集成式辅助电源柜的设计及仿真分析

熊卫斌++郭炎杰

摘 要：近年来随着我国科技水平的不断提升，促进了我国轨道交通技术水平的提高，辅助电源越来越受到市场消费者的青睐，这种集成式辅助电源能有效的节约安装成本。下面本文主要介绍一种采用模块化设计思路，将辅助变流器、蓄电池充电机、单相电源以及相关控制电路一体化的集成式辅助电源柜的结构进行设计及其仿真程度分析。

关键词：集成式 辅助电源柜 机构设计 仿真程度分析

中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0062-01

目前，国家城市化交通事业不断发展，尤其是近年来地铁行业的快速发展，各大城市都兴修地铁，从而改善交通拥堵情况。而集成式辅助电源柜在地铁上也得到很好的应用，这种辅助式电源柜对内部的电子器件和交通工具的正常运行有着至关重要的影响，直接关系着列车的安全和人们的生命安全。研究其结构设计原理和仿真水平具有重要的意义。

1 集成式辅助电源柜的结构设计

1.1 结构组成

集成式辅助电源结构主要由辅助变流器、蓄电池充电机、单相电源、输入滤波电路、充放电电路、逆变电路、输出变压器、三相输出电路、直流电路、三相滤波电路、直流滤波电路、应急电源电路以及相关控制电路构成，将这些基本零部件集中在一个箱体内，采用风冷，在有限的空间内对整体布局和风道结构进行设计和优化。其中输入滤波电路又由直流滤波电抗器和滤波电容器组成一种LC滤波电路，而电容器和放电电路由隔离二极管、充放电电阻短接触器以及充电接触器等组成。当Static Inverter被输入滤波电路后，电容先便会接通充电电阻，对系统进行预充电，系统通过充电来增强其电压，当电压达到一定的电压值后，充电电阻便会自动关闭开关，而将系统与短接触器连接，进行短接充电，从而有效控制系统电压，减少电容器的充电电流。这样能保护电容器，以免电容器受到剧烈的冲击而烧毁，从而延长电容器的使用寿命。当系统对Static Inverter进行保护时，必须要断开隔离开关，其联锁接点闭合，将Static Inverter输入端电容器短接，从而实现快速放电。这种结构采用三相二电平逆变电路和充电机电路，确保辅助系统的持续安全运行。

1.2 结构设计优点

这种结构设计比较复杂，但是其结构具有很强的实用性，且是一种高效节能的新工艺，结构使用的都是普通的零部件，将这些部件集中在一个柜体中，发挥其各自的优势，运用各个器件的连贯输电来确保系统的正常运行，有效的节约安装成本，且能确保列车的安全指数，减少安全事故，保障人们的生命财产安全。

2 集成式辅助电源柜的仿真分析

2.1 仿真估算的重要意义

集成式辅助电源采用吊装方式，将柜体安装在车体底部，其总重量可达几千斤，且由上面可知其结构复杂，因此，在设计时要运用仿真手段对系统的使用寿命进行估算，得知一个系统正常运行的时间和系统部件发生损坏现象的时间，从而能掌握系统部件维修和更换时间，通过这样方法有效的指导产品设计与样机试验，从而降低交通工具行驶中的风险，尽可能的减少交通意外，确保人们的生命财产安全。

2.2 高度仿真分析

集成式辅助电源柜由不锈钢折弯型的钣金件焊接而成，根据不锈钢材料的性能，其屈服点a=205 MPa，Q345的屈服点a=345 MPa，我国《铁道车辆强度设计及实验鉴定规范》规定，客车车体内外设备及其紧固零部件应按照相当于列车行驶惯性进行强度考核，其具体标准是纵向3 g，横向1 g，垂直方向3 g（其中g等于重量加重力），而三个方向产生的合力不得大于不锈钢钣金件的屈服点。

全面分析结构的仿真手段，对整个系统的各个模型进行分析。首先要了解钣金件抽取中面四边形为主的壳单元，电器部件六面体为主的实体单位以及对不锈钢焊接处理处等情况。利用模态分析方法，计算柜体结构固有频率和确定柜体结构的振动形态，从而判断结构整体和局部的刚度。将振动频率形态分析分为六个阶段，其频率一次是24.3、32、34.2、34.3、37.4 Hz，由此可见，柜体横向振动时，其平均共振率为154.7 Hz，而改进后齿轮罩振动速度加快，各部分的应力也呈现上升趋势。在集中式辅助电源柜中，齿轮罩结构的刚度还比较薄弱，需要加大研究力度，对其刚度进行合理的布置，确保刚度平衡，尽可能提高齿轮罩的总体刚度，这样不仅能提高系统运行的安全指数，还能延长设备的使用寿命，确保交通运行安全。

3 结语

综上诉述，集成式辅助电源柜是一种高效节能的新工艺，它的研究和应用能有效的节约设备安装成本，从而使轨道交通事业的发展更加符合国家节能减排标准。集成式辅助电源柜主要是运用辅助电流、蓄电池充电机和相关设备进行结构设计，这种结构设计比较科学合理，尤其是齿轮罩在系统运行中发挥着重要的作用，它能保证系统的正常运行的安全和稳定。总之，集成式辅助电源柜有很高的仿真技术，具有积极的推广意义。

参考文献

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[2] 李穆钰，丁杰.集成式辅助电源柜的设计及仿真分析[J].机车电传动，2013（1）.endprint