淺析電阻制動(dòng)在地鐵牽引電機(jī)中的應(yīng)用

張志剛

摘 要：隨著城市經(jīng)濟(jì)水平的提高、城市居民生活節(jié)奏的加快，汽車已經(jīng)無法滿足人們的需求。為此，我國大力發(fā)展輕軌、地鐵等便民交通設(shè)施。特別是地鐵運(yùn)行速度較快，如何更好的安全制動(dòng)是業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)問題。本文從應(yīng)用制動(dòng)電阻的原因、制動(dòng)電阻的發(fā)展、制動(dòng)電阻在牽引電機(jī)中的作用機(jī)制和制動(dòng)電阻在牽引電機(jī)應(yīng)用中的電路保護(hù)四個(gè)方面進(jìn)行研究闡述。

關(guān)鍵詞：電阻制動(dòng)；地鐵牽引電機(jī)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U270.355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0055-01

目前，我國的汽車保有率極高，給城市的道路交通帶來巨大的壓力。此外，大量的汽車尾氣也對(duì)中國的環(huán)境和人民的身體健康造成了極大的危害。為了緩解這一狀況，國家開始大力發(fā)展地鐵、輕軌等基礎(chǔ)公共交通設(shè)施，在保證人們生活正常運(yùn)行的情況下盡可能的減少尾氣排放。當(dāng)?shù)罔F為城市建設(shè)發(fā)揮重要作用的同時(shí)，也應(yīng)該考慮到地鐵運(yùn)行的安全問題。選擇一種穩(wěn)定性好、可靠性高的制動(dòng)設(shè)備就成了當(dāng)前業(yè)內(nèi)研究的重要課題。

1 應(yīng)用制動(dòng)電阻的原因

地鐵與汽車等交通工具相比，運(yùn)行速度更高，因此地鐵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要充分考慮到如何平穩(wěn)、安全的實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。此外，地鐵的頻繁起停也增加了對(duì)制動(dòng)設(shè)備性能質(zhì)量的要求。現(xiàn)在使用的制動(dòng)設(shè)備是電阻制動(dòng)[1]。

目前，中國的地鐵和城際軌道保有量很高。早在本世紀(jì)第一個(gè)十年，北京的地鐵就已經(jīng)開始應(yīng)用這種節(jié)能的交流傳動(dòng)技術(shù)。電阻制動(dòng)可以使?fàn)恳娔艿脑偕侍岣撸_(dá)到近五成的重復(fù)利用率。此外，由于線路上運(yùn)行的地鐵密度高，因此在線路上因再生制動(dòng)而產(chǎn)生的能量無法被吸收，這些無法被吸收的能量積少成多造成供電網(wǎng)的電壓急劇上升。為了緩解這一隱患，地鐵車輛上會(huì)配置斬波器和制動(dòng)電阻，有效轉(zhuǎn)化剩余能量，將電能用過制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而，地鐵車輛可以運(yùn)用產(chǎn)生的電氣進(jìn)行制動(dòng)，避免使用摩擦制動(dòng)。

2 制動(dòng)電阻的發(fā)展

最初，地鐵車輛是使用電阻器變阻調(diào)速的。當(dāng)時(shí)的電氣制動(dòng)無法再生，只能利用起動(dòng)電阻實(shí)現(xiàn)列車制動(dòng)。但是這種電阻制動(dòng)在制動(dòng)的過程中功率很大，因此，這種電阻制動(dòng)的制動(dòng)效果深受功率影響，在功率不穩(wěn)定的情況下制動(dòng)效果也無法達(dá)到穩(wěn)定，存在一定的安全隱患。

隨著科技水平的不斷提高，電阻制動(dòng)技術(shù)也在不斷發(fā)展。我國積極學(xué)習(xí)引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)并自主研發(fā)，之前的電阻制動(dòng)技術(shù)得到了很大的改善。在原有電阻制動(dòng)的基礎(chǔ)上，配備了更加安全、穩(wěn)定的制動(dòng)電阻器。但是，當(dāng)前的地鐵車輛電阻制動(dòng)技術(shù)仍存在著一定的問題。從制動(dòng)電阻方面來說，制動(dòng)電阻雖然實(shí)際應(yīng)用比較方便，但是體積巨大，不利于放置且占據(jù)了很大的空間。而制動(dòng)電阻在洞內(nèi)散熱的特點(diǎn)會(huì)造成洞內(nèi)的溫度隨著時(shí)間的增長而不斷增高。諸如以上的種種弊端使得通過電阻制動(dòng)的方式制動(dòng)受到了很大的爭議。雖然現(xiàn)在的電阻制動(dòng)還不能做到非常完善，但是隨著我國科研工作者的不斷研究，很快會(huì)研制出更為科學(xué)的電阻制動(dòng)設(shè)備[2]。

3 制動(dòng)電阻在牽引電機(jī)中的作用機(jī)制

目前我國各大城市的地鐵行業(yè)發(fā)展迅速，民眾對(duì)地鐵的需求量大增。為了適應(yīng)民眾的需求地鐵增加了對(duì)開班次，使得列車之間的行車間距不斷縮短。這種改進(jìn)可以為列車運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)。

經(jīng)過各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和測算，可以總結(jié)出：使用了電阻制動(dòng)的地鐵節(jié)能效果顯著，再生回饋的電力接近五成，符合國家綠色發(fā)展的戰(zhàn)略。其次，雖然地鐵的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各個(gè)車站的平均距離、列車運(yùn)行班次的安排等多種原因會(huì)導(dǎo)致再生回饋電力的比例不同，但是總體趨勢是行車密度越高，電力再生率就越高。在同一行車區(qū)間之內(nèi)，制動(dòng)的列車恰巧碰上啟動(dòng)的列車時(shí)，再生效率是最高的[3]。雖然這種趨勢無法用數(shù)學(xué)正比模型進(jìn)行模擬，只是一種大概的趨勢。根據(jù)以上的各種研究可以發(fā)現(xiàn)，相較于無法改變的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各車站之間的平均距離等因素，合理的安排列車班次，保證合理的地鐵車輛運(yùn)行間距可以做到有效的提高電力資源的再生率。

4 制動(dòng)電阻在牽引電機(jī)應(yīng)用中的電路保護(hù)

地鐵電阻在制動(dòng)的過程中，還需要對(duì)其電路進(jìn)行必要的保護(hù)。地鐵電阻制動(dòng)的保護(hù)主要分為過載保護(hù)、過壓保護(hù)和接地保護(hù)三個(gè)方面。其中，過載保護(hù)是指運(yùn)用過流繼電器GJ；接地保護(hù)用接地繼電器DJ。在制動(dòng)回路出現(xiàn)電路故障時(shí)，可以與DJ接通成為一個(gè)閉合電路，進(jìn)而DJ會(huì)做出相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)阻斷制動(dòng)回路。過壓保護(hù)是指通過過壓繼電器對(duì)電機(jī)電樞電壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電壓值高出安全值范圍時(shí)，過壓繼電器開始工作，停止進(jìn)級(jí)控制回路的運(yùn)行并阻斷編組控制器。此外，制動(dòng)回路會(huì)形成較大的電阻來限制勵(lì)磁電流，當(dāng)電壓值重新降低到安全范圍之內(nèi)，進(jìn)級(jí)回路將重新閉合，重新進(jìn)級(jí)。

5 結(jié)語

地鐵車輛采用電阻制動(dòng)可以有效提高車輛在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，減少對(duì)環(huán)境的破壞，增加車輛的安全性。從節(jié)能方面來說，電阻制動(dòng)相比于再生自動(dòng)化來說環(huán)保性較低，但是只要選取合適的電阻，就可以保證在一定的程度內(nèi)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)安全的制動(dòng)。特別是在有限的地鐵空間環(huán)境下，站間距較短、較為頻繁的制動(dòng)不但可適用性極強(qiáng)，還能降低灰塵、噪音等污染，保持地鐵洞中良好的環(huán)境氛圍。綜上所述，地鐵電機(jī)中應(yīng)用電阻制動(dòng)較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1]陳靜.基于超級(jí)電容的地面式地鐵再生制動(dòng)能量回收技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2015.

[2]趙榮華.城市軌道交通地面電阻制動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型設(shè)計(jì)與研究[D].北京交通大學(xué)，2007.

[3]趙雷廷.地鐵牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵控制技術(shù)及性能優(yōu)化研究[D].北京交通大學(xué)，2014.