一种电气化高速铁路动态仿真模型及其仿真方法

摘要

一种电气化高速铁路动态仿真模型，其组成是：环形的轨道上的电力机车，电力机车上的受电弓与支柱上的接触网相连；AT牵引变压器和直供牵引变压器的输出通过程控开关与接触网相连；电力机车车箱内设有依次相连的脉冲整流器、直-直变换器、直流电机，脉冲整流器与受电弓相连；直流电机轴与车轮轴相连；脉冲整流器、直-直变换器、直流电机还均与车载微处理器相连；地面微处理器、车载微处理器分别通过地面无线通信器和车载无线通信器与计算机的无线通信器进行无线通信。该仿真模型能全面、直观的动态模拟与显示高速铁路中机车、接触网及牵引变电所等模块的运行过程和状态及相互关系，用于培训高速铁路从业人员，其培训效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于培训、演示用的电气化高速铁路动态仿真模型及使用 该模型对电气化高速铁路进行动态仿真的方法。

背景技术

铁路的发展保持迅猛的势头，电气化高速铁路比重的迅速扩大对从业人 员，尤其是技术人员的要求也将越来越高。就现状而言，许多铁路工作人员和 现场维护人员在施工和操作技术上存留老思想，对新型电气化铁路及供电系统 的认识不足，需要对高速铁路从业人员进行培训。在培训时通过仿真模型的演 示能更直观地表示高速铁路各模块的运行过程与状态，提高培训效果。但现有 的仿真模型通常是各个模块的静态模型，如单个的机车静态模型，不能够动态 地反映机车在轨道上运行的运动状态以及机车与接触网、变电系统的动态相互 关系。还有一类仿真是在计算机上通过运行软件，计算显示出列车运行中的部 分参数的相互关系如接触网的电压、电流与机车的载重、运行速度的关系，但 这种仿真以数字或列表的方式显示，其对整个铁路运行状态的反映既不直观也 不全面。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种电气化高速铁路动态仿真模型，该仿真 模型能全面、直观的动态模拟高速铁路中机车、接触网及牵引变电所等模块的 运行过程和状态及相互关系，从而直观地演示整个高速铁路的运行过程、状态 和原理；用于培训高速铁路从业人员，其培训效果好。

本发明实现第一个发明目的所采用的技术方案是，一种电气化高速铁路动 态仿真模型，其组成是：

环形的轨道上的电力机车，电力机车上的受电弓与接触网相连，接触网架 设在支柱上；380V/55V的AT牵引变压器和380V/27.5V直供牵引变压器的输 出通过程控开关与接触网相连；程控开关与地面微处理器相连；

电力机车车箱内设有依次相连的脉冲整流器、直-直变换器、直流电机，脉 冲整流器的输入端与受电弓相连；直流电机轴上的齿轮与车轮轴上的齿轮啮 合；脉冲整流器、直-直变换器、直流电机还均与车载微处理器相连；

地面微处理器、车载微处理器分别与地面无线通信器和车载无线通信器相 连；地面无线通信器、车载无线通信器均与计算机的无线通信器进行无线通信。

本发明的第二个目的是提供一种上述的电气化高速铁路动态仿真模型对 电气化高速铁路进行动态仿真的方法，该方法能全面、直观的动态模拟高速铁 路中机车、接触网及牵引变电所等模块的运行过程和状态及相互关系，从而直 观地演示整个高速铁路的运行过程、状态和原理。

本发明实现第二个发明目的所采用的技术方案是，一种使用权利要求1所 述的电气化高速铁路动态仿真模型对电气化高速铁路进行动态仿真的方法，其 操作步骤是：

计算机根据选定的AT供电或直接供电方式通过其无线通信器、地面无线 通信器向地面微处理器下达开关选择指令，地面微处理器根据该指令控制程控 开关使AT牵引变压器或者直供牵引变压器的输出与接触网连通，机车的受电 弓从接触网上获取电能，并通过脉冲整流器、直-直变换器向直流电机供电， 直流电机转动驱动车轮旋转；电力机车即在环形轨道上运行，从而模拟电力机 车的运行状态；运行过程中计算机通过其无线通信器、车载无线通信器向车载 微处理器下达速度调节指令，车载微处理器根据该速度调节指令控制直-直变 换器的输出电压从而控制直流电机的转速，实现对电力机车运行速度的调节控 制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明仿真模型中的电机由实际的大电压的交流电机改为体积小的 小电压直流电机，变压器也由实际的110kV/27.5kV改为380V/27.5V，从而电 力机车、接触网、变压器等模块即是对真实的电力机车、接触网、牵引变电所 实物等比例的缩小，又保证了其工作原理、过程与实际铁路系统的高度相似； 能以缩小的实物形态，在室内全面、直观的动态模拟高速铁路中机车、接触网 及牵引变电所等模块的运行过程和状态及相互关系，从而直观地演示整个高速 铁路的运行过程、状态和原理；用于培训高速铁路从业人员，其培训效果好。

二、本发明的仿真模型通过对程控开关的控制，既可以模拟与演示AT 供电方式下高速铁路的运行过程和状态及相互关系，又可以模拟与演示直接供 电方式下高速铁路的运行过程和状态及相互关系。

三、在以实物形态全面、直观的动态模拟高速铁路中机车、接触网及牵 引变电所等模块的运行过程和状态及相互关系的同时，计算机还通过无线方式 经车载微处理器采集电力机车的速度、脉冲整流器、直-直变换器、直流电机 的电压、电流等参数；通过无线方式经地面微处理器采集接触网；AT牵引变 压器/直供牵引变压器的电压、电流等参数，并对这些参数进行分析处理，将 处理结果显示在计算机屏幕上；从而更方便培训人员感受与体验理论分析结果 与铁路直观运行状态间的关系。

四、整个仿真过程由计算机、地面微处理器、车载微处理器通过无线通 信方式实现自动控制，自动化程度高，操作简单、方便。

上述的脉冲整流器的输入端通过继电保护装置与受电弓相连；继电保护装 置还与车载微处理器相连。

这样，当脉冲整流器出现过流、过压时，继电保护装置自动动作，脉冲整 流器及后续的直-直变换器、直流电机自动断电，避免了相应器件的损坏，提 高了整个模型的可靠性和使用寿命。

上述的AT牵引变压器和直供牵引变压器的输入端串接有继电保护装置， 所述的继电保护装置还与地面微处理器相连。

这样，当AT牵引变压器或直供牵引变压器出现过流、过压时，继电保护 装置自动动作，AT牵引变压器或直供牵引变压器及后续的所有用电器件自动 断电，避免了器件的损坏，提高了整个模型的可靠性和使用寿命。

上述的直流电机上安装有速度传感器，速度传感器的输出端与车载微处理 器相连。

这样，速度传感器测出直流电机转速(机车的运行速度)，由车载微处理 器对机车的运行速度进行反馈控制，使演示机车的运行速度更精确。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的仿真模型的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的仿真模型的电路原理示意图。

具体实施方法

实施例

图1、图2示出，本发明的一种具体实施方式是，一种电气化高速铁路动态 仿真模型，其组成是：一种电气化高速铁路动态仿真模型，其组成是：

环形的轨道100上的电力机车200，电力机车200上的受电弓209与接触网 101相连，接触网101架设在支柱102上；380V/55V的AT牵引变压器103 和380V/27.5V直供牵引变压器104的输出通过程控开关105与接触网101相 连；程控开关105与地面微处理器106相连；

电力机车200车箱内设有依次相连的脉冲整流器201、直-直变换器202、 直流电机203，脉冲整流器201的输入端与受电弓209相连；直流电机203轴 上的齿轮与车轮轴上的齿轮啮合；脉冲整流器201、直-直变换器202、直流电 机203还均与车载微处理器206相连；

地面微处理器106、车载微处理器206分别与地面无线通信器107和车载无 线通信器207相连；地面无线通信器107、车载无线通信器207均与计算机109 的无线通信器进行无线通信。

本例的脉冲整流器201的输入端通过车载继电保护装置208与受电弓209 相连；车载继电保护装置208还与车载微处理器206相连。

本例的AT牵引变压器103和直供牵引变压器104的输入端串接有地面继 电保护装置108，所述的地面继电保护装置108还与地面微处理器106相连。

本例的直流电机203上安装有速度传感器204，速度传感器204的输出端 与车载微处理器206相连。

一种使用本例的电气化高速铁路动态仿真模型对电气化高速铁路进行动 态仿真的方法，其操作步骤是：

计算机109根据选定的AT供电或直接供电方式通过其无线通信器、地面 无线通信器107向地面微处理器106下达开关选择指令，地面微处理器106根 据该指令控制程控开关使AT牵引变压器103或者直供牵引变压器104的输出 与接触网101连通，电力机车200的受电弓209从接触网101上获取电能，并 通过脉冲整流器201、直-直变换器202向直流电机203供电，直流电机203转 动驱动车轮旋转；电力机车200即在环形的轨道100上运行，从而模拟电力机 车200的运行状态；运行过程中计算机109通过其无线通信器、车载无线通信 器207向车载微处理器206下达速度调节指令，车载微处理器206根据该速度 调节指令控制直-直变换器202的输出电压从而控制直流电机203的转速，实 现对电力机车203运行速度的调节控制。