城市軌道交通再生制動能量回收系統(tǒng)研究畢業(yè)論文

1、華東理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 a城市軌道交通再生制動能量7收系統(tǒng)研究學專年學姓院 華東理工大學業(yè)電氣自動化級 2016號26140118名導師定稿日期：2016年11月12日摘要城市軌道交通作為一種運量大、速度快、污染少、舒適性好的交 通工具，很有力的緩解大中型城市乘車難、環(huán)境污染及交通擁堵等難 題。近年來我國著力發(fā)展城市輕軌和地鐵，本文主要以地鐵作為研宄 對象。城市軌道交通站間距離短、運行密度高，機車頻繁制動吋產(chǎn)生 相當可觀的再生能量，將產(chǎn)生的能量得以利用，不僅節(jié)約能源、保護 環(huán)境同時降低電壓利于機車安全運行。再生制動產(chǎn)生的能量得以利用 是本文研究的重點，提出逆變電阻混合型再生制動能量吸

2、收方案。本 課題以建立地鐵再生制動及能量吸收仿真平臺為目的，利用仿真軟件 建立機車運行制動模型及混合型能景吸收模型。首先，分析和總結(jié)幾 種城市軌道交通車輛制動方案的優(yōu)缺點，重點研宄饋能型再生制動方 案的基本原理及主要技術(shù)問題，提出逆變電阻混合型再生制動能量吸 收方案。然后基于電阻制動原理，結(jié)合逆變并網(wǎng)電阻制動方案進行建 模、仿真分析，并對再生制動產(chǎn)生功率及電流進行粗略的計算。關(guān)鍵詞：再生制動；逆變并網(wǎng)；電阻制動abstractas a large capacity, fast speed, less pollution and comfortable transportation, urban

3、 rail transit effectively alleviate the transportation pressure of the large and medium-sized city, environmental pollution and traffic congestion . in recent years, china began to develop the light rail transit and subway. the subway stations has shorter distance and locomotive has haig density run

4、ning. during locomotive frequently braking, it produced considerable regeneration energy. reasonable utilization of the regeneration energy not only save energy，protect environment but also reduce the regeneration energy not only save energy， protect environment but also reduce the voltage grade for

5、 the locomotives safety operation. this paper is the focus on utilization of the regeneration energy，and the inverter-resistance hybrid method is propose. this topic is purposed to build metreo regenerative braking and inverter-resistance hybrid energy absorption model by simulationsoftware.firstly,

6、 the urban rail transit power supply system has been introduced. several vehicle braking scheme has been summarized and analyzed for their advantages and disadvantages. the inverter-resistance hybrid of regenerative braking energy absorption solution has been purposed.secondly，combined with inver an

7、d resistance braking scheme, the model was built analyze and the power and current ofregenerative braking was computd.key word: regenerative braking; inverter; resistance brakem 1胃¥ i侖51.1城市軌道交通的發(fā)展21.2再生制動能量回饋的意義21.3本文的主要內(nèi)容3第2章再生制動能量吸收利用技術(shù)32. 1城市軌道交通供電系統(tǒng)42.2城市軌道交通再生制動能量吸收方案52.2. 1車輛制動方式52.2.2電阻

8、能耗型62.2.3電容儲能型72. 2. 4逆變回饋型82.2.5三種方案比較82.3逆變電阻混合型主從配合方案92.4本章小結(jié)10第3章混合逆變-電阻制動系統(tǒng)設(shè)計103.1逆變-電阻制動系統(tǒng)113.1.1逆變-電阻型控制策略113.1.2逆變-電阻型仿真分析123. 2制動工況仿真分析143. 3再生制動的能量計算173. 3.1機車制動特性及計算步驟173.4基于制動特性曲線的計算實例193.5本章小結(jié)22麵2223第1章緒論1.1城市軌道交通的發(fā)展隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市人口密集度和流動度口益增加， 現(xiàn)有的交通已經(jīng)不堪重負，交通不便己成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的一大 因素，同時造成大中城市

9、居民出行難坐車難的現(xiàn)象。機動車輛的增長, 導致交通更加擁堵，同時造成y大氣污染和噪聲污染。城市軌道交通 具存運量大、速度快、空間利用合理、污染少等特點，因此它受到 世界各國的青睞。大力發(fā)展城市軌道交通己成為各國解決城市交通擁 堵問題的重要手段。我國城市軌道交通發(fā)展比較滯后，近年來國家己充分認識到發(fā) 展城市軌道交通的重要性，各大省會城市均己修建地鐵或整改規(guī)劃地 鐵線，而特大城市已開始發(fā)展軌道交通的網(wǎng)絡化建設(shè)。北京、上海、 廣州、等城市己有多條軌道交通線路幵通運行。同時青島、昆明、蘭 州、濟南、合肥等城市已經(jīng)開展城軌交通的建設(shè)工作。至2016年， 國內(nèi)城軌線路將擁有89條，超過2500公里的運營里

10、程1。1.2再生制動能量回饋的意義城市軌道交通已得到大力發(fā)展，地鐵作為城市軌道交通的主要運 輸工具，相對干線電氣化鐵路而言，地鐵具有站間距離短、啟動制動 頻繁、運行速度變化相對較大等特點。一般交流傳動的地鐵車輛再生 制動反饋能量占牽引吸收能量的，此反饋比例與.乍輛的特性、線路特 征息息相關(guān)。地鐵機車制動過程中產(chǎn)生的能量會使牽引網(wǎng)電壓升高， 若不釆取任何吸收或消耗措施，將導致牽引網(wǎng)壓超過規(guī)定值，造成其 他供電設(shè)備的損壞。對地鐵再生電能進行回收再利用，有著重要的現(xiàn)實意義：首先，右助于提高電能的利用率，減少電能消耗；其次，穩(wěn) 定牽引網(wǎng)電壓，提高供電可靠性；第三，可以降低地鐵隨道洞體和車 站內(nèi)的溫升，

11、改善地鐵站內(nèi)空氣質(zhì)量；第四，合理配置再生能量 回收裝置還能減少車載設(shè)備，減少車輛自重，從而降低列車能耗并減 輕電網(wǎng)負擔，提高車輛行駛的安全性和使用的經(jīng)濟性從節(jié)約能源的角 度看，研宄能量的逆變并網(wǎng)十分必要。1.3本文的主要內(nèi)容本文主要研究內(nèi)容如下：(1) 分析和總結(jié)幾種城市軌道交通車輛制動方案的優(yōu)缺點，重點 討論饋能型再生制動方案的基本原理及主要技術(shù)問題，提出逆變電阻 混合型再生制動能量吸收方案。(2) 基于電阻制動原理，結(jié)合逆變并網(wǎng)電阻制動方案進行建模、 仿真分析，保證列車供電系統(tǒng)的安全可靠經(jīng)濟的運行，并將制動工況 的仿真分析與再生制動產(chǎn)生功率及電流進行粗略計算結(jié)果相比較。第2章再生制動能量吸

12、收利用技術(shù)2. 1城市軌道交通供電系統(tǒng)我國城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)電壓主要有dc750v、 dc1500v兩種電壓等級，牽引供電制式比較分析見表2-1。接觸網(wǎng)按 結(jié)構(gòu)分為架空式和接觸軌式，按懸掛方式可分為剛性、柔性接觸網(wǎng)。 結(jié)合牽引網(wǎng)的形式，牽引供電方式主要分為dc750v接觸軌系統(tǒng)、 dc1500v柔性架空牽引網(wǎng)系統(tǒng)、dc1500v剛性架空牽引網(wǎng)系統(tǒng)和 dc1500v接觸軌系統(tǒng)等四種基本形式?，F(xiàn)我國軌道交通供電系統(tǒng)多采 用dc1500v供電。表2-1牽引供電制式比較電壓等級特點適用范圍允許電壓波動范 圍dc750v供電可靠性高、壽命 氏、維修費用低。供 電距離短、牽引變電 所數(shù)量多、雜散

13、電流 大、運營電能損耗大適用于屮小運:w:軌道 交通系統(tǒng)500v-900vdc1500v供電距離長、牽引 變電所少、牽引網(wǎng) 電流小、雜散電流 小、利于車輛再-生 制動能量的吸收適用于中大運量、站間距長的軌道 交通系統(tǒng)1000v-1800v城市軌道交通供電系統(tǒng)，地鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2-1所示,主要由以下幾部分構(gòu)成：(1)主變電所為地鐵建設(shè)的專用變電所，只有采用集中式供電 方式吋才設(shè)置，專為地鐵牽引供電系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)供電。主變電所一般沿地鐵線路靠近車站的位置建設(shè)，以便于電纜線路的引入。(2)中壓網(wǎng)絡聯(lián)系主變電所、牽引變電所、降壓變電所的供電網(wǎng)絡，一般采用電纜線路、環(huán)網(wǎng)供電方式。(3) 牽引供

14、電系統(tǒng)專為電動車輛服務，包括牽引變電所、沿線 敷設(shè)的牽引網(wǎng)。(4) 供配電系統(tǒng)專為地鐵除電動車輛以外的所有動力照明負荷 供電，如車站和區(qū)間的動力、照明及其他為地鐵服務的自動化用電設(shè) 施，供配電系統(tǒng)包括降壓變電所、低壓配電系統(tǒng)2。1牽引供電糸統(tǒng)1供配電系統(tǒng)地鐵電_供 源電系統(tǒng)主變電所牽引變電所1牽引網(wǎng) -降壓變電所1動力照明接觸軌架空接 觸網(wǎng)走行軌圖2-1地鐵供電系統(tǒng)構(gòu)成框圖2.2城市軌道交通再生制動能量吸收方案2.2.1車輛制動方式隨著地鐵列車交流傳動技術(shù)的推進，車輛制動模式主要以電制動 為主和機械制動為輔，基本制動方案見表2-2。機械制動又稱空氣制動，通過間與車輪的摩擦，使其制動停止。電制動

15、主要指控制牽引電 機的轉(zhuǎn)速使其由電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)，使動能轉(zhuǎn)化為電能， 再通過其他方式消耗掉。若通過電阻消耗，則稱之為電阻制動。若通 過逆變裝置，送回牽引網(wǎng)或供配系統(tǒng)，則稱之為逆變回饋再生制動。 若通過電容，將其儲存起來，則稱之為電容儲能型再生制動。當機車制動時，牽引電機由電動機狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)，引起牽 引網(wǎng)電壓抬高，若不采取電能吸收或消耗措施，會使得網(wǎng)壓水平超出 電上限值，電壓過高給設(shè)備造成損害，可能引起故障從而造成系統(tǒng)癱 瘓。表2-2車輛的基本制動方案制動方式制動原理常用制動電制動為主，機械制動為輔緊急制動機械制動快速制動電制動為主，機械制動為輔停放制動彈簧施加，壓縮空氣緩解機械

16、制動控制計算機數(shù)字指令，模擬氣控制2.2.2電阻能耗型電阻耗能是利用大功率電阻將列車再生制動產(chǎn)生的能量消耗并 以熱量的形式消散于空氣中。電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要 采用多相斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動時直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的lii空比，達到改變電阻消耗功率 的目的，使直流電壓穩(wěn)定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)。該吸收裝置的電氣 系統(tǒng)主要由三部分組成：隔離控制部分、濾波和斬波器部分、吸收電 阻部分。電阻制動系統(tǒng)按安裝地點不同可分為車載式和地面式。不論是車 載式還是地面式，再生制動產(chǎn)生的能量都要以熱量的形式散耗。該裝 置國內(nèi)己有成熟產(chǎn)品，且己經(jīng)在開通運營的上海地鐵8號

17、線、廣州地 鐵5號線、北京機場線應用。2.2.3電容儲能型常見的儲能型再生制動系統(tǒng)有三種：飛輪儲能、電池儲能及超級 電容儲能。飛輪儲能是將能量存儲在電動機轉(zhuǎn)子中，當需要能量時，電動機 變發(fā)電機狀態(tài)釋放能量。飛輪儲能其儲能密度較高、易于安裝，但長 期高速旋轉(zhuǎn)使機械摩損嚴熏、壽命縮短。電池儲能是將再生制動的電能存儲在電池中，但其使用材料為化 學原料，其使用壽命有限、價格較高、儲能能力有限及對環(huán)境造成污 染等。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，超級電容技術(shù)日益成熟，超級電容器 具備儲能密度高、充放電速度快，但重量較大、成本較高等特點。超 級電容組通過雙向變換器與牽引供電立流電網(wǎng)相連，超級電容組是由多個電容器單

18、體通過串并聯(lián)方式組成3。2. 2. 4逆變回饋型逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大 功率晶鬧管三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的直流母 線相聯(lián)，將再生制動能量通過逆變裝置逆變?yōu)榕c系統(tǒng)等電壓、同相位 的交流電源，供地鐵中的其他系統(tǒng)負荷使用。目前，逆變回饋型分為 回饋至中壓環(huán)網(wǎng)35kv側(cè)和回饋至負載0. 4kv側(cè)。逆變回饋至0. 4kv 的技術(shù)和產(chǎn)品目前國內(nèi)有研究機構(gòu)正在進行研宄，且有試驗裝置正在 進行掛網(wǎng)試驗。逆變回饋裝置的技術(shù)和產(chǎn)品成熟，在國外己經(jīng)有在線 運營的工程實例。h前比較成熟的產(chǎn)品供貨商主要右西門子、abb、 曰立等。2.2.5三種方案比較電阻耗能裝置，

19、優(yōu)點是控制方法簡單、使用壽命長、價格相對較 低、穩(wěn)定可靠、技術(shù)經(jīng)驗成熟等。其缺點是浪費能源、熱污染、能量 綜合使用率低、增加通風設(shè)備供電負擔。超級電容儲能裝置，優(yōu)點是充放電速度快、容量大、環(huán)保性強、 起到節(jié)約能量的效果。缺點是控制方法復雜、價格較貴、重量大、體 積大、不利于在車輛上或變電所上安裝、國內(nèi)技術(shù)不夠成熟、產(chǎn)品的 可靠性和可維護性不夠。逆變回饋裝置，優(yōu)點是節(jié)能效果好、環(huán)保性強、減少制動電阻容量、不需要額外的儲能器件直接回饋至電網(wǎng)。缺點是價格較貴、控制 較復雜。在歐洲、口本均有成功的應用，但造價相對較高，對系統(tǒng)有 一定的諧波影響，但可通過選擇合適的濾波器，可以合理抑制諧波水 平。目前，業(yè)

20、界普遍認為逆變回饋型再生制動能量吸收裝置是該類技 術(shù)的發(fā)展方向，國內(nèi)比較有實力的公司和研宄機構(gòu)，如株洲時代、許 繼電氣等都在進行產(chǎn)品研發(fā)。三種再生制動方式的簡單綜合指標比較 見表2-3。表2-3再生制動技術(shù)比較 電阻耗能型電容儲能型逆變回饋型能否滿足地鐵再 生能量負荷特性 節(jié)能效果 對系統(tǒng)影響差無s聯(lián) 量并好 能套較無需要多能量吸收方向 國產(chǎn)化工程應用經(jīng)驗無能量冋饋可以比較多使用壽命 環(huán)境影響 成本年高 20大較直流電網(wǎng) 需要進門 國內(nèi)比較罕見10年小高能夠較好逆變至35kv側(cè)會 產(chǎn)生一定諧波影 響交流電網(wǎng) 能夠國產(chǎn)0. 4kv逆變裝置在 天津地鐵試運行 10年以上 小高2.3逆變電阻混合型主

21、從配合方案基于電阻制動和逆變回饋制動的優(yōu)缺點，本文采用逆變-電阻混合 型再生制動方案。采用此方案的優(yōu)勢：第一、對比純逆變裝置，減小 了裝置容量，從而提高了經(jīng)濟性。第二、加入電阻制動作為后備吸收 裝置，提高了系統(tǒng)可靠性。第三、發(fā)揮節(jié)約能源的作用。當?shù)罔F處于再生制動運行狀態(tài)時，牽引網(wǎng)電壓升高，混合型能量吸收裝置設(shè)置兩個啟動值，當電壓升高到1650v時，啟動逆變回饋裝 置，將吸收的電能轉(zhuǎn)換成380v三相交流給地鐵站用電的動力照明系 統(tǒng)供電，牽引網(wǎng)電壓降低維持在電壓允許的范圍內(nèi)。當?shù)罔F行車密度 較小時，同一時間段內(nèi)制動產(chǎn)生的能量較多，超過了逆變回饋裝置或 逆變能景消耗端可以消化的能量，雖然啟動y逆變回

22、饋裝置，但電壓 依舊在升高，如果網(wǎng)升高至1750v時，啟動制動電阻，吸收逆變回饋 裝置飽和后多余的能量，從而保證了，牽引網(wǎng)的安全運行。當電壓小 于1750v時，先退出電阻制動裝置，若電壓又繼續(xù)降低至1650v時， 逆變回饋裝置退出。電阻制動不僅起到二次吸收能量的作用，同時為 保證牽引網(wǎng)的可靠運行，若逆變回饋裝置故障，電阻制動作為后備吸 收裝置將啟動，以穩(wěn)定網(wǎng)壓。2.4本章小結(jié)本章首先簡介紹城市軌道交通的交通制式及地鐵供電系統(tǒng)。針 對再生制動能量利用吸收的方案的優(yōu)劣性進行比較分析，提出逆變電 阻混合型制動方案。第3章混合逆變-電阻制動系統(tǒng)設(shè)計3.1逆變-電阻制動系統(tǒng)3.1.1逆變-電阻型控制策略

23、圖5-1為逆變-電阻混合型制動系統(tǒng)控制策略，本文第2. 3節(jié)己提 到逆變電阻制動系統(tǒng)的主從配合方案。車輛制動丄能量吸收結(jié)束，牽引網(wǎng)壓監(jiān)測圖3-1為逆變-電阻混合型制動系統(tǒng)控制策略當車輛制動時，電壓監(jiān)測設(shè)備檢測牽引網(wǎng)電壓高于1650v時，啟動逆變裝置，并入0.4kv電網(wǎng)系統(tǒng)中，電能得以吸收電壓下降。若制動 能量較大，超過逆變裝置吸收容量，電壓會繼續(xù)升高。當牽引網(wǎng)電壓 升高到1750v時，啟動電阻吸收裝置，吸收多余的能量。當多余的能 量被吸收后，電壓回落判別是否低于1750v，若低于則退出電阻制動 裝置。當電壓再次降落低至1650v時，退出逆變并網(wǎng)裝置。同時，當 檢測逆變裝置設(shè)備發(fā)生故障時，電阻制

24、動作為后備吸收裝置啟動，吸 收再生制動產(chǎn)生的電能，以保證牽引網(wǎng)電壓水平的穩(wěn)定。3.1.2逆變-電阻型仿真分析多輛機車同時制動時，產(chǎn)生較多的電能，僅使用逆變裝置吸收能景其吸收容量有限，啟動逆變-電阻混合型裝置電壓變化圖如圖5-2從圖中可看出在2. 53s附近電壓超過1650v啟動逆變裝置，經(jīng)裝 置并入電網(wǎng)中，但逆變裝置容量有限，電壓繼續(xù)升高，2. 95s時升高 至1750v，啟動電阻裝置，經(jīng)斬波器調(diào)整，電壓開始下降。加入混合 型吸收裝置牽引網(wǎng)電流波形圖如圖3-3所示，其中2. 5s-3. 5s為制動階段。3-3啟動逆變-電阻混合型制動牽引網(wǎng)電流波形0.51.54 2 0-2(mn)d<ss

25、:l£i«-時間t（s）2.53時間t(s)354圖（1）牽引、惰行、制動時功率變換1 o.1-2-3-4-5圖（2）混合型制動方案的功率波形圖 圖（1）、圖（2）為混合型制動牽引網(wǎng)功率變化波形圖，從圖中分析可知2.5s時啟動逆變裝置吸收電能，使得牽引網(wǎng)功率減小；3s 時啟動制動電阻裝置吸收電能，牽引網(wǎng)功率進一步減小；3.5s以后 機車停止。3.2制動工況仿真分析實際中機車啟動、惰行、制動過程需經(jīng)歷十幾分鐘，由于仿真軟 件計算容量及速度存限，在關(guān)注本文研究的秉點前提下，為方便仿真 計算，不妨假定啟動、惰行、制動過程時間為4s設(shè)定轉(zhuǎn)子磁通初始 給定值為0.95wb，機車從0.

26、5s開始加速進入牽引階段，1.5s加至最 大行車速度80km/h電機角速度為150rad/s，之后進入惰性階段，2. 5s 后開始減速進入制動階段，3. 5s車輛停止，圖3-4為電機轉(zhuǎn)速波形。 圖3-5為定子電機三相電流波形，0-0. 5s時電機處于未運行階段， 故電流波形是非正弦的；0.5s-2.5s為機車的牽引階段，0.5s機車幵 始加速電機加速旋轉(zhuǎn)經(jīng)過幾個周期控制調(diào)整，電機輸出較為穩(wěn)定的電 流波形，可看出矢量控制性能較好；2.5s-3.5s為機車制動階段，由 于此階段電機由電動機狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)，電機在降速的過程中發(fā) 生反轉(zhuǎn)，電流相位及幅值都會改變，由圖中也可觀察到。由于采用的 變頻調(diào)

27、速，所以電流波形的周期會發(fā)生變化。1601401201008060402000.511.522.533.54t(s)(s/p2) 3趙街狂+恕圖3-4電機轉(zhuǎn)速波形2 2 11 1-1iiiiiiiiii|1111iii00.511.522533.54時間t (s>圖3-5定子電機三相電流波形圖3-6為轉(zhuǎn)矩波形，可看出當機車處于制動狀態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)?負值，說明電機運行狀態(tài)己發(fā)生改變。圖3-7牽引網(wǎng)功率波形圖3-7為直流牽引網(wǎng)功率波形圖，從圖中可明顯看出0.5s-1.5s 為機車牽引階段向牽引網(wǎng)取流；1.5s-2.5s為惰行階段，依靠慣性行 駛從牽引網(wǎng)中取流為0; 2.5s-3s階段為電

28、機產(chǎn)生電能向牽引網(wǎng)輸送 電能。00.511.522533.54時間t圖3-8牽引網(wǎng)電壓波形(voplthtllr圖3-9牽引網(wǎng)電流波形圖3-8和3-9分別為牽引網(wǎng)電壓、電流波形，由于機車0-0. 5s處于未運轉(zhuǎn)階段，此時整流變電站空載運行，據(jù)分析可知整流變壓器 空載電壓為1663v，由于線路上有其他電阻的消耗，從圖中可看出牽 引網(wǎng)電壓為接近1600v，與理論分析基木對應；在0.5s-1.5s階段， 機車處于牽引狀態(tài)，牽引電機從電網(wǎng)中汲取電能，電壓降低；1. 5s-2. 5s為惰行階段，電壓升高恢復至1620v;在2. 5s_3. 5s的制動階段，此時電機要開始向牽引網(wǎng)輸送電能，右時會超過電壓規(guī)

29、定范 圍乃至達到1800v,此時需要電能吸收裝置的加入，以穩(wěn)定電壓吸收 電能。3.3再生制動的能量計算3. 3.1機車制動特性及計算步驟機車在運行中受到較多的阻力，其中包括機械摩擦、空氣摩擦以 及附加阻力等，其中附加阻力的產(chǎn)生與坡道、曲線和隧道有關(guān)。由于 阻力與很多方面相關(guān)，這里只考慮基本阻力的情況，即平直道上運行 時受到的阻力。機車的基本阻力主要由滑動助力、軸承助力、滾動助 力、振動助力及空氣助力等+5，簡化基本阻力的計算方法，機車的 基本阻力可以擬合為：尸=(a+bv+cv2) g(a)(3-1)式中a、b、c是與車輛類型有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù) m一機7t的乍輛總重(t)v 機車運行速度(km/h

30、)計箅再生制動功率及電流方法如下：(1) 根據(jù)廠家提供的車輛數(shù)據(jù)，求得制動力曲線。（2）根據(jù)制動力曲線中的自然特性區(qū)段、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)段得出各區(qū)段 制動吋間，以計算機車輪緣邊的總機械能和制動時間內(nèi)總輸入機械功 率。（3）根據(jù)得到的機械功率和提供的齒輪轉(zhuǎn)化率，可得到車輛電機 輸出有功功率值，進而求出逆變器功率，最后可求出送入牽引網(wǎng)的電 功率和制動電流。以上海地鐵某線為例，列車采用a型車，初期、近期、遠期均采用6 輛編組，采用4動2拖編組。其主要技術(shù)參數(shù)如下：1）構(gòu)造速度：90km/h2）最大運行速度：80 km/h3）列車在aw2 （定員）載荷，車輪半磨耗，標稱電壓水平直線上的 牽引性能入下：0 36

31、km/h的平均啟動加速度彡1.0m/s20 -> 80km/h的平均加速度彡0. 6m/s24）列車在空載（aw0）、有座（aw1）、定員（aw2）、極限載重載荷 （aw3）,水平直線上的制動性能如下：常用制動列車巾80km/h->0的平均減速度彡1.0m/s2 緊急制動列車由80km/h->0的平均減速度彡1. 3m/s2停放制動能使aw2載荷的列車在線路的最大坡道上制動停車5）電機效率nl:0.93 電機功率因數(shù)cos：0.856）逆變器效率r（2：0.98齒輪傳動效率r|3:0.9757）列車基本阻力：2. 736+0. 000438v2 （n/kn）8) 列車定員總重

32、m: 326. 6t9) 供電電壓：dc150010) 列車輔助用電功率s: 450kva/train3.4基于制動特性曲線的計算實例根據(jù)以上計算再生制動功率和電流的方法，假設(shè)機車定員情況 下，機車制動時最大電制動力下的輪軌粘著系數(shù)取15%o第一步：計算制動性能特性曲線，最大電制動力fi時的速度為 vi則：匕=剛二0. 15x326. 6二48. 99 (kn)設(shè)定在機車運行速度最高時，其電制動力為相同速度時的牽引 力的2倍。最大速度v2=80km/h的牽引力為7. 58 kn，則最大速度的 制動力為：f2=2 x 7. 58=15. 16 (kn)自然特性區(qū)段滿足：fi vi2= f2 v2

33、2vi=am v2=j- x80=44. 5 (km/h)vf1 v 48.99為完成制動力特性曲線的繪制，在自然特性區(qū)段vf44. 5km/h和 最大速度v2=80km/h之間任意取一值v3=65km/h,根據(jù)自然區(qū)段滿足：f3 v32= f2 v22f3二 f2 ( ) 2二22. 96 (kn)v3根據(jù)以上求得的制動速度和制動力，可繪制制動力曲線如圖3-10所示。當機車速度減為小于5km/h時，制動力迅速減小，補入空氣制圖 3-10第二步：計算制動時間和制動時產(chǎn)生的機械能 假設(shè)自然特性區(qū)段和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)段的減速度為a=-lm/s2。速度vi=12. 36 m/s (44. 5km/h ) ,

34、 v2=22. 22m/s ( 80km/h ) , v4=l. 39m/s(5km/h)可求自然特性區(qū)域和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域制動時問t，、t2。6= l= 222 -1236 =9.86a1t2: xu 12.36-139 二 10.97a1機車總制動時間為：t= ti+tz二 20. 83自然特性區(qū)段中(12. 36m/s至22. 22m/s)產(chǎn)生的機械能和功率:c】二 f2v22二 15. 16 x 22. 22z二7484. 92 (knw)civ?2 ln翌=4390.11(m a v3-122.22pf-7484,92 =605.58 (kw)12.36恒轉(zhuǎn)矩區(qū)段中(1.39m/s至15.88m/s)產(chǎn)生機械能和功率：c2= fi=48. 99(kn)w2= (v?- vi2) =22. (1.392- 12. 362) =5154. 18(7)2a- 2p2= c2 vi=48. 99x12. 36=605. 52