制动系统

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 轨道交通车辆工程专题L1 实验名称：可持续发展的城市公共交通体系调研报告 学院： 智能交通车辆调研报告

专业： 交通运输 班级： 一班

组号： 1 指导教师：

报告人： 学号：

实验时间： 2012 年 10 月

实验报告提交时间： 2012/11/15

智能交通车辆调研报告

-----轨道车辆制动装置

一、引言

随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。列车重要组成部分的制动装置，其作用是使列车减速，以致在规定的距离内使列车停车，保证列车行车安全和提高铁路通过能力。现代列车采用多种制动方式转移列车所积累的能量。在轨道车辆编组组成的列车总体结构中，制动装置包括制动控制系统和基础制动装置两大部分。制动控制系统包含司机室内制动控制装置和制动信号发生装置、贯穿全列车制动信号传递电线路、网络或气管路、车辆内或车底部的制动控制单元或空气分配阀组成等；基础制动装置主要指安装在转向架上的制动执行部件。制动系统作为城轨车辆的重要系统，直接涉及到车辆的运行性能和安全，影响乘客的乘坐舒适度。因此，车辆制动系统类型的选择、性能尤为重要。

二、轨道车辆制动概述

城市轨道交通车辆制动方式按动能的转移方式可以分为两类:一是摩擦制动方式，即动能通过摩擦副的摩擦转变为热能，然后消散于大气;二是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后将电能从车上转移出去。

若按照轨道交通车辆的制动控制模式可分为:空气制动、电制动以及电空配合制动。

城市轨道交通采用的摩擦制动即空气闸瓦制动，又被简称为空气制动，即以压缩空气为动力源，通过闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动力;而动力制动也即电制动，包括电阻制动和再生制动。电阻制动的原理是通过将牵引电机工作在发电状态，将车辆的动能转化为电能，再用电阻作负载将电能消耗掉。再生制动也是利用机电能量转换原理将动能转换掉，只是将制动中产生的电能反馈到直流供电电网中去加以利用，因此再生制动能够节约电能，属于比较理想的制动方式。除

了具有如今人们比较关注的节约能源特性以外，采用再生制动后可以减少空气制动的使用，减少闸瓦与车轮的磨损，这在长大坡制动场合特别有利，也是再生制动最初被提出的目的。电空配合制动是通过制动器和列车上的其它控制设备合理分配电制动和空气闸瓦制动的大小和比例，从而实现比较理想的制动力，对列车进行分级制动控制。

由于空气闸瓦制动通过机械磨擦产生制动力，与再生制动相比，加大了车辆的维修工作量、增加了运营成本，并且压缩空气的释放将产生大量粉尘，造成环境污染，影响乘坐的舒适性;电阻制动产生大量热量，使地铁隧道内的温度升高，同时也增加了站内空调通风装置的负担，并使城市轨道交通的建设费用和运行费用增加。因此，城市轨道交通车辆制动优先采用再生制动，然后是电阻制动，在电制动不能满足制动要求时，再增加空气制动。

四、再生制动能量吸收技术现状

目前再生制动能量的吸收主要分为耗散式、能馈式和储能式三种。

4.1耗散式再生制动能量吸收方式：是通过电阻消耗多余的再生制动能量，

在这种情况下的车辆的制动模式将从再生制动模式转化为辅以电阻制动的再生制动模式或者是单纯的电阻制动模式。

4.2能馈式再生制动能量吸收方式：是通过逆变装置将能量回馈至交流电网

供其它用电设备使用，可以节约机车制动电阻，减少地铁洞体温升并减少通风设备的能耗，是节约能源的一种再生制动能量吸收利用方式。

4.3储能式再生制动能量吸收方式：是采用储能器吸收多余的再生制动能量，

可以抑制直流电网电压的升高;并且储存的能量在车辆加速启动的时刻释放出来，可以给电网提供电压支撑，防止电网电压跌幅过大，同时吸收的能量得到了有效利用。由于对直流供电电网起到了电压支撑的作用，改善了直流电网的供电质量，提高了轨道交通车辆的牵引性能。另外在供电系统断电时，储能系统还可以提供能源备份，支撑系统应急运行一段时问。因此储能技术得到了广泛关注和研究。可用于吸收再生制动能量的储能技术主要有:电池储能、轮储能、超导储能和超级电容储能等。

4.3.1电池储能

德国柏林地铁20世纪90年代就采用了电池储能系统。

以电池储能的地铁供电系统如图所示，电池组通过双向晶闸管和阻值很小的电阻R1与直流供电电网相连，与晶闸管并联的电阻R2:阻值较大。当晶闸管未被触发时，电池与电网相当于断开;当车辆再生制动时，电网电压被抬高时，晶闸管被触发，电流流过电阻R1向电池充电;当电网负荷较大，电压跌落时，晶闸管亦被触发，电池通过电阻R向电网提供能量。

4.3.2飞轮储能

飞轮储能系统是指利用再生制动时，电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。在储存能量时能量时，飞轮的速度被加快，而释放能量时，飞轮的速度被减少。飞轮储能系统如图所示，通过DC/AC变频器与牵引供电系统连接。

飞轮工作时损耗相对较大，能量不能长时间储存，因此与电池储能相比，飞轮储能更适合在短时间大功率场合使用。

2002年在香港有缆电车系统中试用，据测量可以节约电能11%-18%。

4.3.3超导储能

超导磁储能采用超导材料制成线圈，利用其低损耗储存磁场能量，通过电力电了变流器与电力系统连接，构成既能快速储存能量能快速释放能量的快速响应器件，从而达到大容量储存电能、改善供电质量、提供系统稳定性等目的。超导储能系统如图所示，其中超导线圈被置于冷却容器中以保证超导条件。

其原理是将电能储存在线圈的磁场中，由于线圈是由超导材料制成，即保持在临界温度以下，即使发生变化，电路也不会发生衰减，储存的电能也不会被消耗。线圈卸载荷，可以将电流释放回电路去。

与其它储能系统相比，由于超导储能储存的是电磁能，没有转化为其它能量，

因此不需要能量转换过程，并且理论上可长期无损耗储存能量，其储存和释放过程中效率可达95%以上。超导储能启动通过电力电了变换器与电网和负载相连，响应速度只受变换器限制，可以快速释放能量。另外，超导储能装置调节容易，维护方便，并且无污染，是比较理想的储能装置，最适合短时大功率应用场合。但是，超导储能装置的单位体积储存的能量与飞轮储能和电池储能相比要低，因此通常与电池储能配合使用，可以满足高能量密度和高功率密度的要求，同时通过超导的快速响应减少池的充放电次数，从而可以延长电池的寿命。

4.3.4超级电容储能

采用超级电容吸收再生制动能量的城市轨道牵引供电系统如图所示。电容器的充放电不需要能量转换，直接以电势能的形式储存。超级电容器储能装置可以达到很高的功率密度。另外，由于超级电容器的电容值比较大，所以其能量密度也比较高。

电容储能可以快速吸收再生制动能量，降低轨道交通系统的能耗，改善直流电网供电质量,还可以持续提供一定时间的能量，从而使轨道交通车辆在缺少电网供电的情况下，能够应急运行到站台。

《微机控制直通电空制动系统控制模式分析》 蓝春红

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