0 引言
中國鐵路現有內燃機車一萬多臺，隨著科技的日新月異和生活條件的改善，乘務人員對工作環境舒適性要求不斷提高，為此近年新造和大修的機車司機室都增設了空調裝置。但因機車本身不具備工頻電源，必須配置一臺逆變電源，將蓄電池組或起動發電機提供的DC llO V直流電變換為AC380V交流電作為空調機組的動力。
由于司機窒空間狹小，又經常處于高速運行中，室內溫度變化快，因此，要保證18℃～23℃可調，頂棚與地板面溫差不超過10℃，供給每個乘務員的新鮮空氣量不少于30 m3/h，空調機組起停頻繁。同時司機室內電氣控制設備和信號設備密集，容易受到空調電源通斷引起的電磁干擾，直接影響行車安全。反過來，列車牽引設備時刻變化的強大電流磁場，又影響空調電源正常運行。因此對于鐵路機車空調電源在體積大小、抗電磁干擾和產生干擾性能方面都有特殊要求。不同結構的鐵路機車空調電源在發展過程中，都出現過這樣或那樣的問題，本文介紹的是一種經裝車運行證明性能可靠的設計。
l 基本參數
使用條件 海拔高度≤l 200m，環境溫度-25℃～40℃，相對濕度≤95％；
額定容量 5 kVA；
輸出功率 3.3 kW；
輸入電壓 DC 110V，主電路由起動發電機供電，允許波動范圍為DC40～200V；控制電路由蓄電池組供電，允許波動范圍為DC77~143V。
輸出電壓 三相AC 380±9V，50±0.5 Hz；
輸出波形 正弦波，失真度≤5%；
起動性能 變頻軟起動，起動時間≤15 s；
散熱器溫升 ≤20℃；
轉換效率 ≥85%；
主電路過壓保護 DC 210±10V；
運行噪聲 聲壓級≤65dV。
本設計的主要參數與鐵道行業標準的要求相比，一些主要指標更利于用戶。比如鐵道行業標準規定的限制范圍為：輸入電壓，輸出電壓對重要技術指標如輸出頻率、波形、起動時間等都沒有明確規定。可見本設計對使用場所客觀條件要求相當寬松，而向顧客提供的輸出品質卻較為完備和嚴格，能更好滿足用戶需求和增強運用可靠性。
2 總體結構
本產品的外形如圖1所示，箱體尺寸500mm×376 mmxl90mm，印刷電路板(包括電源板、逆變板、控制板)和電子器件置于箱內的安裝支架上，對外接口是位于箱體底面的三個接點數量不同的航空插座，型號為TY48J20ZY、TY32J12ZY-02和TY148J4ZY。通過專用電纜與直流電源和交流空調機組、司機操縱臺連接，各部位的相互關系如圖2所示。 {$page$}
3 電氣原理
本設計的電氣原理如圖3所示。粗線部分表示主電路，由起動發電機G(兼做輔助發電機)供電，DC l1OV升壓斬波變為DC 540V，再經過逆變器轉變成三相AC380V、50Hz正弦波交流電，驅動空調機組運行(停車時可由蓄電池組短暫供電)；細線部分表示控制電路，由蓄電池供電。采自輔助發電機電路和交流輸出電路的電流、電壓信息，輸入邏輯控制系統，分析比較作出判斷，對主電路升壓單元和逆變單元的運行狀態參數進行動態調節。其核心部分是全數字高智能調制波形發生器SPWM集成電路模塊SA866AE和CPLD邏輯控制系統，利用軟件編程控制通風、制冷、制熱、停機及欠壓、過壓、過流、過熱和短路保護，可靠性高，運行效果好，電路簡單，成本相對較低。
4 試驗效果
本產品的兩臺樣機按規定，曾于2001年4月送鐵道部產品質量監督檢驗中心，按當時的鐵道行業標準進行全面的性能檢查，主要項目測試結果簡述如下。
(1)絕緣性能 電路對地絕緣電阻用500V兆歐表實測數據為50MΩ，施加工頻l 500V試驗電壓持續1 min無擊穿和閃絡現象。
(2)工作性能 輸入DC 77～132V，空載輸出電壓Ac381.2～389.2V、頻率50.6～50.7Hz，額定負載輸出電壓AC 378.7～381.4V、頻率50.6Hz，功率3099~3144W、效率87.1％～9I.6％。
(3)低溫性能 -40℃/16h，輸入DC77～132V，空載輸出電壓AC 380.0～385.4 V、頻率50.0～50.6 Hz，恢復至室溫輸入DC 77～132V，負載輸出電壓AC381.1～384.0V，頻率50.0~50.7Hz，功率3 140～3 213 W、效率88.7％～94.4％。
(4)高溫性能 70℃/6h，輸入DC 77～132 V，空載輸出電壓AC380.1～387.9V、順率50.5～50.6Hz、負載輸出電壓AC380.0～384.6V、頻率50.6～50.7Hz、功率3174～3225W、效率90.9％~94.9％。
(5)保護試驗 欠電壓、過電壓、過電流、過熱保護指示燈及繼電器按規定值顯示及動作。
(6)耐振性能 垂向、縱向、橫向 1～50 Hz無共振，10Hz、10m/s2振動2h無機械損傷及連接松動。
(7)耐濕熱性 能按鐵道行業標準規定條件，實測絕緣電阻值50 MΩ～53 MΩ，工頻I 500V/1 min電壓耐受試驗無擊穿和閃絡現象。
(8)溫升測試 輸入DC 110V額定電壓，輸出電壓AC 378.3～382.7V，頻率50.6Hz，保持額定輸出功率，散熱器最高溫度62.2℃，溫升17.2℃。
(9)浪涌試驗 輸入端施加(1±3％)1.5 kV、(1±20％)1/50μs無損傷。
檢驗結論：送檢樣機“符合鐵道行業標準TB/T1394-93《鐵道機車動車電予裝置》和企業標準的要求”。上述數據表明絕緣指標、電壓耐受試驗、高低溫性能、效率和溫升都比較理想。
輸出電壓波形(濾波前和濾波后)分別如圖4和圖5所示 {$page$}
5 實際運用
隨著時間推移，鐵道行業標準發生變化，實行與國際電工標準接軌，因而TB/l394-93被廢止，從2001年12月1日起實施與同類國際標準IEC60571基本相同的TB/T3021-2001《鐵道機車車輛電子裝置》，本電源的結構和電路設計亦隨之改進完善形成系列，實際質量指標已比上列試驗結果有明顯提高，先后應用于東風7C、東風7D、東風7G型鐵路干線機車和GKlE型工礦機車及出口古巴DF7G-C型、剛果CK6E型，受到乘務人員歡迎，可以滿足機車司機室通風換氣、夏季降溫、冬季采暖的需求。
6 結語
本產品的設計與應用已取得階段性成果，最新產品療案與初始設計相比,外形尺寸顯著縮小，體積降為初始產品的一半左右，重量減少三分之一以上，從50kg降至33 kg，結構形式和電路設計更為合理。2005年11月北京機段對本設計最新療案的運用報告結論為：“DF-J38C型空調電源運行良好，無故障發生，性能穩定、可靠、噪聲小。由于體積大為減小，安裝維護更為方便，建議在更多的內燃機車上推廣使用。”得到用戶的認可和積極評價。
不過本設計在取得成功的同時，也并非完美無缺，技術參數、制造工藝、質量指標、運用可靠性和使用壽命都還存在進一步提升的空間，而日針對鐵路機車空調電源的專用鐵道行業產品標準已審查通過報批，預計在不久的將來本設計的技術水平還會跨上一個新臺階，適應更廣泛領域和不同型號鐵路機車市場的需求，無擊穿和閃絡現象。
(1)工作性能 輸入DC 77～132V，空載輸出電壓Ac381.2～389.2V、頻率50.6～50.7Hz，額定負載輸出電壓AC 378.7～381.4V、頻率50.6Hz，功率3099~3144W、效率87.1％～9I.6％。
(2)低溫性能 -40℃/16h，輸入DC77～132V，空載輸出電壓AC 380.0～385.4 V、頻率50.0～50.6 Hz，恢復至室溫輸入DC 77～132V，負載輸出電壓AC381.1～384.0V，頻率50.0~50.7Hz，功率3 140～3 213 W、效率88.7％～94.4％。
(3)高溫性能 70℃/6h，輸入DC 77～132 V，空載輸出電壓AC380.1～387.9V、順率50.5～50.6Hz、負載輸出電壓AC380.0～384.6V、頻率50.6～50.7Hz、功率3174～3225W、效率90.9％~94.9％。
(4)保護試驗 欠電壓、過電壓、過電流、過熱保護指示燈及繼電器按規定值顯示及動作。
(5)耐振性能 垂向、縱向、橫向 1～50 Hz無共振，10Hz、10m/s2振動2h無機械損傷及連接松動。
(6)耐濕熱性 能按鐵道行業標準規定條件，實測絕緣電阻值50 MΩ～53 MΩ，工頻I 500V/1 min電壓耐受試驗無擊穿和閃絡現象。
(7)溫升測試 輸入DC 110V額定電壓，輸出電壓AC 378.3～382.7V，頻率50.6Hz，保持額定輸出功率，散熱器最高溫度62.2℃，溫升17.2℃。
(8)浪涌試驗 輸入端施加(1±3％)1.5 kV、(1±20％)1/50μs無損傷。■