论城铁车辆制动能量回收原理分析

刘志东

摘 要：随着我国经济水平的不断提升，车辆的数量也在逐渐增加。交通拥挤已经成为了当前一种不可避免的現象。为了能够给人们的出行带来便利，使我们的日常生活不受影响，城铁车辆出现并得以发展。它的优势在于能动性强、速度快、运输量大以及节能环保。而它的弊端则主要体现在建设成本大上。因此，本文从城铁车辆运行阻力特性出发，对其制动能量回收原理进行分析。

关键词：城铁车辆；制动能量；回收原理；分析

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0094-01

目前，地铁车辆普遍采用的是电阻制动方式。这种方法的好处在于它能够进行能量之间的转换，将机械能变为电能进行传递，以防止热量消耗的情况出现。传统的城铁车辆制动过程中消耗了巨大的能量，使得资源浪费的现象极其明显。因此，如何能够更好的利用能量，进行回收工作成为了人们关注的重点。

1 城市轨道车辆运行阻力分析

1.1 车辆牵引力分析

车辆牵引力是城铁车辆的重要制动体系之一，它主要以传动技术为中心，借助装置的外力作用进行运动的一种方式。由于城铁车辆要附着在轨道之上，进行合理的运行。所以，它会反作用于车轮上的切线力。这样才能够极大程度上提升车辆的带动性。从受力分析的角度上来讲，制约牵引力的条件有两个：第一，以车轮为主的旋动力[1]。第二，以受力摩擦为主的机动力。二者的作用对象相同，但运行方式不同。从力学的角度来讲，车辆会在运行中产生摩擦，并带动电机的转动。当摩擦范围超过一定的参数数值后，车轮与钢轨之间就会产生作用力与反作用力。一般情况下，二者的数值是相同的。在互相抵消下使得城铁车辆进行运作。

1.2 车辆的基本阻力

城铁车辆的基本阻力是多样化的。它受多种因素的影响，并使得能量消耗变大。由于城铁车辆的建设相对复杂，自身重量的多少以及外部天气变化都会使阻力增加或者减少。甚至当客流量过大时，也会起到制约城铁车辆运行的作用。基本阻力是指车轮在轨道间不断的滑动，使轴承不断摩擦，引起内部的振动效应。车辆在流经时也会使空气的阻力变大，从而出现因时速增加而带来的消耗[2]。

2 城铁车辆制动能量回收的原理分析

2.1 阻力加载控制原理

阻力加载控制原理的应用性非常强，它主要体现在以下几个方面：第一，从概念上来讲，加载系统的控制方式是以模型的建立为主，将速度进行调控，在电流转和的过程中制定标准化参数。阻力加载控制方法利用异步测功机，监视车辆运行的环境，对信息进行整合，提高电机的磁感应，达到阻力控制以及能量回收的作用。另外，设计人员也可以安装变频机，采用异步交流的方式进行合理利用、及时升级。变频器的优势非常明显：第一，它能够以电机的转矩为主，在其启动时进行电能控制，使直流电与交流电转换时的振动性减少，从而保证城铁车辆的稳定性增加，阻力减少，以达到能量回收的作用。第二，在城铁车辆运行时，时间的控制也是非常重要的。变频机可以将开环或者是闭环的速度提升，达到时间的准确化响应，转变磁通的吸引力与附着力，加强电力的持续供应性。另外，由于城市铁轨的停靠站台相对较多，对电力波动幅度的要求也比较大。因此，我们可以对车轮的运行轨迹进行不断的模拟，将飞轮组的状态予以优化，通过组合的变换来控制牵引力给铁轨带来的巨大惯性，起到能量消耗较少的作用[3]。

2.2 牵引传动控制原理

牵引传动控制原理与传统的能量回收手段不同，它是对交流信号中产生的干扰进行规避的一种方式。我们都知道，在城市铁轨车辆运行的过程中，会产生源源不断的电能，并且能量会持续性转换，从而出现消耗增多的现象。设计者可以在城市铁轨的发电系统中安装变频调速机。由于电机的控制顺序是不同的，能量的流经路径也不尽相同。调速系统会时刻进行运行情况监督，将参数进行收集和处理，实现动态信号的变化。在对铁路的牵引制动中，变频系统能够将动态化运行中产生的干扰符号过滤出去，并根据功率予以分析，实现自动化调频。由于地铁车辆的转动速度都是相同的，它的牵引方向与流经区域也具有一定的规律。所以，设计人员可以选取一定的额定电压，从三相异步电机的角度出发，将转矩和功率因素控制在最小的空间内，在系统启动时进行监控。如果启动的效率较大，则说明能量的消耗量过大，系统会进行自动化调节，以实现回收管理的目的。另外，我们也可以利用工业C计算机，将传感器作为连接纽带，对电机输送信号的程序进行模拟，把控制动电压，将恒常流电方式改为充电方式，预制电容器中的阻力，利用功率分析仪进行能量的回收[4]。

3 结语

综上所述，本文针对城铁车辆的制动阻力，对能量回收原理进行了分析。从而得出：能力的回收主要由电流存储单元、转化模块以及阻力加载控制系统、牵引传动系统组成。通过这四种方式能够实现能量的变化，为车辆制动能量回收的进步奠定良好基础。

参考文献

[1]林辉.轮毂电机驱动电动汽车联合制动的模糊自整定PID控制方法研究[D].吉林大学，2013.

[2]孙旭.轮毂电机驱动汽车复合制动动力学分析及控制[D].吉林大学，2014.

[3]杨公可.重型卡车轮毂液驱系统制动能量回收控制策略研究[D].吉林大学，2014.

[4]黄梦阳.并联式液压混合动力车辆制动能量回收再生研究[D].西华大学，2015.