集成式輔助電源柜的設(shè)計(jì)及仿真分析

熊衛(wèi)斌++郭炎杰

摘 要：近年來隨著我國科技水平的不斷提升，促進(jìn)了我國軌道交通技術(shù)水平的提高，輔助電源越來越受到市場(chǎng)消費(fèi)者的青睞，這種集成式輔助電源能有效的節(jié)約安裝成本。下面本文主要介紹一種采用模塊化設(shè)計(jì)思路，將輔助變流器、蓄電池充電機(jī)、單相電源以及相關(guān)控制電路一體化的集成式輔助電源柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及其仿真程度分析。

關(guān)鍵詞：集成式 輔助電源柜 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 仿真程度分析

中圖分類號(hào)：TM5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（a）-0062-01

目前，國家城市化交通事業(yè)不斷發(fā)展，尤其是近年來地鐵行業(yè)的快速發(fā)展，各大城市都興修地鐵，從而改善交通擁堵情況。而集成式輔助電源柜在地鐵上也得到很好的應(yīng)用，這種輔助式電源柜對(duì)內(nèi)部的電子器件和交通工具的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，直接關(guān)系著列車的安全和人們的生命安全。研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和仿真水平具有重要的意義。

1 集成式輔助電源柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

集成式輔助電源結(jié)構(gòu)主要由輔助變流器、蓄電池充電機(jī)、單相電源、輸入濾波電路、充放電電路、逆變電路、輸出變壓器、三相輸出電路、直流電路、三相濾波電路、直流濾波電路、應(yīng)急電源電路以及相關(guān)控制電路構(gòu)成，將這些基本零部件集中在一個(gè)箱體內(nèi)，采用風(fēng)冷，在有限的空間內(nèi)對(duì)整體布局和風(fēng)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其中輸入濾波電路又由直流濾波電抗器和濾波電容器組成一種LC濾波電路，而電容器和放電電路由隔離二極管、充放電電阻短接觸器以及充電接觸器等組成。當(dāng)Static Inverter被輸入濾波電路后，電容先便會(huì)接通充電電阻，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)充電，系統(tǒng)通過充電來增強(qiáng)其電壓，當(dāng)電壓達(dá)到一定的電壓值后，充電電阻便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉開關(guān)，而將系統(tǒng)與短接觸器連接，進(jìn)行短接充電，從而有效控制系統(tǒng)電壓，減少電容器的充電電流。這樣能保護(hù)電容器，以免電容器受到劇烈的沖擊而燒毀，從而延長電容器的使用壽命。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)Static Inverter進(jìn)行保護(hù)時(shí)，必須要斷開隔離開關(guān)，其聯(lián)鎖接點(diǎn)閉合，將Static Inverter輸入端電容器短接，從而實(shí)現(xiàn)快速放電。這種結(jié)構(gòu)采用三相二電平逆變電路和充電機(jī)電路，確保輔助系統(tǒng)的持續(xù)安全運(yùn)行。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，但是其結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，且是一種高效節(jié)能的新工藝，結(jié)構(gòu)使用的都是普通的零部件，將這些部件集中在一個(gè)柜體中，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用各個(gè)器件的連貫輸電來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有效的節(jié)約安裝成本，且能確保列車的安全指數(shù)，減少安全事故，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 集成式輔助電源柜的仿真分析

2.1 仿真估算的重要意義

集成式輔助電源采用吊裝方式，將柜體安裝在車體底部，其總重量可達(dá)幾千斤，且由上面可知其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要運(yùn)用仿真手段對(duì)系統(tǒng)的使用壽命進(jìn)行估算，得知一個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間和系統(tǒng)部件發(fā)生損壞現(xiàn)象的時(shí)間，從而能掌握系統(tǒng)部件維修和更換時(shí)間，通過這樣方法有效的指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與樣機(jī)試驗(yàn)，從而降低交通工具行駛中的風(fēng)險(xiǎn)，盡可能的減少交通意外，確保人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.2 高度仿真分析

集成式輔助電源柜由不銹鋼折彎型的鈑金件焊接而成，根據(jù)不銹鋼材料的性能，其屈服點(diǎn)a=205 MPa，Q345的屈服點(diǎn)a=345 MPa，我國《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)鑒定規(guī)范》規(guī)定，客車車體內(nèi)外設(shè)備及其緊固零部件應(yīng)按照相當(dāng)于列車行駛慣性進(jìn)行強(qiáng)度考核，其具體標(biāo)準(zhǔn)是縱向3 g，橫向1 g，垂直方向3 g（其中g(shù)等于重量加重力），而三個(gè)方向產(chǎn)生的合力不得大于不銹鋼鈑金件的屈服點(diǎn)。

全面分析結(jié)構(gòu)的仿真手段，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模型進(jìn)行分析。首先要了解鈑金件抽取中面四邊形為主的殼單元，電器部件六面體為主的實(shí)體單位以及對(duì)不銹鋼焊接處理處等情況。利用模態(tài)分析方法，計(jì)算柜體結(jié)構(gòu)固有頻率和確定柜體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形態(tài)，從而判斷結(jié)構(gòu)整體和局部的剛度。將振動(dòng)頻率形態(tài)分析分為六個(gè)階段，其頻率一次是24.3、32、34.2、34.3、37.4 Hz，由此可見，柜體橫向振動(dòng)時(shí)，其平均共振率為154.7 Hz，而改進(jìn)后齒輪罩振動(dòng)速度加快，各部分的應(yīng)力也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在集中式輔助電源柜中，齒輪罩結(jié)構(gòu)的剛度還比較薄弱，需要加大研究力度，對(duì)其剛度進(jìn)行合理的布置，確保剛度平衡，盡可能提高齒輪罩的總體剛度，這樣不僅能提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全指數(shù)，還能延長設(shè)備的使用壽命，確保交通運(yùn)行安全。

3 結(jié)語

綜上訴述，集成式輔助電源柜是一種高效節(jié)能的新工藝，它的研究和應(yīng)用能有效的節(jié)約設(shè)備安裝成本，從而使軌道交通事業(yè)的發(fā)展更加符合國家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)。集成式輔助電源柜主要是運(yùn)用輔助電流、蓄電池充電機(jī)和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較科學(xué)合理，尤其是齒輪罩在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，它能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行的安全和穩(wěn)定?？傊?，集成式輔助電源柜有很高的仿真技術(shù)，具有積極的推廣意義。

參考文獻(xiàn)

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