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        論城鐵車輛制動能量回收原理分析

        2017-03-29 23:57:24劉志東
        中國科技縱橫 2017年3期
        關鍵詞:分析

        劉志東

        摘 要:隨著我國經濟水平的不斷提升,車輛的數(shù)量也在逐漸增加。交通擁擠已經成為了當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)勢在于能動性強、速度快、運輸量大以及節(jié)能環(huán)保。而它的弊端則主要體現(xiàn)在建設成本大上。因此,本文從城鐵車輛運行阻力特性出發(fā),對其制動能量回收原理進行分析。

        關鍵詞:城鐵車輛;制動能量;回收原理;分析

        中圖分類號:TM922 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2064(2017)03-0094-01

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

        1 城市軌道車輛運行阻力分析

        1.1 車輛牽引力分析

        車輛牽引力是城鐵車輛的重要制動體系之一,它主要以傳動技術為中心,借助裝置的外力作用進行運動的一種方式。由于城鐵車輛要附著在軌道之上,進行合理的運行。所以,它會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性。從受力分析的角度上來講,制約牽引力的條件有兩個:第一,以車輪為主的旋動力[1]。第二,以受力摩擦為主的機動力。二者的作用對象相同,但運行方式不同。從力學的角度來講,車輛會在運行中產生摩擦,并帶動電機的轉動。當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產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行運作。

        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相對復雜,自身重量的多少以及外部天氣變化都會使阻力增加或者減少。甚至當客流量過大時,也會起到制約城鐵車輛運行的作用?;咀枇κ侵杠囕喸谲壍篱g不斷的滑動,使軸承不斷摩擦,引起內部的振動效應。車輛在流經時也會使空氣的阻力變大,從而出現(xiàn)因時速增加而帶來的消耗[2]。

        2 城鐵車輛制動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用性非常強,它主要體現(xiàn)在以下幾個方面: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,將速度進行調控,在電流轉和的過程中制定標準化參數(shù)。阻力加載控制方法利用異步測功機,監(jiān)視車輛運行的環(huán)境,對信息進行整合,提高電機的磁感應,達到阻力控制以及能量回收的作用。另外,設計人員也可以安裝變頻機,采用異步交流的方式進行合理利用、及時升級。變頻器的優(yōu)勢非常明顯:第一,它能夠以電機的轉矩為主,在其啟動時進行電能控制,使直流電與交流電轉換時的振動性減少,從而保證城鐵車輛的穩(wěn)定性增加,阻力減少,以達到能量回收的作用。第二,在城鐵車輛運行時,時間的控制也是非常重要的。變頻機可以將開環(huán)或者是閉環(huán)的速度提升,達到時間的準確化響應,轉變磁通的吸引力與附著力,加強電力的持續(xù)供應性。另外,由于城市鐵軌的??空九_相對較多,對電力波動幅度的要求也比較大。因此,我們可以對車輪的運行軌跡進行不斷的模擬,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 牽引傳動控制原理

        牽引傳動控制原理與傳統(tǒng)的能量回收手段不同,它是對交流信號中產生的干擾進行規(guī)避的一種方式。我們都知道,在城市鐵軌車輛運行的過程中,會產生源源不斷的電能,并且能量會持續(xù)性轉換,從而出現(xiàn)消耗增多的現(xiàn)象。設計者可以在城市鐵軌的發(fā)電系統(tǒng)中安裝變頻調速機。由于電機的控制順序是不同的,能量的流經路徑也不盡相同。調速系統(tǒng)會時刻進行運行情況監(jiān)督,將參數(shù)進行收集和處理,實現(xiàn)動態(tài)信號的變化。在對鐵路的牽引制動中,變頻系統(tǒng)能夠將動態(tài)化運行中產生的干擾符號過濾出去,并根據(jù)功率予以分析,實現(xiàn)自動化調頻。由于地鐵車輛的轉動速度都是相同的,它的牽引方向與流經區(qū)域也具有一定的規(guī)律。所以,設計人員可以選取一定的額定電壓,從三相異步電機的角度出發(fā),將轉矩和功率因素控制在最小的空間內,在系統(tǒng)啟動時進行監(jiān)控。如果啟動的效率較大,則說明能量的消耗量過大,系統(tǒng)會進行自動化調節(jié),以實現(xiàn)回收管理的目的。另外,我們也可以利用工業(yè)C計算機,將傳感器作為連接紐帶,對電機輸送信號的程序進行模擬,把控制動電壓,將恒常流電方式改為充電方式,預制電容器中的阻力,利用功率分析儀進行能量的回收[4]。

        3 結語

        綜上所述,本文針對城鐵車輛的制動阻力,對能量回收原理進行了分析。從而得出:能力的回收主要由電流存儲單元、轉化模塊以及阻力加載控制系統(tǒng)、牽引傳動系統(tǒng)組成。通過這四種方式能夠實現(xiàn)能量的變化,為車輛制動能量回收的進步奠定良好基礎。

        參考文獻

        [1]林輝.輪轂電機驅動電動汽車聯(lián)合制動的模糊自整定PID控制方法研究[D].吉林大學,2013.

        [2]孫旭.輪轂電機驅動汽車復合制動動力學分析及控制[D].吉林大學,2014.

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

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

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