城市轨道交通车辆电气设计程序.docx

城市轨道交通车辆电气课程设计学 院：城市轨道交通学院系（教研室）：车辆工程系课程名称：城市轨道交通车辆电气课题名称：城轨列车牵引模拟系统设计姓 名：潘汪洋学 号：101112215上海工程技术大学城市轨道交通学院2015年12月城轨车辆负载模拟子系统硬件设计1 概述随着城市化进程的日益加快，城市人口的急剧增加，国民收入的普遍增加，汽车数量的急剧猛增，导致交通拥挤、堵塞的情况日益严重。因此，大力发展城市公共交通有着积极的重要意义。其中城轨交通因其运量大、速度快、稳定性好、守时等众多优点，更具有相当重要的发展和研究意义。我国的牵引系统的应用主要建立在借鉴国外成功经历的基础上，本地化的进程不太完善。通过本课题的研究，可以让我们更方便更清晰的了解牵引及电制动特性，对实现列车运行过程中列车状态的监测具有重要的指导意义，对牵引系统开发控制提供了模拟实验环境，同时为制动能量的回收打好了基础，对环保和节能也具有重要的研究价值。2城轨列车牵引系统电力牵引是一种将电能作为动力的牵引方式。城市轨道交通车辆的电力牵引系统的基本功能是车辆经供电网络吸取电能转变为驱动车辆所需的机械能；并且在必要时将车辆的机械能变成电能，对车辆实施电制动。所以在电力牵引系统中的主要组成部分即是机电能量的变换装置——电机，并且电力牵引系统以牵引电机为控制对象，通过对电机的牵引力和速度进行调节，以满足列车牵引和制动特性的要求。纵观国内外城轨列车电力牵引的发展情况，现代城轨列车牵引系统具有以下特点：广泛应用三相异步牵引电动机及逆变器，使用变频变压技术。牵引变流器广泛采用了IGBT（或IPM）模块作为主开关器件，由于该类电力电子器件具有很高的开关频率，从而使电源输出特性更高，控制能力更强。微电子技术在地铁列车牵引、制动、辅助控制、信息存储和显示、防滑与防空转控制、以及行车安全等方面均有了较广泛的应用。车辆的制动，除了采用摩擦（空气）制动外，还采用了动力（电）制动技术，如电阻制动、再生制动和磁轨制动等，来提高运行中的节能环保性与安全性。电力牵引系统与列车自动控制系统紧密结合。就我国而言，城市地铁与轻轨建设起步较晚，但随着改革开放与国民经济的发展日益得到重视，特别是进入二十一世纪以来，我国的城市轨道交通得到了迅猛的发展。我国地铁车辆的发展，按其传动与控制方式可分为直流调阻车、直流斩波车和交流传动[13]。直流调阻车有如早期北京地铁的一号线车辆；直流斩波车有如早期的上海地铁一号线车辆；交流传动则目前大部分被城轨交通车辆所使用，因其发展趋势与世界牵引技术发展主流相一致。3 城轨列车牵引模拟系统对于城轨交通，不管是轻轨、地铁还是高铁，列车的牵引系统的工作特性的研究都是至关重要的。但正如我们所了解的一样，轨道交通牵引系统的规模庞大，运行负载高，且变化率高，研究参数多且动态非线性程度高，数据信息量巨大，控制模型复杂等等，这些都为牵引系统的研究带来了很大的阻力。同时测控实验平台的建设成本高，又较不容易实现，所以目前主要建立在城轨列车牵引模拟系统的基础上，利用虚拟仪器开发平台实现仿真研究。3.1 城轨列车牵引模拟系统的国内外研究现状对于牵引动态性能研究的试验技术，现阶段我国仅有南车株洲电力机车研究所有限公司、中国铁道科学研究院等少数单位建立了整车的大功率实验平台[5]。但是这一类牵引实验系统建设成本高，花费的时间久，并且更重要的是实验平台完成建设以后，其外部硬件设备及其连接条件往往难以改变，因而不能适应新的科学技术的发展，难以跟上城轨列车牵引系统的发展步伐。从国际范围看，随着科学技术、虚拟仪器技术和软件开发平台以及轨道交通列车牵引理论的进步，国际上著名的整车车辆实验台也逐渐被拆除而放弃投入实验使用。目前，城轨列车牵引系统的研究主要是建立在小功率交流牵引电机的模拟实验平台上，通过软件设计和硬件连接完成模拟实验。3.2 基于小功率交流电机的牵引模拟系统由于上一节内容中所提到的城轨列车牵引实验平台建设的困难性，我们较普遍的实验系统是基于小功率交流牵引电机的模拟系统。该实验系统利用图形化编程（G语言）软件平台，通过设计、编写软件数据采集模块的程序，实现模拟输入输出；利用信号处理模块将模拟输出数字信号转换为励磁电流电信号，使计算机能够在计算模拟运行阻力的同时，控制交流测功机模拟列车运行阻力进行逆扭矩加载，对列车运行状态进行监测，由此来实现对城轨列车牵引转速、转矩的闭环控制。然后，利用LabVIEW丰富的数据处理分析控件和编写的数据处理及显示模块的程序，计算机可以用实时监测出的变化的波形图表来精确地显示电流电压、转速转矩等多项动态参数。然后利用数据存储模块，可以将采集和处理的数据信息存储到自定义的目录下，以实现为牵引电机特性分析提供数据支持的最终目的。当然这些功能的实现，全是在软件程序的设计和