論城鐵車輛制動能量回收原理分析

劉志東

摘 要：隨著我國經濟水平的不斷提升，車輛的數量也在逐漸增加。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，城鐵車輛出現并得以發展。它的優勢在于能動性強、速度快、運輸量大以及節能環保。而它的弊端則主要體現在建設成本大上。因此，本文從城鐵車輛運行阻力特性出發，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，將機械能變為電能進行傳遞，以防止熱量消耗的情況出現。傳統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數值后，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。基本阻力是指車輪在軌道間不斷的滑動，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，它主要體現在以下幾個方面：第一，從概念上來講，加載系統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。阻力加載控制方法利用異步測功機，監視車輛運行的環境，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。變頻機可以將開環或者是閉環的速度提升，達到時間的準確化響應，轉變磁通的吸引力與附著力，加強電力的持續供應性。另外，由于城市鐵軌的停靠站臺相對較多，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，將飛輪組的狀態予以優化，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，并且能量會持續性轉換，從而出現消耗增多的現象。設計者可以在城市鐵軌的發電系統中安裝變頻調速機。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。調速系統會時刻進行運行情況監督，將參數進行收集和處理，實現動態信號的變化。在對鐵路的牽引制動中，變頻系統能夠將動態化運行中產生的干擾符號過濾出去，并根據功率予以分析，實現自動化調頻。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域也具有一定的規律。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，將轉矩和功率因素控制在最小的空間內，在系統啟動時進行監控。如果啟動的效率較大，則說明能量的消耗量過大，系統會進行自動化調節，以實現回收管理的目的。另外，我們也可以利用工業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、牽引傳動系統組成。通過這四種方式能夠實現能量的變化，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制動能量回收控制策略研究[D].吉林大學，2014.

[4]黃夢陽.并聯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.