本發(fā)明涉及電力機車和動車模擬實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種弓網(wǎng)電接觸模擬實驗裝置。

背景技術(shù)：

電氣化鐵路和城市軌道交通系統(tǒng)中，電力列車使用受電弓從架空接觸網(wǎng)取得電能。受電弓可分單臂弓和雙臂弓兩種，均由受電弓滑板、上框架、下臂桿(雙臂弓用下框架)、底架、升弓彈簧、傳動氣缸、支持絕緣子等部件組成。

受電弓安裝在車廂頂部，列車運行過程中受電弓滑板與提供電能的接觸導(dǎo)線保持滑動接觸。受電弓和接觸網(wǎng)這兩個子系統(tǒng)通過弓網(wǎng)接觸力耦合在一起，形成一個相互作用的動態(tài)系統(tǒng)。

電力列車所需的電能通過受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的接觸點傳輸，由于接觸面積小，滑板和接觸導(dǎo)線之間的接觸電阻較大，在列車靜止或低速移動時，如果通過接觸點的電流大，所產(chǎn)生的熱效應(yīng)對滑板和接觸導(dǎo)線都會帶來損害。

電力列車高速運行時，由于接觸網(wǎng)的波動、車體的振動和氣動激擾，受電弓滑板與接觸導(dǎo)線有可能發(fā)生瞬間脫離，從而造成弓網(wǎng)離線。離線產(chǎn)生的電弧火花會燒蝕受電弓滑板和接觸導(dǎo)線，縮短其使用壽命。離線瞬間產(chǎn)生的高頻震蕩過電壓嚴(yán)重影響列車牽引傳動系統(tǒng)的性能。此外，離線瞬間電弧放電產(chǎn)生的高頻電磁波造成噪聲污染和無線電干擾。

弓網(wǎng)系統(tǒng)的電接觸具有靜態(tài)、滑動與可分合電接觸3種形態(tài)，為研究其內(nèi)在機理和影響，實驗室內(nèi)的弓網(wǎng)電接觸實驗裝置成為必要。

文獻號為CN102063118A的中國專利文獻公開了一種模擬電力機車受電弓瞬時離線的實驗裝置，通過兩個接觸器的斷開與閉合來切斷和打開變壓器的輸出，從而模擬受電弓的瞬時離線。該文獻公開的實驗裝置其出發(fā)點是為了測試電力機車牽引系統(tǒng)，作用僅僅是切斷和打開提供給電力機車的電流，完全不涉及受電弓和接觸網(wǎng)系統(tǒng)。

文獻號為CN102565593A的中國專利文獻公開了一種模擬電力機車和動車受電弓離線的實驗裝置，該裝置可實現(xiàn)受電弓在一個電壓周期內(nèi)任意時刻離線。上述文獻公開的實驗裝置包含了受電弓和接觸線，但其關(guān)注點是實現(xiàn)受電弓在一個電壓周期內(nèi)任意時刻離線，而不是受電弓和接觸線的電接觸特性。上述文獻公開的實驗裝置只能模擬受電弓滑板和接觸線的靜態(tài)接觸和可分合電接觸，無法模擬受電弓滑板和接觸線的滑動電接觸。并且，該文獻公開的實驗裝置僅能提供高電壓供電(25Kv或以上)，對弓網(wǎng)電接觸研究而言，為了模擬大電流通過弓網(wǎng)接觸點的情況，需要實驗裝置能提供大電流(1000A以上)。因此，為全面研究弓網(wǎng)電接觸特性，有必要提出一種新的弓網(wǎng)電接觸實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種弓網(wǎng)電接觸模擬實驗裝置，該實驗裝置是一種由受電弓和接觸網(wǎng)構(gòu)建而成，可提供大電流進行實驗，并能夠支持靜態(tài)、滑動與可分合三種電接觸形態(tài)的模擬實驗裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種弓網(wǎng)電接觸模擬實驗裝置，包括接觸網(wǎng)和受電弓，還包括用于安裝接觸網(wǎng)的兩根支架，可移動的小車，設(shè)置在小車上的負載箱，以及給整個模擬實驗裝置供電的大電流發(fā)生裝置；所述大電流發(fā)生裝置、接觸網(wǎng)、受電弓和負載箱串聯(lián)連接，構(gòu)成電氣回路；所述大電流發(fā)生裝置包括大容量交流變壓器或交流轉(zhuǎn)直流變壓器，設(shè)置在變壓器上的電流開關(guān)和用于調(diào)節(jié)電流大小的調(diào)節(jié)按鈕，所述電流開關(guān)和調(diào)節(jié)按鈕均與電流控制器相連；所述接觸網(wǎng)包括接觸線，以及用于維持接觸線水平的懸掛結(jié)構(gòu)；所述受電弓包括滑板，以及設(shè)置在小車頂部與滑板之間的支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)下端與小車頂部固定連接、上端與滑板轉(zhuǎn)動連接，支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有用于帶動支撐結(jié)構(gòu)做縱向伸縮運動的伸縮電機，所述伸縮電機連接有受電弓控制器；所述小車內(nèi)部設(shè)有用于帶動小車水平移動的步進電機，且該步進電機連接有小車控制器；所述電流控制器、受電弓控制器和小車控制器均分別通過網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線通信接口與主控計算機連接。

優(yōu)選的，所述大電流發(fā)生裝置的輸入電流為380V交流電，輸出電流為0～380V交流電或者0～1500V直流電，輸出電流最大值為5000A。

優(yōu)選的，所述接觸網(wǎng)為柔性接觸網(wǎng)；所述懸掛結(jié)構(gòu)包括承力索和吊弦，所述承力索兩端固定在支架上，所述吊弦設(shè)置在接觸線和承力索之間，用于保持接觸線處于水平狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述承力索兩端均分別通過移動機構(gòu)懸空安裝在兩根支架上，該移動機構(gòu)內(nèi)設(shè)有可帶動與其相接的承力索端部在支架上水平或縱向移動的驅(qū)動電機，所述驅(qū)動電機還連接有接觸網(wǎng)控制器，該接觸網(wǎng)控制器與主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線通信接口連接。

優(yōu)選的，所述接觸網(wǎng)為剛性接觸網(wǎng)，所述懸掛結(jié)構(gòu)包括匯流排和承載梁；所述承載梁架設(shè)在支架上，承載梁下方安裝匯流排，匯流排夾持住接觸線。

優(yōu)選的，所述支撐結(jié)構(gòu)為V形伸縮結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述負載箱包括大功率電阻和電感，為實驗裝置電氣回路提供阻性負載和感性負載，且該負載箱上設(shè)有調(diào)整阻性負載和感性負載檔位的負載調(diào)整按鈕。

優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)是有線以太網(wǎng)或無線WIFI網(wǎng)絡(luò)；所述現(xiàn)場總線通信接口為RS485或CAN。

優(yōu)選的，所述電流控制器、受電弓控制器、小車控制器和接觸網(wǎng)控制器均為PLC或單片機。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用真實的受電弓滑板和接觸線，可調(diào)節(jié)弓網(wǎng)接觸力的大小和接觸線張力的大小，最大限度的模擬了弓網(wǎng)電接觸的實際工作情況。

(2)本發(fā)明施加在受電弓滑板和接觸線上的電流大小可調(diào)節(jié)，最大電流可達5000安培，從而可模擬各種軌道交通受流系統(tǒng)的弓網(wǎng)電接觸，包括高速鐵路的柔性接觸網(wǎng)和城市地鐵中的剛性接觸網(wǎng)。

(3)本發(fā)明通過移動車帶動受電弓沿接觸線運動，可實現(xiàn)弓網(wǎng)系統(tǒng)滑動電接觸的模擬；通過升降受電弓滑板，來模擬滑板和接觸線的靜態(tài)與可分合電接觸，從而支持三種電接觸的研究。

(4)本發(fā)明采用計算機程序控制各個控制器，具有良好的人機界面，根據(jù)需要靈活配置實驗參數(shù)，可自動運行實驗并監(jiān)控實驗狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明柔性接觸網(wǎng)示意圖。

圖3為本發(fā)明剛性接觸網(wǎng)示意圖。

圖4為本發(fā)明懸掛結(jié)構(gòu)截面圖。

圖5為本發(fā)明控制裝置星型連接框圖。

圖6為本發(fā)明控制裝置總線連接框圖。

其中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的名稱為：

1-支架，2-小車，3-負載箱，4-大電流發(fā)生裝置，5-接觸線，6-懸掛結(jié)構(gòu)，61-承力索，62-吊弦，63-移動機構(gòu)，64-承載梁，65-匯流排，7-滑板，8-支撐結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實施例。

實施例1

本實施例主要是針對高速鐵路應(yīng)用中的弓網(wǎng)電接觸特性研究的需要，提供一種采用受電弓和接觸網(wǎng)構(gòu)建的、可提供大電流、支持靜態(tài)、滑動與可分合3種電接觸形態(tài)的實驗裝置。

如圖1所示，本實施例的實驗裝置包括接觸網(wǎng)及其支架1、受電弓、小車2、大電流發(fā)生裝置4、負載箱3和控制裝置；其中，所述大電流發(fā)生裝置4、接觸網(wǎng)、受電弓和負載箱3串聯(lián)連接，構(gòu)成電氣回路。

如圖1和圖2所示，所述接觸網(wǎng)為柔性接觸網(wǎng)，包括跨接在兩根支架1上的接觸線5和懸掛結(jié)構(gòu)6，該懸掛結(jié)構(gòu)6包括承力索61和多根吊弦62，所述承力索61兩端固定在支架1上，所述吊弦62設(shè)置在接觸線5和承力索61之間，用來承載接觸線5的重量，以減小接觸線5的弛度，保持接觸線5高度一致。所述承力索61兩端均分別通過移動機構(gòu)63懸空安裝在兩根支架1上，該移動機構(gòu)63內(nèi)設(shè)有可帶動與其相接的承力索61端部在支架1上水平或縱向移動的驅(qū)動電機，以拉緊或放松接觸線5，并且該移動機構(gòu)63還可帶動承力索61圍繞支架1中心位置上下左右移動，從而帶動接觸線移動，以改變接觸線5的空間高度和相對支架1中心線的偏移，調(diào)節(jié)施加在接觸線5上的張力，最大限度的模擬了弓網(wǎng)電接觸的實際工作情況。

所述支架1為大型支架1，共有兩根，用于架設(shè)接觸網(wǎng)。

所述受電弓包括滑板7，以及設(shè)置在小車2頂部與滑板7之間、具有V形可伸縮結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)8；所述支撐結(jié)構(gòu)8下端與小車2頂部固定連接、上端與滑板7轉(zhuǎn)動連接，使滑板7能夠支撐結(jié)構(gòu)8端部作少量的轉(zhuǎn)動，增強其適應(yīng)性；支撐結(jié)構(gòu)8內(nèi)部設(shè)有用于帶動支撐結(jié)構(gòu)8做縱向伸縮運動的伸縮電機，該支撐結(jié)構(gòu)8在做縱向伸縮運動時可帶動滑板7與接觸線5接觸或分離，還可調(diào)節(jié)滑板7和接觸線5之間的接觸力。

所述小車2內(nèi)部設(shè)有用于帶動小車2水平移動的步進電機，可帶動小車2在支架1之間的地面上行駛，帶動受電弓移動，從而實現(xiàn)受電弓滑板7和接觸線5之間的滑動電接觸，進而實現(xiàn)弓網(wǎng)系統(tǒng)滑動電接觸的模擬。

所述大電流發(fā)生裝置4用于給整個模擬實驗裝置供電，包括大容量交流變壓器或交流轉(zhuǎn)直流變壓器，設(shè)置在變壓器上的電流開關(guān)和用于調(diào)節(jié)電流大小的調(diào)節(jié)按鈕。所述大電流發(fā)生裝置4的輸入電流為380V交流電，輸出電流為0～380V交流電或者0～1500V直流電，輸出電流最大值為5000A，可模擬各種軌道交通受流系統(tǒng)的弓網(wǎng)電接觸，包括高速鐵路的柔性接觸網(wǎng)和城市地鐵中的剛性接觸網(wǎng)。

所述負載箱設(shè)置在小車2上方，所述負載箱3包括大功率電阻和電感，為實驗裝置電氣回路提供阻性負載和感性負載，且該負載箱上設(shè)有調(diào)整阻性負載和感性負載檔位的負載調(diào)整按鈕。

如圖5所示，所述控制裝置包括主控計算機，以及與主控計算機相連的控制器組，所述控制器組包括設(shè)置在移動機構(gòu)63內(nèi)部、并與驅(qū)動電機相連的接觸網(wǎng)控制器，設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)8內(nèi)部、并與伸縮電機相連的受電弓控制器，設(shè)置在小車2上、并與步進電機相連的小車控制器，以及設(shè)置在大電流發(fā)生裝置4內(nèi)部、并與電流開關(guān)和調(diào)節(jié)按鈕相連的電流控制器。接觸網(wǎng)控制器負責(zé)從主控計算機接收接觸網(wǎng)移動機構(gòu)63相對其預(yù)先設(shè)定的中心點的移動距離和方向，并將其轉(zhuǎn)換成控制移動機構(gòu)63移動的控制指令，并發(fā)送給移動機構(gòu)63；受電弓控制器負責(zé)從主控計算機接收受電弓升降指令，轉(zhuǎn)換成伸縮電機的控制指令，并發(fā)送指令給伸縮電機；小車控制器負責(zé)從主控計算機接收移動車運動指令，轉(zhuǎn)換成小車2上步進電機的控制指令，并發(fā)送指令給步進電機；電流控制器負責(zé)從主控計算機接收大電流發(fā)生裝置4的輸出電流值和實驗裝置電氣回路的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成大電流發(fā)生裝置4的電流調(diào)節(jié)裝置和實驗裝置電氣回路的開關(guān)的控制指令，并發(fā)送指令給電流開關(guān)和調(diào)節(jié)按鈕。

所述控制器組中的各個控制器是具有通信和計算能力的可編程單元，可以是可編程邏輯控制器PLC或單片機；主控計算機和各個控制器的連接方式是通過網(wǎng)絡(luò)星型連接，控制計算機和各子系統(tǒng)控制器之間分別是點對點的通信鏈路；所述網(wǎng)絡(luò)是有線以太網(wǎng)或無線WIFI網(wǎng)絡(luò)；利用主控計算機控制各個控制器，具有良好的人機界面，根據(jù)需要靈活配置實驗參數(shù)，可自動運行實驗并監(jiān)控實驗狀態(tài)。

對接觸網(wǎng)的移動機構(gòu)63的控制方法如下：用戶在主控計算機中指定接觸網(wǎng)移動機構(gòu)63相對支架1預(yù)設(shè)中心點移動的距離和方向，主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把距離和方向發(fā)送到接觸網(wǎng)控制器，接觸網(wǎng)控制器通過驅(qū)動電機按指定的距離和方向移動。

對受電弓升降的控制方法如下：用戶在主控計算機上指定支撐架往上或往下移動，主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把升/降指令發(fā)送到受電弓控制器，受電弓控制器通過伸縮電機帶動受電弓滑板7上升或者下降。

對小車2的控制方法如下：用戶在主控計算機上指定小車2前進、暫?；蚝笸耍⒅付ㄆ淝斑M或后退的距離和速度，主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把移動距離、前進/暫停/后退或往返運動的指令發(fā)送到小車控制器，小車控制器按指令通過步進電機帶動移動車在軌道上運動。

對大電流發(fā)生裝置4的控制方法如下：用戶在主控計算機上指定大電流發(fā)生裝置4的輸出電流值，主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把電流值發(fā)送到大電流發(fā)生裝置4控制器，控制器打開大電流發(fā)生裝置4電氣回路中的開關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電流至指定值。

本實施例實驗裝置的使用方法如下：

用戶在主控計算機上指定滑動電接觸實驗電流值、小車2移動速度(即受電弓移動速度)、并通過調(diào)整負載調(diào)整按鈕對負載箱3調(diào)檔并指定實驗運行時間后，開始實驗。主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把試驗電流值發(fā)送到電流控制器，電流控制器打開大電流發(fā)生裝置4電氣回路中的開關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電流至指定值。主控計算機不斷讀取電氣回路中的電流，確認(rèn)電流值達到指定值之后，通過網(wǎng)絡(luò)把移動速度、往返運行或暫停等指令發(fā)送到小車控制器，小車控制器按指令通過步進電機帶動小車2在軌道一定距離范圍內(nèi)往返運動。

實驗運行時間到期后，主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)把停止指令發(fā)送給電流控制器和小車控制器。電流控制器按指令調(diào)節(jié)輸出電流至零，斷開電氣回路開關(guān)。小車控制器停止小車2運動。在實驗運行過程中，主控計算機不斷讀取電氣回路中的電流值，如果電流值和指定值差別大于指定值(例如10安培)，持續(xù)時間大于指定值(例如10秒鐘)，主控計算機發(fā)送緊急停止指令給電流控制器，電流控制器接收到緊急停止指令后立即斷開電氣回路開關(guān)。主控計算機隨后發(fā)送停止指令給小車控制器，停止小車2的運行。

實施例2

本實施例主要是針對城市地鐵中的弓網(wǎng)電接觸特性研究的需要，提供的弓電網(wǎng)接觸模擬實驗裝置，與實施例1相比，僅有以下不同：

1)所述受電弓中的伸縮電機更換為電磁閥或氣動閥，且該電磁閥或氣動閥通過絕緣拉桿與受電弓滑板7連接，來帶動受電弓滑板7與接觸線5接觸或分離。

2)如圖1、圖3和圖4所示，所述接觸網(wǎng)為剛性接觸網(wǎng)，其懸掛結(jié)構(gòu)6包括匯流排65和承載梁64；所述承載梁64架設(shè)在支架1上，承載梁64下方安裝匯流排65，匯流排65夾持住接觸線5該實現(xiàn)結(jié)構(gòu)不需要附加機構(gòu)對接觸線5施加張力。

3)如圖6所示，所述控制裝置中，主控計算機和各個控制器的連接方式是總線連接，控制計算機和各子系統(tǒng)控制器都連接在總線上，共享同一條物理通信鏈路。其中，所述現(xiàn)場總線通信接口為RS485或CAN。

上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護范圍，但凡在本發(fā)明的主體設(shè)計思想和精神上作出的毫無實質(zhì)意義的改動或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。