CN216053402U - 一种城轨车辆高压电气实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种城轨车辆高压电气实训系统，包括司机控制台、高压受流子系统、牵引变流子系统、辅助变流子系统以及负载车辆，高压受流子系统包括受电弓和高压电器箱，牵引变流子系统包括牵引逆变器和牵引电机，辅助变流子系统包括辅助变流器和电气控制柜，受电弓的输出端与高压电器箱的输入端连接，高压电器箱的第一输出端通过牵引逆变器与牵引电机的输入端连接，进而连接至负载车辆的输入端，第二输出端通过辅助变流器与电气控制柜的输入端连接，受电弓、高压电器箱、牵引逆变器、牵引电机、辅助变流器以及电气控制柜均与司机控制台通信连接。本实用新型可提高城轨车辆高压电气实训的效率，可广泛应用于城轨车辆控制教学技术领域。

Description

一种城轨车辆高压电气实训系统

技术领域

本实用新型涉及城轨车辆控制教学技术领域，尤其涉及一种城轨车辆高压电气实训系统。

背景技术

目前，城市轨道交通车辆高压电气设备的输入电压为DC1500V，不利于城轨车辆的实训教学。现有技术中公开了一种用于城市轨道车辆控制系统教学的实训装置，该装置通过PLC受控模拟对象模拟城轨车辆的运行工况，无法对城轨车辆及高压电气设备进行实操，实训效率较低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种高效的城轨车辆高压电气实训系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种城轨车辆高压电气实训系统，包括司机控制台、高压受流子系统、牵引变流子系统、辅助变流子系统以及负载车辆，所述高压受流子系统包括受电弓和高压电器箱，所述牵引变流子系统包括牵引逆变器和牵引电机，所述辅助变流子系统包括辅助变流器和电气控制柜，所述受电弓用于与接触网接触受电，所述受电弓的输出端通过动力线与所述高压电器箱的输入端连接，所述高压电器箱的第一输出端通过所述牵引逆变器与所述牵引电机的输入端连接，所述牵引电机的输出端与所述负载车辆的输入端连接，所述高压电器箱的第二输出端通过所述辅助变流器与所述电气控制柜的输入端连接，所述电气控制柜用于为所述负载车辆上的辅助电气设备提供电源，所述受电弓、所述高压电器箱、所述牵引逆变器、所述牵引电机、所述辅助变流器以及所述电气控制柜均与所述司机控制台通信连接。

进一步，所述司机控制台包括控制器、按键模块以及显示模块，所述按键模块的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器用于对所述受电弓、所述高压电器箱、所述牵引逆变器、所述牵引电机、所述辅助变流器以及所述电气控制柜进行控制和工作状态采集，所述控制器的输出端与所述显示模块的输入端连接。

进一步，所述牵引变流子系统还包括牵引控制单元，所述控制器通过所述牵引控制单元与所述牵引逆变器连接，所述控制器用于输出控制信号使得所述牵引逆变器输出预设电压驱动牵引电机。

进一步，所述高压电器箱包括箱体以及设置在所述箱体内的主断路器、电压互感器、第一电流互感器以及第二电流互感器，所述受电弓的输出端通过所述电压互感器与所述主断路器的输入端连接，所述主断路器的第一输出端通过所述第一电流互感器和所述牵引逆变器连接至所述牵引电机的输入端，所述主断路器的第二输出端通过所述第二电流互感器和所述辅助变流器连接至所述电气控制柜的输入端。

进一步，所述高压电器箱还包括接地隔离开关，所述接地隔离开关设置在所述箱体内，且位于所述主断路器旁，所述接地隔离开关用于在检修维护时使得所述主断路器接地。

进一步，所述高压电器箱还包括车间电源接口，所述车间电源接口设置在所述箱体内，所述车间电源接口的输入端与所述主断路器的第三输出端连接，所述车间电源接口用于在检修维护时为所述辅助变流子系统进行供电。

进一步，所述高压电器箱还包括避雷器，所述避雷器设置在所述箱体内，所述避雷器用于防止所述高压电器箱出现大气过电压或操作过电压。

进一步，所述辅助变流器包括输入滤波模块、脉宽调制逆变器模块以及主控模块，所述输入滤波模块和所述脉宽调制逆变器模块均与所述主控模块连接，所述主控模块与所述司机控制台通信连接，所述高压电器箱的第二输出端依次通过所述输入滤波模块和所述脉宽调制逆变器模块连接至所述电气控制柜的输入端，所述辅助变流器用于对所述高压电器箱的第二输出端输出的电压进行降压。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种城轨车辆高压电气实训系统，包括司机控制台、高压受流子系统、牵引变流子系统、辅助变流子系统以及负载车辆，高压受流子系统包括受电弓和高压电器箱，牵引变流子系统包括牵引逆变器和牵引电机，辅助变流子系统包括辅助变流器和电气控制柜，通过挂载真实的负载车辆执行机构，可以根据实训需求增加和调整配置，一方面可支持城轨车辆高压电气系统的原理性讲解，满足学员的系统结构认知、工作原理认知、日常检修维护实训以及故障判断检修实训的需求，另一方面可满足教师设计、仿真、编程等进行课程研究及设计的需求，并且具备较强的可扩展性，可与列车控制与管理系统互联互通，满足进行联合演练的实训需求，实现了城轨车辆高压电气实训的可视化和可操作化，提高了实训效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种城轨车辆高压电气实训系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种城轨车辆高压电气实训系统，包括司机控制台、高压受流子系统、牵引变流子系统、辅助变流子系统以及负载车辆，高压受流子系统包括受电弓和高压电器箱，牵引变流子系统包括牵引逆变器和牵引电机，辅助变流子系统包括辅助变流器和电气控制柜，受电弓用于与接触网接触受电，受电弓的输出端通过动力线与高压电器箱的输入端连接，高压电器箱的第一输出端通过牵引逆变器与牵引电机的输入端连接，牵引电机的输出端与负载车辆的输入端连接，高压电器箱的第二输出端通过辅助变流器与电气控制柜的输入端连接，电气控制柜用于为负载车辆上的辅助电气设备提供电源，受电弓、高压电器箱、牵引逆变器、牵引电机、辅助变流器以及电气控制柜均与司机控制台通信连接。

本实用新型实施例通过受电弓与接触网接触受电，由受电弓引出的动力线进入高压电器箱，经高压电器箱到牵引逆变器，为牵引电机提供电压和频率都可调的动力，进而通过牵引电机进行负载车辆的驱动；辅助变流子系统经高压电器箱接出电源至辅助变流器，经辅助变流器输出低压控制电源至扩展供电电气控制柜，模拟扩展供电逻辑。本实用新型实施例通过挂载真实的负载车辆执行机构，可以根据实训需求增加和调整配置，一方面可支持城轨车辆高压电气系统的原理性讲解，满足学员的系统结构认知、工作原理认知、日常检修维护实训以及故障判断检修实训的需求，另一方面可满足教师设计、仿真、编程等进行课程研究及设计的需求，并且具备较强的可扩展性，可与列车控制与管理系统互联互通，满足进行联合演练的实训需求，实现了城轨车辆高压电气实训的可视化和可操作化，提高了实训效率。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，司机控制台包括控制器、按键模块以及显示模块，按键模块的输出端与控制器的输入端连接，控制器用于对受电弓、高压电器箱、牵引逆变器、牵引电机、辅助变流器以及电气控制柜进行控制和工作状态采集，控制器的输出端与显示模块的输入端连接。

具体地，本实用新型实施例的司机控制台具备列车控制输入功能和列车状态反馈功能，通过按键模块实现控制输入，通过指示灯、声音以及显示模块实现状态反馈显示，以辅助城轨车辆牵引系统教学。

显示模块可采用液晶显示屏，安装在司机控制台前端，可与司机控制台联动显示牵引系统主电路工作状态以及负载车辆实时运行数据。

司机控制台采用城轨真实司控台1：1仿真设备，配合55寸显示屏展示牵引系统控制逻辑及工作状态，其中城轨车型可根据实训需求进行配置。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，牵引变流子系统还包括牵引控制单元，控制器通过牵引控制单元与牵引逆变器连接，控制器用于输出控制信号使得牵引逆变器输出预设电压驱动牵引电机。

具体地，牵引控制单元(TCU)是列车牵引系统的控制核心，掌握控制器工作机理可帮助司乘及检修人员深入理解岗位作业流程，变被动接受为主动探索，提升司乘及检修人员素质，同时为培养高层次专业技术人员奠定扎实的理论与实践基础。

牵引逆变器安装在负载车辆底部的牵引设备箱中，牵引逆变器是城轨车辆牵引电机的驱动装置，在牵引控制单元的控制下，输出特定电压驱动牵引电机，达到控制牵引电机转速与转矩的目的。

牵引电机安装在负载车辆的动力转向架上，动力转向架每一个轮对都安装一台牵引电机，电机以相对于列车运行方向横向安装。以B型城轨车辆为例，牵引电机采用1TB2019型号的4极3相异步电动机，冷却方式为强迫风冷。每个牵引电机冷却风扇同时给同一转向架的2个牵引电机提供规定数量的冷却空气，牵引电机冷却风扇被安装在城轨车下靠近转向架的位置。

本实用新型实施例可在实验室环境下真实还原高速城轨列车的牵引系统，用于解决列车牵引核心控制技术的原理教学、实操及培训考核难题，为铁路职业技术院校及相关运营单位技能培训的专业化与深入化提供了便利。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，高压电器箱包括箱体以及设置在箱体内的主断路器、电压互感器、第一电流互感器以及第二电流互感器，受电弓的输出端通过电压互感器与主断路器的输入端连接，主断路器的第一输出端通过第一电流互感器和牵引逆变器连接至牵引电机的输入端，主断路器的第二输出端通过第二电流互感器和辅助变流器连接至电气控制柜的输入端。

具体地，受电弓是从接触网获得电能的部件，其由碳滑板、上框架、下臂杆、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。列车运行时压缩空气通过车的各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触网接触；降弓时，排除升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下。

高速断路器设置高压电器箱箱体内，采用真空断路器，用来断开、接通直流DC110V电路，并作为故障状态的保护器件，兼有断路器和开关两种作用，在发生严重故障(过流、互感器故障或线路短路)时安全断开高压电。高速断路器设计成单极真空主断路器，内置有弹簧式压缩空气作动器以及真空电弧放电室。

电压互感器位于受电弓和高速断路器之间，主要作用是检测接触网电压，将检测的电压信号提供给列车控制系统及相应的牵引变流器；电流互感器用于检测各路电流信号。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，高压电器箱还包括接地隔离开关，接地隔离开关设置在箱体内，且位于主断路器旁，接地隔离开关用于在检修维护时使得主断路器接地。

具体地，接地隔离开关安装在主断路器旁一个单独的底座上，其主要作用是在检修维护时可以保证车辆的安全接地。在非工作状态下开关手柄处于水平位置，当转到主断路器两端的接地触点，手柄处于接地位置。接地隔离开关可以在车内手动操作，连锁装置确保只有当列车高压系统与接触网断开后才能起作用。接地开关具有放置短路的功能。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，高压电器箱还包括车间电源接口，车间电源接口设置在箱体内，车间电源接口的输入端与主断路器的第三输出端连接，车间电源接口用于在检修维护时为辅助变流子系统进行供电。

具体地，车间电源接口安装在高压电器箱箱体中，当车辆采用车间电源供电模式时，只对车辆的辅助系统供电，牵引系统被隔离，此时不能合上主断路器，且受电弓也不能升起。在此模式下，列车静止在车间或车辆段库内，不能运行，只能进行试验和维修工作。

进一步作为可选的实施方式，高压电器箱还包括避雷器，避雷器设置在箱体内，避雷器用于防止高压电器箱出现大气过电压或操作过电压。

具体地，避雷器用于限制电气设备运行过程出现的大气过电压及操作过电压，使电气设备免受过电压损害。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，辅助变流器包括输入滤波模块、脉宽调制逆变器模块以及主控模块，输入滤波模块和脉宽调制逆变器模块均与主控模块连接，主控模块与司机控制台通信连接，高压电器箱的第二输出端依次通过输入滤波模块和脉宽调制逆变器模块连接至电气控制柜的输入端，辅助变流器用于对高压电器箱的第二输出端输出的电压进行降压。

具体地，辅助变流器(ACU)安装于负载车辆地板下，通过支撑耳连到车体上。辅助变流器输入来自受电弓，电压为DC110V，输出为直流母线电压直流电DC24V，为负载车辆的辅助电气设备提供电能。辅助变流器箱体及部件采用模块化设计，主要由输入滤波模块(包括滤波电容器、主接触器、预充电装置、滤波电感、输入电压电流传感器)、脉宽调制逆变器模块、主控模块及冷却系统等组成。

本实用新型实施例在每半列车设置一个辅助变流器，每个辅助变流器为相近的半列车提供交流电源，一旦一个辅助逆变器故障，另一个辅助逆变器将为整列车提供交流电源，同时减载。系统将扩展供电电气控制逻辑集成于电气控制柜中，全真实模拟城轨列车扩展供电方式，可满足学员对控制电路的认知和控制原理的培训学习。

可选地，为方便教学展示，在系统中设置负载车辆的执行机构展示装置，使学员能够通过这些执行机构的动作，直观了解到车辆电气控制系统的控制效果和系统状态。

以上是对本实用新型实施例的系统结构进行了说明，下面对本实用新型实施例的工作流程进行说明。本实用新型实施例的工作流程如下：

A1、通过司机控制台获取学员的第一操作指令；

A2、根据第一操作指令控制牵引逆变器输出第一电压至牵引电机，进而控制牵引电机的转速与转矩；

A3、通过牵引电机驱动负载车辆运行；

A4、根据第一操作指令控制辅助变流器输出第二电压至电气控制柜，进而通过电气控制柜控制辅助电气设备检测负载车辆的实时运行数据；

A5、通过司机控制台显示实时运行数据；

A6、学员根据实时运行数据进行实操。

具体地，可通过司机控制台发送操作指令控制负载车辆运行，同时采集负载车辆的实时运行数据并通过司机控制台显示反馈，使得学员可以根据负载车辆的实时运行数据进行实操。

可选地，实时运行数据包括车辆行驶速度、车辆行驶里程、空调状态数据、车厢气压数据、车厢门状态数据以及照明系统运行数据。

可以理解的是，与现有技术相比，本实用新型实施例还具有以下优点：

1)实训功能丰富：受电弓、高压受流子系统、牵引变流子系统、均支持设备单机实训模式、联机实训模式及教员模式，不仅可支持系统原理性讲解，同时可满足学员设计、仿真、编程等实操需求。

2)逻辑互锁：系统采用逻辑互锁设计，可实现各个系统运行和动作状态下的互锁功能，有效确保系统运行的安全性。

3)高精度实时仿真主电路：采用实时仿真机提供高精度模型，完全覆盖列车运行工况

4)可扩展性强：列车牵引控制单元具备MVB、实时以太网、CAN通信接口，可与TCMS系统进行联合培训。

5)完善的培训管理系统：具备模型管理、参数调试、在线监控等功能，支持所有内、外部数据图表显示、数据记录、数据存储、数据回放等辅助分析功能。

6)多种使用模式：支持学员进行单个部分理论和实操学习，同时支持学员进行实物电路联合演练，支持教员设置考试科目，学员进行排故考核并输出成绩

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：包括司机控制台、高压受流子系统、牵引变流子系统、辅助变流子系统以及负载车辆，所述高压受流子系统包括受电弓和高压电器箱，所述牵引变流子系统包括牵引逆变器和牵引电机，所述辅助变流子系统包括辅助变流器和电气控制柜，所述受电弓用于与接触网接触受电，所述受电弓的输出端通过动力线与所述高压电器箱的输入端连接，所述高压电器箱的第一输出端通过所述牵引逆变器与所述牵引电机的输入端连接，所述牵引电机的输出端与所述负载车辆的输入端连接，所述高压电器箱的第二输出端通过所述辅助变流器与所述电气控制柜的输入端连接，所述电气控制柜用于为所述负载车辆上的辅助电气设备提供电源，所述受电弓、所述高压电器箱、所述牵引逆变器、所述牵引电机、所述辅助变流器以及所述电气控制柜均与所述司机控制台通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述司机控制台包括控制器、按键模块以及显示模块，所述按键模块的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器用于对所述受电弓、所述高压电器箱、所述牵引逆变器、所述牵引电机、所述辅助变流器以及所述电气控制柜进行控制和工作状态采集，所述控制器的输出端与所述显示模块的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述牵引变流子系统还包括牵引控制单元，所述控制器通过所述牵引控制单元与所述牵引逆变器连接，所述控制器用于输出控制信号使得所述牵引逆变器输出预设电压驱动牵引电机。

4.根据权利要求1所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述高压电器箱包括箱体以及设置在所述箱体内的主断路器、电压互感器、第一电流互感器以及第二电流互感器，所述受电弓的输出端通过所述电压互感器与所述主断路器的输入端连接，所述主断路器的第一输出端通过所述第一电流互感器和所述牵引逆变器连接至所述牵引电机的输入端，所述主断路器的第二输出端通过所述第二电流互感器和所述辅助变流器连接至所述电气控制柜的输入端。

5.根据权利要求4所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述高压电器箱还包括接地隔离开关，所述接地隔离开关设置在所述箱体内，且位于所述主断路器旁，所述接地隔离开关用于在检修维护时使得所述主断路器接地。

6.根据权利要求4所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述高压电器箱还包括车间电源接口，所述车间电源接口设置在所述箱体内，所述车间电源接口的输入端与所述主断路器的第三输出端连接，所述车间电源接口用于在检修维护时为所述辅助变流子系统进行供电。

7.根据权利要求4所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述高压电器箱还包括避雷器，所述避雷器设置在所述箱体内，所述避雷器用于防止所述高压电器箱出现大气过电压或操作过电压。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种城轨车辆高压电气实训系统，其特征在于：所述辅助变流器包括输入滤波模块、脉宽调制逆变器模块以及主控模块，所述输入滤波模块和所述脉宽调制逆变器模块均与所述主控模块连接，所述主控模块与所述司机控制台通信连接，所述高压电器箱的第二输出端依次通过所述输入滤波模块和所述脉宽调制逆变器模块连接至所述电气控制柜的输入端，所述辅助变流器用于对所述高压电器箱的第二输出端输出的电压进行降压。

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