引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

关注IGE+XAO微信二维码,了解更多详情

Tel: +86(0)25-8689 0716/8465
       0534/8465 0594

Fax: +86(0)25-8465 0564

E-mail:

sales_china@ige-xao.com(销售部)
support_china@ige-xao.com(技术部)

高速动车组电气仿真分析与试验研究(一)

发表时间:2017-05-17 作者: 陈喆  王文军  张国莹   来源: 互联网
关键字: 动车组 电气 仿真 试验 
为了更好的实现高速动车组技术引进及技术创新,本文研究开发出一套用于电气设计的仿真分析系统和试验验证系统,包括硬件和软件两部分。通过该系统的开发和使用,达到电路设计和试验的可视化目的,使得电气原理图分析更加简单,功能电路设计更加明确并且可以在投入生产之前得到充分的仿真验证。此外,该系统也可以应用在列车调试和售后服务以及维修的过程中,从而实现设计、生产到售后、维修的一体化。

    1 引言

    随着我国高速铁路的快速发展,铁路高速动车组的需求量日益增加,但是国外研发的动车组无法完全满足我国国情,如何研发出一种符合我国铁路运行条件的自主产权的动车组产品的问题便随之而来。我国高速动车组设计与发达国家相比起步较晚,尤其对电气系统而言,不能完全照搬国外的东西,要想研发出适合我国铁路环境的技术,必须经过正线的运行发现问题,并在解决问题中逐步优化设计,针对优化后的结构和功能是否合理就需要有一套完整的系统对其进行理论上的验证,通过验证后才能投入实际运用中。对于新项目而言,设计的电路更需要进行充分的仿真和试验来验证其可行性。

    2 高速动车组电气原理设计简介

    高速动车组电气系统主要包括高压系统、牵引系统、制动系统、辅助系统、网络系统、信号系统、旅客信息系统、空调系统、照明系统及其他辅助系统[1]。各系统主要包括功能部件、控制电路、传感器设备等。高压系统,主要实现将接触网的25KV 电源传送到牵引系统的功能。功能部件包括受电弓、高压电缆、主断路器、变压器等设备;控制电路负责控制受电弓升降弓、主断路器闭合与断开等功能,通常控制电路由开关、继电器和贯穿全列车的控制线构成;传感设备则负责采集接触网电压、电流等信息,将其传送到控制电路或分析单元来识别列车所处的条件是否正常,如果检测到异常则保护系统会立即采取措施。牵引系统将变压器输出的电源通过转换输送到牵引电机,为列车提供动力。制动系统负责列车到站或出现异常情况下的制动控制功能,保证列车能够安全停车。辅助系统为全车所有负载提供电源。信号系统负责列车与地面正常通信,保证地面调度和其他控制信息能够及时传送给列车司机。

    电气原理设计主要包括电气部件的供电和相应控制功能的实现等工作,还包括其他贯通整列车级别的各种硬线控制电路。所有电气设备和线路的正常工作保证各系统能够作为一个整体保障整个动车组的安全运行。

    3 电气仿真分析系统

    电气仿真分析系统设有原理图绘制界面、操作控制界面和动画仿真界面,其中原理图绘制界面与其他绘图软件界面相似。各功能界面将在后续章节中具体说明。

    电气仿真分析系统通过两种方式实现电路的仿真分析。一种是通过操作界面设置控制元件的初始状态,同时在该界面中可以观察到电路中其他元器件的响应动作。另一种方式是将整个电气图纸绘制在绘图区域,进入仿真功能后通过动画的方式演示各元器件的动作和电流的流动方向。

    将该仿真分析系统应用到高速动车组电气设计过程中可以分别通过硬件和软件实现硬件电路和功能电路的仿真。

    3.1 硬线电路的仿真

    电气仿真分析系统与其他电路设计类软件界面相似,包括工具栏、结构树和原理图绘制界面。当原理图绘制完成时,可以进入控制模式和动画演示模式两种模式进行电路的软件仿真。

    下面以一个简单电路为例,介绍这两种软件仿真方法,如图1

   

    图1 仿真分析界面

    电路使用110V 直流电源,使用开关F1 控制继电器K1 的导通与关断,从而控制H1 导通。

    使用第一种方法即控制模式进行仿真,绘制电路图的过程中将各元器件的属性分别设置成为控制元件和状态元件,系统将自动将其分配到不同栏中。在该种工作模式下,系统默认为电源是接通的。进入控制模式界面设置元器件F1的初始状态,如图2所示,将控制元件F1前面的状态打钩,此时将F1设置成为闭合状态。在状态界面中可以看到K1和H1两个受控元件的状态显示框同时变成绿色,如图3所示。

   

    如果电路中使用延时继电器,则在状态显示栏中受控元件的状态将相继变成绿色,而不是同时变成绿色。

    对于复杂的控制电路,在操作界面的控制栏和状态栏中将列出所有元器件,通过对控制器件状态的设定可以看到电路中其他元件的响应,即电路的工作情况。