CN101244699A - 城市轨道交通车辆运行控制实验系统 - Google Patents

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杨俭
尧辉明
方宇
师蔚
柴晓冬
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Abstract

本发明涉及城市轨道交通车辆运行控制实验系统，包括牵引单元、负载单元、工业控制计算机、功率分析仪，所述的牵引单元包括制动电阻、牵引整流逆变模块、牵引电机，所述的负载单元包括负载整流逆变模块、负载电机；所述的牵引电机、负载电机通过一联轴器相连，该联轴器上依次设有转速转矩传感器及三级飞轮，所述的工业控制计算机与牵引整流逆变模块、载整流逆变模块相连接；所述的系统通过工业控制计算机变压变频来调整牵引电机及负载电机的转速和转矩，以达到对城市轨道交通车辆运行速度的控制。本发明能够完全模拟城市轨道交通车辆运行控制各种工况，即通过三级飞轮来模拟车辆的空载，满载，超载三种工况，完成城市轨道交通车辆运行速度的控制。

Description

城市轨道交通车辆运行控制实验系统
技术领域
本发明涉及城市轨道交通车辆运行控制，特别是涉及一种城市轨道交通车辆运行控制实验系统。
背景技术
随着中国经济的不断发展，城市轨道交通正逐步进入稳步、有序和快速发展阶段，而城市轨道交通的发展离不开实验研究。
城市轨道车辆运行控制方式，可以分为两种，一种是手动操作运行，一种是列车自动控制系统中的ATO(列车自动运行)方式。
手动操作运行是通过变频器的转矩控制模式来实现的，运行时通过提升转矩来给车辆加速，牵引转矩大于负载转矩，车辆加速，车辆牵引转矩等于或小于负载转矩时，车辆进入惰行状态，给定牵引负转矩时，车辆的牵引电机进入发电机状态，进行电气制动，进入再生制动或者电阻制动状态，且在制动过程中应用相应的制动控制策略。整个运行均是通过变频器的转矩控制方式即控制牵引电机的转矩来实现的。
ATO列车自动运行是通过牵引变频器的转速控制模式来实现的，运行时通过在运行区间内给定速度来实现车辆的自动加载运行，通过转速闭环不断调节转矩达到所需的转速，分配和调节各区段的速度给定比例，根据具体线路的情况，车辆负载情况进行相应各车站区段间的速度给定编程来实现相应线路的列车自动运行，最终快到终点时控制速度为零且在制动过程中应用相应的制动控制策略。整个运行均是通过变频器的转速控制方式即控制牵引电机的转速来实现列车的自动运行。
目前，对城市轨道交通车辆运行控制的实验研究没有具体可行的方法，只能通过车辆在试验线路或在线进行测试，这样对于该项研究带来诸多不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城市轨道交通车辆运行控制实验系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，包括牵引单元、负载单元、工业控制计算机、功率分析仪，所述的牵引单元包括制动电阻、牵引整流逆变模块、牵引电机，所述的制动电阻的两端与牵引整流逆变模块相连接，所述的牵引整流逆变模块与牵引电机相连接，所述的负载单元包括负载整流逆变模块、负载电机，两者相互连接；所述的牵引电机、负载电机通过一联轴器相连，该联轴器上依次设有转速转矩传感器及三级飞轮，所述的工业控制计算机与牵引整流逆变模块、载整流逆变模块相连接；所述的系统通过工业控制计算机变压变频来调整牵引电机及负载电机的转速和转矩，以达到对城市轨道交通车辆运行速度的控制。
所述的牵引整流逆变模块在牵引过程中，将来自电网的交流电整流逆变成直流电，以驱动牵引电机，在制动过程中，牵引电机产生的交流电，通过整流转换成直流电，由制动电阻消耗。
所述的工业控制计算机通过负载整流逆变模块控制负载电机，用以对牵引电机进行实时加载控制。
所述的转速转矩传感器采集牵引电机及负载电机的转速和转矩给功率分析仪和工业控制计算机，由功率分析仪分析包括输入输出功率、效率的电机参数。
所述的系统通过三级飞轮来模拟车辆空载、满载及超载的三种工况。
与现有技术相比，本发明能够完全模拟城市轨道交通车辆运行控制各种工况，特别是通过三级飞轮来模拟车辆的空载，满载，超载三种工况，完成城市轨道交通车辆运行速度的控制，实现对城市轨道车辆运行速度曲线要求。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的车辆牵引速度与时间曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，城市轨道交通车辆运行控制实验系统，包括牵引单元1、负载单元2、工业控制计算机3、功率分析仪4，所述的牵引单元1包括制动电阻11、牵引整流逆变模块12、牵引电机13，所述的制动电阻11的两端与牵引整流逆变模块12相连接，所述的牵引整流逆变模块12与牵引电机13相连接，所述的负载单元2包括负载整流逆变模块21、负载电机22，两者相互连接；所述的牵引电机13、负载电机22通过一联轴器5相连，该联轴器5上依次设有转速转矩传感器6及三级飞轮7，所述的工业控制计算机3与牵引整流逆变模块12、负载整流逆变模块21相连接；所述的系统通过工业控制计算机3变压变频来调整牵引电机13及负载电机22的转速和转矩，以达到对城市轨道交通车辆运行速度(如图2)的控制，实现对城市轨道车辆运行速度曲线要求。
所述的牵引整流逆变模块12在牵引过程中，将来自电网的交流电整流逆变成直流电，以驱动牵引电机13，在制动过程中，牵引电机13作为发电机所产生的交流电，通过整流转换成直流电，由制动电阻11消耗；所述的工业控制计算机3通过负载整流逆变模块21控制负载电机22，用以对牵引电机13进行实时加载控制；所述的转速转矩传感器6采集牵引电机13及负载电机22的转速和转矩给功率分析仪4和工业控制计算机3，由功率分析仪4分析包括输入输出功率、效率的电机参数；所述的系统通过三级飞轮7来模拟车辆空载、满载及超载的三种工况。
通过给定牵引速度与时间关系曲线，从牵引单元获得：
实际的牵引速度与时间关系曲线，牵引转矩与时间关系曲线，制动电流与时间关系曲线，牵引功率与时间关系曲线，功率因数与时间关系曲线；
从负载单元获得：
负载转矩与时间关系曲线，负载牵引功率与时间关系曲线。
利用工业控制计算机来控制牵引电机在三种工况(车辆空载，满载，超载)条件下对系统进行实时控制研究。当牵引时，将交流电整流逆变后，变压变频驱动控制牵引电机；当制动时，牵引电机变为发电机，通过整流将交流电转换成直流电，向制动电阻充电；同样加载过程也是将交流电整流逆变后，变压变频驱动控制负载电机，实现对牵引电机进行实时加载控制，使其运行满足如图2所示的轨道车辆运行速度要求。
通过工业控制计算机给定牵引速度与时间关系曲线如图2所示，测出实际的牵引速度与时间关系曲线，牵引转矩与时间关系曲线，制动电流与时间关系曲线，负载转矩与时间关系曲线，负载牵引功率与时间关系曲线。通过功率分析仪4分析牵引电机输入输出功率、效率等参数。

Claims (5)

1.城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，包括牵引单元、负载单元、工业控制计算机、功率分析仪，所述的牵引单元包括制动电阻、牵引整流逆变模块、牵引电机，所述的制动电阻的两端与牵引整流逆变模块相连接，所述的牵引整流逆变模块与牵引电机相连接，所述的负载单元包括负载整流逆变模块、负载电机，两者相互连接；所述的牵引电机、负载电机通过一联轴器相连，该联轴器上依次设有转速转矩传感器及三级飞轮，所述的工业控制计算机与牵引整流逆变模块、载整流逆变模块相连接；所述的系统通过工业控制计算机变压变频来调整牵引电机及负载电机的转速和转矩，以达到对城市轨道交通车辆运行速度的控制。
2.根据权利要求1所述的城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，所述的牵引整流逆变模块在牵引过程中，将来自电网的交流电整流逆变成直流电，以驱动牵引电机，在制动过程中，牵引电机产生的交流电，通过整流转换成直流电，由制动电阻消耗。
3.根据权利要求2所述的城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，所述的工业控制计算机通过负载整流逆变模块控制负载电机，用以对牵引电机进行实时加载控制。
4.根据权利要求3所述的城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，所述的转速转矩传感器采集牵引电机及负载电机的转速和转矩给功率分析仪和工业控制计算机，由功率分析仪分析包括输入输出功率、效率的电机参数。
5.根据权利要求4所述的城市轨道交通车辆运行控制实验系统，其特征在于，所述的系统通过三级飞轮来模拟车辆空载、满载及超载的三种工况。
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