論城鐵車輛制動(dòng)能量回收原理分析

劉志東

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，車輛的數(shù)量也在逐漸增加。交通擁擠已經(jīng)成為了當(dāng)前一種不可避免的現(xiàn)象。為了能夠給人們的出行帶來便利，使我們的日常生活不受影響，城鐵車輛出現(xiàn)并得以發(fā)展。它的優(yōu)勢(shì)在于能動(dòng)性強(qiáng)、速度快、運(yùn)輸量大以及節(jié)能環(huán)保。而它的弊端則主要體現(xiàn)在建設(shè)成本大上。因此，本文從城鐵車輛運(yùn)行阻力特性出發(fā)，對(duì)其制動(dòng)能量回收原理進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：城鐵車輛；制動(dòng)能量；回收原理；分析

中圖分類號(hào)：TM922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）03-0094-01

目前，地鐵車輛普遍采用的是電阻制動(dòng)方式。這種方法的好處在于它能夠進(jìn)行能量之間的轉(zhuǎn)換，將機(jī)械能變?yōu)殡娔苓M(jìn)行傳遞，以防止熱量消耗的情況出現(xiàn)。傳統(tǒng)的城鐵車輛制動(dòng)過程中消耗了巨大的能量，使得資源浪費(fèi)的現(xiàn)象極其明顯。因此，如何能夠更好的利用能量，進(jìn)行回收工作成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1 城市軌道車輛運(yùn)行阻力分析

1.1 車輛牽引力分析

車輛牽引力是城鐵車輛的重要制動(dòng)體系之一，它主要以傳動(dòng)技術(shù)為中心，借助裝置的外力作用進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的一種方式。由于城鐵車輛要附著在軌道之上，進(jìn)行合理的運(yùn)行。所以，它會(huì)反作用于車輪上的切線力。這樣才能夠極大程度上提升車輛的帶動(dòng)性。從受力分析的角度上來講，制約牽引力的條件有兩個(gè)：第一，以車輪為主的旋動(dòng)力[1]。第二，以受力摩擦為主的機(jī)動(dòng)力。二者的作用對(duì)象相同，但運(yùn)行方式不同。從力學(xué)的角度來講，車輛會(huì)在運(yùn)行中產(chǎn)生摩擦，并帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)摩擦范圍超過一定的參數(shù)數(shù)值后，車輪與鋼軌之間就會(huì)產(chǎn)生作用力與反作用力。一般情況下，二者的數(shù)值是相同的。在互相抵消下使得城鐵車輛進(jìn)行運(yùn)作。

1.2 車輛的基本阻力

城鐵車輛的基本阻力是多樣化的。它受多種因素的影響，并使得能量消耗變大。由于城鐵車輛的建設(shè)相對(duì)復(fù)雜，自身重量的多少以及外部天氣變化都會(huì)使阻力增加或者減少。甚至當(dāng)客流量過大時(shí)，也會(huì)起到制約城鐵車輛運(yùn)行的作用?；咀枇κ侵杠囕喸谲壍篱g不斷的滑動(dòng)，使軸承不斷摩擦，引起內(nèi)部的振動(dòng)效應(yīng)。車輛在流經(jīng)時(shí)也會(huì)使空氣的阻力變大，從而出現(xiàn)因時(shí)速增加而帶來的消耗[2]。

2 城鐵車輛制動(dòng)能量回收的原理分析

2.1 阻力加載控制原理

阻力加載控制原理的應(yīng)用性非常強(qiáng)，它主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，從概念上來講，加載系統(tǒng)的控制方式是以模型的建立為主，將速度進(jìn)行調(diào)控，在電流轉(zhuǎn)和的過程中制定標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。阻力加載控制方法利用異步測(cè)功機(jī)，監(jiān)視車輛運(yùn)行的環(huán)境，對(duì)信息進(jìn)行整合，提高電機(jī)的磁感應(yīng)，達(dá)到阻力控制以及能量回收的作用。另外，設(shè)計(jì)人員也可以安裝變頻機(jī)，采用異步交流的方式進(jìn)行合理利用、及時(shí)升級(jí)。變頻器的優(yōu)勢(shì)非常明顯：第一，它能夠以電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為主，在其啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行電能控制，使直流電與交流電轉(zhuǎn)換時(shí)的振動(dòng)性減少，從而保證城鐵車輛的穩(wěn)定性增加，阻力減少，以達(dá)到能量回收的作用。第二，在城鐵車輛運(yùn)行時(shí)，時(shí)間的控制也是非常重要的。變頻機(jī)可以將開環(huán)或者是閉環(huán)的速度提升，達(dá)到時(shí)間的準(zhǔn)確化響應(yīng)，轉(zhuǎn)變磁通的吸引力與附著力，加強(qiáng)電力的持續(xù)供應(yīng)性。另外，由于城市鐵軌的?？空九_(tái)相對(duì)較多，對(duì)電力波動(dòng)幅度的要求也比較大。因此，我們可以對(duì)車輪的運(yùn)行軌跡進(jìn)行不斷的模擬，將飛輪組的狀態(tài)予以優(yōu)化，通過組合的變換來控制牽引力給鐵軌帶來的巨大慣性，起到能量消耗較少的作用[3]。

2.2 牽引傳動(dòng)控制原理

牽引傳動(dòng)控制原理與傳統(tǒng)的能量回收手段不同，它是對(duì)交流信號(hào)中產(chǎn)生的干擾進(jìn)行規(guī)避的一種方式。我們都知道，在城市鐵軌車輛運(yùn)行的過程中，會(huì)產(chǎn)生源源不斷的電能，并且能量會(huì)持續(xù)性轉(zhuǎn)換，從而出現(xiàn)消耗增多的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)者可以在城市鐵軌的發(fā)電系統(tǒng)中安裝變頻調(diào)速機(jī)。由于電機(jī)的控制順序是不同的，能量的流經(jīng)路徑也不盡相同。調(diào)速系統(tǒng)會(huì)時(shí)刻進(jìn)行運(yùn)行情況監(jiān)督，將參數(shù)進(jìn)行收集和處理，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信號(hào)的變化。在對(duì)鐵路的牽引制動(dòng)中，變頻系統(tǒng)能夠?qū)?dòng)態(tài)化運(yùn)行中產(chǎn)生的干擾符號(hào)過濾出去，并根據(jù)功率予以分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)頻。由于地鐵車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)速度都是相同的，它的牽引方向與流經(jīng)區(qū)域也具有一定的規(guī)律。所以，設(shè)計(jì)人員可以選取一定的額定電壓，從三相異步電機(jī)的角度出發(fā)，將轉(zhuǎn)矩和功率因素控制在最小的空間內(nèi)，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。如果啟動(dòng)的效率較大，則說明能量的消耗量過大，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)回收管理的目的。另外，我們也可以利用工業(yè)C計(jì)算機(jī)，將傳感器作為連接紐帶，對(duì)電機(jī)輸送信號(hào)的程序進(jìn)行模擬，把控制動(dòng)電壓，將恒常流電方式改為充電方式，預(yù)制電容器中的阻力，利用功率分析儀進(jìn)行能量的回收[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，本文針對(duì)城鐵車輛的制動(dòng)阻力，對(duì)能量回收原理進(jìn)行了分析。從而得出：能力的回收主要由電流存儲(chǔ)單元、轉(zhuǎn)化模塊以及阻力加載控制系統(tǒng)、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)組成。通過這四種方式能夠?qū)崿F(xiàn)能量的變化，為車輛制動(dòng)能量回收的進(jìn)步奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]林輝.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車聯(lián)合制動(dòng)的模糊自整定PID控制方法研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[2]孫旭.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車復(fù)合制動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析及控制[D].吉林大學(xué)，2014.

[3]楊公可.重型卡車輪轂液驅(qū)系統(tǒng)制動(dòng)能量回收控制策略研究[D].吉林大學(xué)，2014.

[4]黃夢(mèng)陽.并聯(lián)式液壓混合動(dòng)力車輛制動(dòng)能量回收再生研究[D].西華大學(xué)，2015.