集成式輔助電源柜的設計及仿真分析

熊衛斌++郭炎杰

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

關鍵詞：集成式 輔助電源柜 機構設計 仿真程度分析

中圖分類號：TM5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0062-01

目前，國家城市化交通事業不斷發展，尤其是近年來地鐵行業的快速發展，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用，這種輔助式電源柜對內部的電子器件和交通工具的正常運行有著至關重要的影響，直接關系著列車的安全和人們的生命安全。研究其結構設計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構設計

1.1 結構組成

集成式輔助電源結構主要由輔助變流器、蓄電池充電機、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、應急電源電路以及相關控制電路構成，將這些基本零部件集中在一個箱體內，采用風冷，在有限的空間內對整體布局和風道結構進行設計和優化。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Static Inverter被輸入濾波電路后，電容先便會接通充電電阻，對系統進行預充電，系統通過充電來增強其電壓，當電壓達到一定的電壓值后，充電電阻便會自動關閉開關，而將系統與短接觸器連接，進行短接充電，從而有效控制系統電壓，減少電容器的充電電流。這樣能保護電容器，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。當系統對Static Inverter進行保護時，必須要斷開隔離開關，其聯鎖接點閉合，將Static Inverter輸入端電容器短接，從而實現快速放電。這種結構采用三相二電平逆變電路和充電機電路，確保輔助系統的持續安全運行。

1.2 結構設計優點

這種結構設計比較復雜，但是其結構具有很強的實用性，且是一種高效節能的新工藝，結構使用的都是普通的零部件，將這些部件集中在一個柜體中，發揮其各自的優勢，運用各個器件的連貫輸電來確保系統的正常運行，有效的節約安裝成本，且能確保列車的安全指數，減少安全事故，保障人們的生命財產安全。

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，其總重量可達幾千斤，且由上面可知其結構復雜，因此，在設計時要運用仿真手段對系統的使用壽命進行估算，得知一個系統正常運行的時間和系統部件發生損壞現象的時間，從而能掌握系統部件維修和更換時間，通過這樣方法有效的指導產品設計與樣機試驗，從而降低交通工具行駛中的風險，盡可能的減少交通意外，確保人們的生命財產安全。

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，根據不銹鋼材料的性能，其屈服點a=205 MPa，Q345的屈服點a=345 MPa，我國《鐵道車輛強度設計及實驗鑒定規范》規定，客車車體內外設備及其緊固零部件應按照相當于列車行駛慣性進行強度考核，其具體標準是縱向3 g，橫向1 g，垂直方向3 g（其中g等于重量加重力），而三個方向產生的合力不得大于不銹鋼鈑金件的屈服點。

全面分析結構的仿真手段，對整個系統的各個模型進行分析。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體單位以及對不銹鋼焊接處理處等情況。利用模態分析方法，計算柜體結構固有頻率和確定柜體結構的振動形態，從而判斷結構整體和局部的剛度。將振動頻率形態分析分為六個階段，其頻率一次是24.3、32、34.2、34.3、37.4 Hz，由此可見，柜體橫向振動時，其平均共振率為154.7 Hz，而改進后齒輪罩振動速度加快，各部分的應力也呈現上升趨勢。在集中式輔助電源柜中，齒輪罩結構的剛度還比較薄弱，需要加大研究力度，對其剛度進行合理的布置，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運行的安全指數，還能延長設備的使用壽命，確保交通運行安全。

3 結語

綜上訴述，集成式輔助電源柜是一種高效節能的新工藝，它的研究和應用能有效的節約設備安裝成本，從而使軌道交通事業的發展更加符合國家節能減排標準。集成式輔助電源柜主要是運用輔助電流、蓄電池充電機和相關設備進行結構設計，這種結構設計比較科學合理，尤其是齒輪罩在系統運行中發揮著重要的作用，它能保證系統的正常運行的安全和穩定。總之，集成式輔助電源柜有很高的仿真技術，具有積極的推廣意義。

參考文獻

[1] 寇樹仁.HXD1機車集成式驅動和輔助供電系統[J].電子技術，2010（1）.

[2] 李穆鈺，丁杰.集成式輔助電源柜的設計及仿真分析[J].機車電傳動，2013（1）.endprint