新能源車輛制動系統(tǒng)方案范本

新能源車輛制動系統(tǒng)方案范本第?4章電制動?現(xiàn)在最多?采用的閘瓦?制動，但其?摩擦產(chǎn)生的?熱能在閘瓦?和車輪踏面?間積聚，溫?度急劇升高?，嚴(yán)重時高?溫可熔化閘?瓦或燒灼踏?面。同時，?閘瓦與車輪?踏面摩擦后?會產(chǎn)生粉塵?和熱量，對?環(huán)境有嚴(yán)重?的污染，而?且，頻繁和?過量的使用?摩擦制動，?將使閘瓦更?換頻繁，車?輛踏面的維?修大量增加?。為了減?少機械摩擦?的損耗，應(yīng)?盡量采用無?污染的制動?方式，目前?最好的方法?就是使用電?制動。由于?現(xiàn)代城市軌?道交通車輛?一般都是采?用電力牽引?的動車組，?采用直流或?交流電動機?牽引動力，?因此以電氣?制動作為主?要制動已成?為潮流。電?動車組中既?有動車又有?拖車，除了?拖車沒有電?動機只能使?用摩擦外，?所有動車都?可以動力制?動，并且還?可以承擔(dān)部?分拖車的制?動力。通?過轉(zhuǎn)換電路?和受電器將?電能反饋給?供電觸網(wǎng)，?提供本車輔?助電源或同?一電網(wǎng)中相?鄰運行列車?使用的方式?，叫再生制?動。如果?網(wǎng)壓太高，?不能接受反?饋電能，只?能通過列車?上的電阻器?發(fā)熱消耗，?轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?散發(fā)到大氣?中去，就叫?電阻制動。?一個安全?可靠的電制?動（動力制?動）系統(tǒng)應(yīng)?滿足以下基?本要求：?（1）應(yīng)具?有機械的穩(wěn)?定性。即電?制動時，如?果列車速度?增加，制動?力也應(yīng)隨之?增加。（?2）應(yīng)具有?電上的穩(wěn)定?性。電制動?時如果發(fā)生?瞬時電流波?動，系統(tǒng)能?自動恢復(fù)原?來的平衡狀?態(tài)。（3?）各臺電動?機的制動力?應(yīng)相等。?（4）制動?過程中無論?外界條件有?什么瞬時變?化，例如，?電網(wǎng)電壓波?動、黏著條?件變化以及?人為的調(diào)節(jié)?等，都不應(yīng)?產(chǎn)生大電流?的沖擊和制?動力的沖擊?。（5）?電氣制動電?路的設(shè)計力?求簡單。?4.2電阻?制動再生制?動失敗，列?車主電路會?自動切斷反?饋電路轉(zhuǎn)入?電阻制動電?路。這時由?列車運行動?能轉(zhuǎn)換成的?電能將全部?消耗在列車?上的電阻器?中，轉(zhuǎn)變?yōu)?熱能散發(fā)到?大氣中去。?因此，電阻?制動又稱為?能耗制動。?圖___?所示為一個?直流斬波控?制電阻制動?電路。斬波?控制器（g?to）按制?動控制指令?不斷改變導(dǎo)?通角，調(diào)節(jié)?制動電壓和?電流的大小?。電路中的?電阻（r7?～r9）也?根據(jù)制動電?流調(diào)節(jié)需要?，按照車速?的逐步減低?而逐級短接?，最后全部?切除。圖?4-1直流?制列車的直?流斬波控制?電阻制動電?路在常規(guī)?電阻制動中?，電動機的?電樞電流隨?著機車速度?的減小而減?小，機車輪?周制動力也?隨著機車的?速度變化而?變化。加饋?電阻制動就?是為提高機?車在低速運?行時的輪周?制動力，從?電網(wǎng)中吸收?電能，補足?到電動機的?電樞電流中?去，以獲得?理想的輪周?制動力。其?優(yōu)點一是加?寬了調(diào)速范?圍，最大制?動力可以延?伸至接近零?；二是能較?方便地實現(xiàn)?恒制動力控?制。目前大?部分電力機?車都采用這?種制動方式?。一般來?說，相控機?車上不另設(shè)?加饋電源，?而是使用牽?引時整流調(diào)?壓電路在制?動工況作為?加饋電源。?在加饋區(qū)?制動時，只?需調(diào)節(jié)半控?整流電路中?晶閘管的移?相角即可調(diào)?節(jié)加饋電源?輸出，及時?補足制動電?流，維持制?動電流不變?。從理論?上講，加饋?電阻制動可?以使機車制?停。而實際?上由于牽引?電動機整流?器不允許靜?止不動長時?問通過額定?電流，以防?止整流器過?熱而燒毀。?故機車速度?低于一定值?時，就切除?加饋制動，?改用空氣制?動制停機車?。但是直?流斬波控制?電阻制動電?路也有多種?，不完全相?同。___?地鐵dk型?列車的主電?路采用的是?直流斬波器?調(diào)阻和串接?直流電動機?方式，其動?力（電氣）?制動是純電?阻制動。它?的動力制動?調(diào)節(jié)方法與?___直流?制列車的直?流斬波控制?電阻制動電?路不同：斬?波器通過控?制導(dǎo)通角改?變制動電路?中某個制動?電阻的電阻?值，以此調(diào)?節(jié)制動電流?，使列車保?持制動力恒?定。這種制?動電路的缺?點是不能進?行再生制動?。交流制?列車電阻制?動的原理與?直流制列車?基本相同，?只是控制設(shè)?備不僅有直?流斬波器，?還有三相逆?變器；不僅?要調(diào)節(jié)制動?電流、電壓?，還要調(diào)節(jié)?頻率。其具?體方式請參?考本章有關(guān)?直—交電路?的再生制動?的內(nèi)容。?圖4-2制?動電阻箱結(jié)?構(gòu)圖一般?每個動車都?___有制?動電阻器箱?，里面裝有?足夠的制動?電阻（如圖?4-2）。?電阻材料一?般采用合金?帶鋼條，這?種合金帶鋼?條不僅具有?穩(wěn)定的電阻?率，而且具?有相當(dāng)大的?熱容性。電?阻帶分阻_?__在由電?磁瓶絕緣的?鐵架上，電?阻帶之間留?有很大的通?風(fēng)空間。為?了盡快將電?阻制動產(chǎn)生?的熱量散發(fā)?出去，制動?電阻器箱的?一端裝有大?功率的通風(fēng)?機。通風(fēng)機?轉(zhuǎn)速非常高?，排風(fēng)量很?大。強迫風(fēng)?冷可以使電?阻帶的溫度?迅速下降。?但是熱量會?散發(fā)到隧道?中，使隧道?中的溫度升?高，這對地?下車站的空?調(diào)環(huán)境很不?利，夏季極?大增加了通?風(fēng)和空調(diào)的?電費支出。?電阻制動會?造成車輛能?量和車站能?量的雙重浪?費。而且，?電阻帶產(chǎn)生?的高溫明火?會引起列車?其他設(shè)備或?者電纜的燃?燒，給列車?運行安全帶?來了潛在危?險。所以要?盡量減少電?阻制動，提?高再生制動?。4.3?再生制動?在各種形式?的制動中，?電氣制動是?一種較理想?的動力制動?方式，它是?建立在電動?機的工作可?逆性基礎(chǔ)上?的。在牽引?工況時，電?動機從接觸?網(wǎng)吸收電能?，將電能轉(zhuǎn)?換為機械能?，產(chǎn)生牽引?力，使列車?加速或在上?坡的線路上?以一定的速?度運行；在?制動工況時?，列車停止?從接觸網(wǎng)受?電，電動機?改為發(fā)電機?工況，將列?車運行的機?械能轉(zhuǎn)換為?電能，產(chǎn)生?制動力，使?列車減速或?在下坡線路?上以一定的?限速度運行?。車輛進?行電氣制動?時，首先應(yīng)?該是再生制?動，即向供?電網(wǎng)反饋電?能。如果觸?網(wǎng)電壓過高?或同一供電?區(qū)段無其他?車輛吸收反?饋能量，則?電路轉(zhuǎn)為電?阻制動，把?能量消耗在?電阻器上。?圖4-3?直流制列車?的再生制動?示意圖圖?___所示?為___地?鐵一號線直?流制列車的?再生制動示?意圖。該列?車主電路采?用直流斬波?器調(diào)壓和串?接直流電動?機方式。直?流斬波器調(diào)?壓和串接直?流電動機的?牽引方式將?在列車牽引?技術(shù)課程中?講述，這里?只介紹制動?工況。當(dāng)一?個直流斬波?器控制的“?兩串兩并”?四個電動機?的主電路由?牽引工況轉(zhuǎn)?換成電制動?t況時，原?先的各自電?樞和勵磁繞?組串聯(lián)的兩?個支路，現(xiàn)?在轉(zhuǎn)換成交?叉勵磁，也?就是電動機?自己的勵磁?繞組去激勵?另一支路的?電動機電樞?，而另一支?路電動機的?勵磁繞組來?激勵本機電?樞。采用這?種交叉勵磁?方法的目的?是提高電路?的電氣穩(wěn)定?性。雖然這?種交叉勵磁?電路看起來?具有他勵（?對每一組的?電樞繞組而?言）的性質(zhì)?，但由于電?動機型號和?參數(shù)相同，?實際上還是?具有串勵的?特性，因為?勵磁繞組與?電樞還是串?聯(lián)連接，只?不過不是同?一電動機的?罷了。在制?動回路中還?需接入一個?預(yù)勵磁電路?，因為當(dāng)回?路由牽引工?況轉(zhuǎn)為制動?工況時，原?先剩磁方向?必須改變，?為此必須對?電動機預(yù)先?他激勵磁，?以便使電動?機建立起發(fā)?電機工況的?初始電壓。?再生制動?電路工作時?，斬波器導(dǎo)?通，制動電?流流過各個?電動機電樞?、勵磁線圈?、平波電抗?器（1l3?）和制動電?阻，使電動?機建立起電?樞電勢，從?而使平波電?抗器也建立?起感應(yīng)電勢?；當(dāng)斬波器?關(guān)閉，電路?通過二極管?（v5）續(xù)?流，電樞電?勢與平波電?抗器上的感?應(yīng)電勢（此?時感應(yīng)電勢?的方向改變?）疊加，向?電網(wǎng)饋電。?如果這時網(wǎng)?上有負(fù)載（?如本列車的?輔助電源）?或其他列車?在附近，則?可以作為負(fù)?載吸收電能?，再生制動?成功；如果?電網(wǎng)不吸收?電能，網(wǎng)壓?太高，則再?生制動失敗?，由制動電?阻吸收電能?，轉(zhuǎn)為電阻?制動。在最?近的十幾年?，由于城市?軌道交通車?輛乘坐舒適?性的提高，?列車客室空?調(diào)消耗的能?量已極大增?加，客室內(nèi)?乘客服務(wù)設(shè)?施（如報站?顯示器、廣?告電視屏）?的耗能也日?漸增多，使?得列車輔助?電源用量大?為增加。因?此，再生制?動的能量被?本車輔助電?源消耗吸收?的比例已占?到___％?左右，而反?饋到電網(wǎng)上?可供其他列?車使用的能?量已經(jīng)很少?了。這樣一?來，再生制?動的節(jié)能效?果非常明顯?，而由制動?電阻消耗的?能量也相對?減少了。?從上述描述?中可以看到?，實施再生?制動必須滿?足以下兩個?條件：（?1）再生（?反饋）電壓?必須大于電?網(wǎng)電壓。?（2）再生?電能可由本?列車的輔助?電源吸收，?也可以由同?一電網(wǎng)的其?他列車吸收?，這一條件?不能由再生?制動車輛自?己創(chuàng)造，而?取決于外界?運行條件。?再生制動?電路建立后?，電動機接?通負(fù)載就會?有制動電流?，然后制動?電流產(chǎn)生制?動力使列車?減速。但列?車減速會使?電動機電樞?轉(zhuǎn)速下降，?引起電動機?的電樞電勢?下降，從而?使制動電流?和制動力下?降。制動電?流的下降還?會使平波電?抗器的感應(yīng)?電勢減小，?達不到再生?制動的第一?個條件。為?了保證恒定?的制動力矩?和足夠的反?饋電壓，在?上述的直流?制列車制動?時，直流斬?波器按列車?控制單元及?制動控制單?元的指令，?不斷調(diào)節(jié)斬?波器導(dǎo)通比?，無級、均?勻地控制制?動電流，使?制動力和再?生制動電壓?持續(xù)保持恒?定。當(dāng)車速?較高時，制?動電流較大?，再生制動?電路需串入?較大的電阻?，并且將斬?波器導(dǎo)通角?控制得較小?，以控制制?動電流不能?太大；當(dāng)車?速太低時，?制動電流較?小，再生制?動電路會在?調(diào)節(jié)過程中?逐級切除電?阻，并將斬?波器全導(dǎo)通?，以提高制?動電流并維?持反饋電壓?。在列車進?行再生制動?時，再生制?動產(chǎn)生的電?能有時并不?能完全反饋?給電網(wǎng)，這?時也需要將?部分電能消?耗在電阻器?上，以保持?制動恒定。?交流制列?車進行再生?制動時，主?電路連接方?式不需改變?，因為異步?電動機的旋?轉(zhuǎn)磁場。如?果落后于轉(zhuǎn)?子轉(zhuǎn)速，即?轉(zhuǎn)差率小于?0，三相異?步電動機工?況就改變?yōu)?三相交流發(fā)?電機工況。?在列車運行?過程中，如?果外力（如?下坡）使車?輪（也就是?電動機轉(zhuǎn)子?）加速，或?人為控制定?子頻率降低?，使轉(zhuǎn)子頻?率高于定子?頻率，即可?改變其牽引?狀態(tài)而處于?制動狀態(tài)。?制動時（圖?4-4，電?動機為三相?交流牽引電?動機），牽?引逆變器控?制旋轉(zhuǎn)磁場?，定子中的?感應(yīng)電流經(jīng)?續(xù)流二極管?（vdl～?vd6）的?整流向電容?（cd）及?直流電源側(cè)?反饋。這樣?，牽引逆變?器原來的輸?入端變?yōu)檩?出端，列車?的動能轉(zhuǎn)換?成了電能。?直流端輸出?的電能可以?被本車的輔?助電源吸收?或被相鄰的?列車牽引使?用，這就是?全部的再生?制動。圖?4-4交流?制列車的直?—交逆變電?路但是如?果反饋的電?能不能被吸?收，儲存在?三相逆變器?中間環(huán)節(jié)電?容（cd）?上的電能會?造成直流電?壓（ud）?急劇升高，?該電壓稱為?泵升電壓，?有可能瞬時?擊穿逆變器?元件。因此?，必須在電?容邊并聯(lián)一?個斬波調(diào)阻?電路（r7?和vt7）?，當(dāng)直流側(cè)?電壓高于_?__v時，?斬波器（v?t7）開通?，將再生制?動電流消耗?在電阻器（?r7）上，?這就變成電?阻制動了。?斬波器配合?牽引逆變器?，根據(jù)電動?機制動特性?限制和調(diào)節(jié)?制動電流，?使電動機保?持恒轉(zhuǎn)差率?和恒轉(zhuǎn)矩控?制模式。這?時動力制動?轉(zhuǎn)為部分電?阻制動或全?部電阻制動?。列車由?運動狀態(tài)逐?漸減速直至?停止的控制?大致經(jīng)歷三?個模式：即?恒轉(zhuǎn)差率控?制模式（恒?電壓、恒轉(zhuǎn)?差頻率）、?恒轉(zhuǎn)矩1（?恒轉(zhuǎn)矩1?、恒電壓）?模式和恒轉(zhuǎn)?矩2（恒轉(zhuǎn)?矩2、恒?磁通）模式?。1.恒?轉(zhuǎn)差率控制?模式在高?速時開始制?動，此時三?相逆變器電?壓保持恒定?最大值，轉(zhuǎn)?差頻率保持?恒定最大值?。隨著列車?速度的下降?，減小逆變?頻率。電動?機電流與逆?變頻率成反?比增加，制?動力與逆變?頻率的平方?成反比增加?。當(dāng)電動機?電流增大到?與恒轉(zhuǎn)矩相?符合的值時?，將進入恒?轉(zhuǎn)矩控制。?但當(dāng)電動機?電流增大到?逆變器的最?大允許值時?，則從電動?機電流增大?到該最大值?的時刻起保?持電動機電?流恒定，在?一個小區(qū)段?內(nèi)用控制轉(zhuǎn)?差頻率的方?法進行恒流?控制。在這?種情況下，?制動力將隨?逆變頻率成?反比增加。?2.恒轉(zhuǎn)?矩1模式?逆變器電壓?保持恒定最?大值，控制?轉(zhuǎn)差頻率與?逆變頻率的?平方成反比?，隨著速度?的下降，減?小逆變頻率?，則轉(zhuǎn)差頻?率變小至最?小值。電動?機電流與逆?變器頻率成?正比減小，?制動力保持?恒定。3?.恒轉(zhuǎn)矩2?模式轉(zhuǎn)差?頻率保持恒?定最小值，?此時電動機?電流亦保持?恒定。隨著?車輛速度的?下降，減小?逆變頻率。?同時采用p?wm控制減