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CN108238029A - 高铁动车组的制动系统 - Google Patents

高铁动车组的制动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高铁动车组的制动系统，包括制动控制器、复合电制动控制执行装置和空气制动控制执行装置，制动控制器接收司机发出的制动级位指令、天气信息、列车的载荷信息和速度信息，进行制动力的计算和分配；复合电制动控制执行装置对制动方式包括再生制动和能耗制动进行选择和控制，通过具有制动功能的变流装置和电动机产生电制动力；该种高铁动车组的制动系统，优化高铁动车组的制动控制，实现电能回收利用、增加列车制动时的舒适性、最大限度减少了制动时间和制动距离以及便于基础制动装置的维护等多方面的积极效果，具有潜在的推广应用价值。

Description

高铁动车组的制动系统
技术领域
本发明涉及一种高铁动车组的制动系统。
背景技术
高铁动车组采用牵引电机作为动力，其制动系统采用电机电制动和空气制动构成的复合制动。制动控制单元根据制动级位、速度信息和载荷信息计算生成制动力，按照电机电制动优先的原则分配制动力，以减低制动基础装置中制动盘、闸片的磨损。
通常在中高车速主要采用电机电制动、空气制动作为补充；车速低于30km/h时，切除电机电制动，采用空气制动。在整个制动尤其是在电机电制动和空气制动低速时的切换过程中，尽可能做到总的制动力不变，列车的减速度变化平稳，以减小制动时的纵向冲击，使乘客舒适安全。
电机电制动通常采用能耗制动和再生制动。早期动车组的电机电制动采用的是能耗制动，新型的动车组采用的是再生制动。电机的两种制动各有其优势和不足之处。
能耗制动具有所需设备简单，并且随着车速的降低，电机的电动势下降，电制动力下降，容易做到电机电制动和空气制动之间的平稳切换。但是由于不能充分利用列车的动能，新型动车组中能耗制动让位于再生制动。
再生制动把列车的动能转化为电能，回馈到电网中，具有节能降耗的突出优势，列车的中高车速由于电机电动势高再生制动更容易实现。但是列车在低速时，由于电机的电动势下降，逆变回馈装置换相困难、电机制动转矩波动大，因此现有的电机再生制动的动车组在车速低于30km/h时，完全采用空气制动。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁动车组的制动系统，充分利用列车的动能、减少制动时间、增加制动的平稳性解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的技术解决方案是：
一种高铁动车组的制动系统，包括制动控制器、复合电制动控制执行装置和空气制动控制执行装置，
制动控制器，设于各个动车，接收司机发出的制动级位指令、天气信息、列车的载荷信息和速度信息，进行制动力的计算和分配；具体为：根据预先存贮的减速度-速度曲线以及黏着系数-速度曲线，计算所需的制动力和最大黏着力，并确保计算制动力小于最大黏着力，按照电制动优先的原则分配电制动力，只有在电制动力不足时才把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照比例配比把空气制动力分配给拖车和动车的制动装置；
复合电制动控制执行装置，对制动方式包括再生制动和能耗制动进行选择和控制，通过具有制动功能的变流装置和电动机产生电制动力；
空气制动控制执行装置，分别设于动车和拖车上，包括电控的气动装置和基础制动装置。
进一步地，复合电制动控制执行装置，包括制动控制单元、具有再生制动功能和能耗制动功能的变流装置、电机及其传动装置，制动控制单元接收列车速度信号和制动控制器输出的电制动力计算值，列车速度高于45km/h时启用电机的再生制动，并控制电机的电流输出相应制动力的转矩；列车速度低于45km/h时启用电机能耗制动，并控制电机的电流在切换前后制动转矩保持不变；随着列车速度的进一步降低，电机能耗制动转矩线性下降，由制动控制器控制空气制动控制执行装置产生的空气制动力增大，使总的制动力保持不变；当列车速度变为零时，电机能耗制动自动切除，由空气制动使列车在具体的位置停车。
进一步地，空气制动控制执行装置中，基础制动装置包括气动夹钳、闸片和制动盘，根据制动控制器发出的空气制动力指令，在气动装置中产生压力空气驱动基础制动装置的气动夹钳动作，安装于气动夹钳上的闸片与制动盘摩擦产生制动力。
进一步地，在电制动力不足时把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照70%的比例配比把空气制动力分配给拖车和动车。
进一步地，复合电制动控制执行装置设于动车的转向架上。
进一步地，复合电制动控制执行装置中，当电机工作于起牵引作用的电动机状态和再生制动状态时，接触器的触点KM位于位置1，晶闸管V11处于关断状态；当电机工作于能耗制动状态时，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通。
进一步地，在电动机状态，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900, 晶闸管V5~V10工作于三相逆变状态，电能由单相交流电源输送到电机；
在再生制动状态，晶闸管V5~V10工作于三相整流状态，晶闸管V1~V4工作于逆变状态，其控制角α>900，电机制动过程中产生的电能回馈到单相交流电源；
在能耗制动状态，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通，泄放平波电抗器中的磁能，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900，晶闸管V5~V10处于关断状态，晶闸管V1~V4整流获得的直流电通过限流电阻Rb输入电机绕组产生恒定磁场，电机制动过程中产生的电能消耗在内部的鼠笼绕组电阻上。
本发明的有益效果是：该种高铁动车组的制动系统，优化高铁动车组的制动控制，实现电能回收利用、增加列车制动时的舒适性、最大限度减少了制动时间和制动距离以及便于基础制动装置的维护等多方面的积极效果，具有潜在的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例高铁动车组的制动系统的说明示意图。
图2是本发明实施例中单相交流电源、具有再生制动和能耗制动功能的变流装置和电动机的电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种高铁动车组的制动系统，包括制动控制器、复合电制动控制执行装置和空气制动控制执行装置，如图1。
制动控制器，设于各个动车，接收司机发出的制动级位指令、天气信息、列车的载荷信息和速度信息，进行制动力的计算和分配；具体为：根据预先存贮的减速度-速度曲线以及黏着系数-速度曲线，由试验确定，计算所需的制动力和最大黏着力，并确保计算制动力小于最大黏着力，按照电制动优先的原则分配电制动力，只有在电制动力不足时才把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照比例配比把空气制动力分配给拖车和动车的制动装置。拖车的空气制动占比大，推荐值为70%，以减少列车制动时车厢之间的作用力，同时实现基础制动装置的等磨损便于维护。
复合电制动控制执行装置，对制动方式包括再生制动和能耗制动进行选择和控制，通过具有制动功能的变流装置和电机产生电制动力。
复合电制动控制执行装置位于动车的转向架上，包括制动控制单元、具有再生制动功能和能耗制动功能的变流装置、电机及其传动装置。制动控制单元接收列车速度信号和制动控制器输出的电制动力计算值，列车速度高于45km/h时启用电机的再生制动， 并控制电机的电流输出相应制动力的转矩；列车速度低于45km/h时启用电机能耗制动，并控制电机的电流在切换前后制动转矩保持不变；随着列车速度的进一步降低，电机能耗制动转矩线性下降，由制动控制器控制空气制动控制执行装置产生空气制动力增大，使总的制动力保持不变；当列车速度变为零时，电机能耗制动自动切除，由空气制动确保列车在一定位置的停车。
空气制动控制执行装置，分别设于动车和拖车上，空气制动控制执行装置包括电磁控制阀、制动管、制动缸等气动装置以及基础制动装置，基础制动装置又包括气动夹钳、闸片和制动盘，根据制动控制器发出的空气制动力指令，在气动装置中产生一定量的压力空气驱动气动夹钳动作，安装于气动夹钳上的闸片与制动盘摩擦产生制动力。
图2为电机复合电制动的主电路，图2中电机为动车中常用的三相感应电机，电源为单相交流电源，Ld为平波电抗器，Rb为能耗制动限流电阻。当电机工作于起牵引作用的电动机状态和再生制动状态时，接触器的触点KM位于位置1，晶闸管V11处于关断状态；当电机工作于能耗制动状态时，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通。
图2中，在电动机状态，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900, 晶闸管V5~V10工作于三相逆变状态，电能由单相交流电源输送到电机；在再生制动状态，晶闸管V5~V10工作于三相整流状态，晶闸管V1~V4工作于逆变状态，其控制角α>900，电机制动过程中产生的电能回馈到单相交流电源；在能耗制动状态，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通，泄放平波电抗器中的磁能，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900，晶闸管V5~V10处于关断状态，晶闸管V1~V4整流获得的直流电通过限流电阻Rb输入电机绕组产生恒定磁场，电机制动过程中产生的电能消耗在内部的鼠笼绕组电阻上。
实施例采用的电机复合电制动充分发挥了再生制动和能耗制动的优点并克服了各自的缺点。在列车中高速运行时采用再生制动，实现电能的回收利用，最大限度减少了制动时间和制动距离；而在低速时采用能耗制动，电制动力线性下降，容易实现电制动力和空气制动的平稳切换，增加列车制动时的舒适性。
实施例给出了电制动力和空气制动力以及拖车空气制动力和动车空气制动力的分配，最大限度地利用电制动力减少机械磨损，按照等机械磨损和最大限度地减少车厢之间的纵向作用力原则分配拖车空气制动力和动车空气制动力，便于基础制动装置的维护和列车制动的均衡舒适。

Claims (8)

1.一种高铁动车组的制动系统，其特征在于：包括制动控制器、复合电制动控制执行装置和空气制动控制执行装置，
制动控制器，设于各个动车，接收司机发出的制动级位指令、天气信息、列车的载荷信息和速度信息，进行制动力的计算和分配；具体为：根据预先存贮的减速度-速度曲线以及黏着系数-速度曲线，计算所需的制动力和最大黏着力，并确保计算制动力小于最大黏着力，按照电制动优先的原则分配电制动力，只有在电制动力不足时才把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照比例配比把空气制动力分配给拖车和动车的制动装置；
复合电制动控制执行装置，对制动方式包括再生制动和能耗制动进行选择和控制，通过具有制动功能的变流装置和电动机产生电制动力；
空气制动控制执行装置，分别设于动车和拖车上，包括电控的气动装置和基础制动装置。
2.如权利要求1所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：复合电制动控制执行装置，包括制动控制单元、具有再生制动和能耗制动功能的变流装置、、电机及其传动装置，制动控制单元接收列车速度信号和制动控制器输出的电制动力计算值，列车速度高于45km/h时启用电机的再生制动，并控制电机的电流输出相应制动力的转矩；列车速度低于45km/h时启用电机能耗制动，并控制电机的电流在切换前后制动转矩保持不变；随着列车速度的进一步降低，电机能耗制动转矩线性下降，由制动控制器控制空气制动控制执行装置产生的空气制动力增大，使电机能耗制动产生的制动力和空气制动力的总和保持不变；当列车速度变为零时，电机能耗制动自动切除，由空气制动使列车在具体的位置停车。
3.如权利要求1所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：空气制动控制执行装置中，基础制动装置包括气动夹钳、闸片和制动盘，根据制动控制器发出的空气制动力指令，在气动装置中产生压力空气驱动基础制动装置的气动夹钳动作，安装于气动夹钳上的闸片与制动盘摩擦产生制动力。
4.如权利要求1-3任一项所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：在电制动力不足时把剩余的计算制动力分配给空气制动，按照70%的比例配比把空气制动力分配给拖车和动车。
5.如权利要求1-3任一项所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：复合电制动控制执行装置设于动车的转向架上。
6.如权利要求1-3任一项所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：复合电制动控制执行装置中，具有再生制动和能耗制动功能的变流装置中的部分功能复用，通过控制晶闸管和接触器使电机工作在不同的状态。
7.如权利要求6所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：复合电制动控制执行装置中，当电机工作于起牵引作用的电动机状态和再生制动状态时，接触器的触点KM位于位置1，晶闸管V11处于关断状态；当电机工作于能耗制动状态时，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通。
8.如权利要求7所述的高铁动车组的制动系统，其特征在于：在电动机状态，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900，晶闸管V5~V10工作于三相逆变状态，电能由单相交流电源输送到电机；
在再生制动状态，晶闸管V5~V10工作于三相整流状态，晶闸管V1~V4工作于逆变状态，其控制角α>900，电机制动过程中产生的电能回馈到单相交流电源；
在能耗制动状态，接触器的触点KM位于位置2，晶闸管V11触发导通，泄放平波电抗器中的磁能，晶闸管V1~V4工作于可控整流，其控制角α<900，晶闸管V5~V10处于关断状态，晶闸管V1~V4整流获得的直流电通过限流电阻Rb输入电机绕组产生恒定磁场，电机制动过程中产生的电能消耗在内部的鼠笼绕组电阻上。
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