CN105196880B - 交直流混合励磁轨道涡流制动器 - Google Patents

交直流混合励磁轨道涡流制动器 Download PDF

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Abstract

交直流混合励磁轨道涡流制动器，涉及电机领域。本发明是为了解决目前直流励磁轨道涡流制动技术存在列车制动时，钢轨上的涡流产生大量的热，使钢轨的温度上升，因此其电导率和磁导率等参数都将发生变化，同时降低钢轨的寿命，另外，轨道涡流制动需要外加大容量励磁电源，制动时需要消耗电能，存在断电及电能不足时制动失效的危险，且低速时，制动力小，适用列车速度范围窄的问题。本发明所述励磁控制逆变器的交流输出端连接交流励磁涡流制动单元的控制绕组，励磁电容器组并在交流励磁涡流制动单元功率绕组输出端上，功率绕组输出端连多相整流器交流输入端，直流励磁涡流制动单元励磁绕组的两端接在多相整流器输出端上。它可用于高速列车的制动中。

Description

交直流混合励磁轨道涡流制动器
技术领域
本发明涉及交直流混合励磁轨道涡流制动器。属于电机领域。
背景技术
列车高速化涉及到列车的驱动和制动两个关键问题。其中高速列车的制动尤应给以足够的重视，高速列车制动的基本思路与目前常规速度下的列车制动一样，即消耗列车运动的动能，使列车减速或制停。由于高速列车的动能比普通列车大很多，而高速下轮轨间的粘着系数以及闸瓦与动轮之间的摩擦系数都大大降低，故高速列车必须采用新的制动体系。根据已有资料分析，高速列车的制动采用再生制动、涡流制动为主、摩擦制动为补充的联合制动***，是一种经济效益和技术性能较好的制动***。涡流制动有旋转涡流制动与轨道涡流制动两种形式。其中轨道涡流制动属于非粘着制动，其优点是当列车速度在80～400km/h范围内，制动特性平坦，制动力大。上述两种涡流制动形式均有一组电磁铁和具有相对运动的电磁感应体——钢轨，通过电磁感应，使列车的动能转化为钢轨中的涡流，并以热的形式向周围耗散掉，以此达到制动的目的。
图4为现有的直流励磁轨道涡流制动原理图。轨道涡流制动装置是在转向架两侧的车轮之间装设电磁铁，每组电磁铁长度约1200～2000mm；钢轨作电磁感应体，通入直流电流励磁的电磁铁的N、S极沿钢轨的延伸方向作交替配置。电磁铁的磁极数一般在4～20范围内选择。励磁电磁铁的磁极极面与钢轨面的垂直距离不小于6mm。
但是，目前直流励磁轨道涡流制动技术存在如下问题：列车制动时，钢轨上的涡流产生大量的热，使钢轨的温度上升，因此其电导率和磁导率等参数都将发生变化。涡流制动力与钢轨的电阻率和磁阻率有关，因此钢轨温升势必对涡流制动力造成影响。同时，温升也使钢轨的机械特性发生变化，使钢轨***，会降低钢轨的寿命。另外，轨道涡流制动需要外加大容量励磁电源，制动时需要消耗电能，存在断电及电能不足时制动失效的危险，且低速时，制动力小，适用列车速度范围窄。
发明内容
本发明是为了解决目前直流励磁轨道涡流制动技术存在列车制动时，钢轨上的涡流产生大量的热，使钢轨的温度上升，因此其电导率和磁导率等参数都将发生变化，同时降低钢轨的寿命，另外，轨道涡流制动需要外加大容量励磁电源，制动时需要消耗电能，存在断电及电能不足时制动失效的危险，且低速时，制动力小，适用列车速度范围窄，制动时需要外界提供能量，消耗了能量的问题。现提供交直流混合励磁轨道涡流制动器。
交直流混合励磁轨道涡流制动器，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器、多相整流器和励磁电容器组，
交流励磁涡流制动单元包括初级铁心、初级控制绕组和初级功率绕组，
在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放两套多相对称绕组，两套多相对称绕组分别为初级控制绕组和初级功率绕组，
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组，
励磁控制逆变器的交流输出端与交流励磁涡流制动单元的控制绕组输入端相连，励磁电容器组并联在交流励磁涡流制动单元的功率绕组输出端上，功率绕组的输出端与多相整流器的交流输入端相连，直流励磁涡流制动单元励磁绕组的两端接在多相整流器的直流输出端上。
交直流混合励磁轨道涡流制动器，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器和励磁电容器，
交流励磁涡流制动单元包括初级铁心和初级绕组，在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放一套环形多相对称初级绕组；
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组，励磁控制逆变器的交流输出端串入电感后与交流励磁涡流制动单元的初级绕组相连，励磁电容器组并联在交流励磁涡流制动单元的初级绕组输出端上，直流励磁涡流制动单元励磁绕组两端连接在励磁控制逆变器的直流母线上。
本发明的有益效果为：采用励磁电容器组可以提高逆变器输出侧功率因数，减小逆变器输出电流和损耗，降低逆变器的体积和重量；通过采用交直流混合励磁制动，减少了钢轨中产生的涡流损耗，降低了钢轨的温升，延长了钢轨的寿命；由交流励磁涡流制动单元的输出为直流励磁涡流制动单元提供励磁电能，既减小了励磁电源的容量以及制动电阻的体积、重量；又降低了制动***成本、提高了制动***的可靠性。
将直流励磁涡流制动单元初级和交流励磁涡流制动单元初级通过制动器支撑调整装置分别安装在车辆转向架的左右两侧，制动器支撑调整装置还可以升降直流励磁涡流制动单元初级和交流励磁涡流制动单元初级，以调整直流励磁涡流制动单元初级和交流励磁涡流制动单元初级与钢轨之间的间隙；将钢轨作为涡流制动单元次级，利用车载电源(蓄电池)或主供电电源给励磁控制逆变器及流励磁涡流制动单元和交流励磁涡流制动单元提供初始励磁能量，当直流励磁涡流制动单元初级和交流励磁涡流制动单元初级通入励磁电流后，会在初级与次级之间的气隙中产生行波磁场，行波磁场与钢轨相交链，会在钢轨中感应涡流，涡流与行波磁场相互作用，产生与列车行进方向相反的电磁制动力，该电磁制动力作用在涡流制动单元初级(列车)上，使列车减速。在列车减速的同时，列车的动能转化为涡流制动单元输出的电能及钢轨中的涡流损耗，输出的电能既可以消耗在涡流制动单元绕组电阻及并联的电阻器上，也可以储存到车载蓄电池中或回馈到主牵引电机逆变器的直流母线上。这样，既可以降低钢轨的温升，又不需要消耗车载电源的能量，同时，还可以通过调节逆变器输出电流的频率，扩展制动速度范围，或通过采用反接制动来实现低速及零速制动。当需要增加列车的牵引力时，还可以控制励磁逆变器，使涡流制动单元工作在电动状态。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器的结构示意图，
图2为具体实施方式一所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器的原理示意图，
图3为具体实施方式五所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器的原理示意图，
图4为现有直流励磁轨道涡流制动原理图，图中，附图标记A表示涡流，附图标记B表示钢轨，附图标记C表示电枢线圈，附图标记D表示制动片，附图标记E表示磁极。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器1、多相整流器5和励磁电容器组4，
交流励磁涡流制动单元包括初级铁心、初级控制绕组2-2和初级功率绕组2-3，
在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放两套多相对称绕组，两套多相对称绕组分别为初级控制绕组2-2和初级功率绕组2-3，
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组3-2，
励磁控制逆变器1的交流输出端与交流励磁涡流制动单元的控制绕组2-2输入端相连，励磁电容器组4并联在交流励磁涡流制动单元的功率绕组2-3输出端上，功率绕组2-3的输出端与多相整流器5的交流输入端相连，直流励磁涡流制动单元励磁绕组3-2的两端接在多相整流器5的直流输出端上。
本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器在实际应用时，固定在列车车厢底部的车辆转向架上，并且使得交流励磁涡流制动单元和直流励磁涡流制动单元分别位于两根钢轨的正上方，在工作原理上，本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器中的交流励磁涡流制动单元和直流励磁涡流制动单元均相当于初级，两根铁路钢轨2-1和3-1分别相当于与两个初级相对应的次级，交流励磁涡流制动单元与铁路钢轨2-1的距离形成气隙，直流励磁涡流制动单元与铁路钢轨3-1之间的距离形成气隙，该交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨相互作用完成制动功能。
根据实际需要，为了精确控制本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨2-1和3-1之间的距离，可以采用相应的制动器支撑调整装置调整来实现，即：精确调整交流励磁涡流制动单元与铁路钢轨2-1之间的距离或者直流励磁涡流制动单元与铁路钢轨3-1。
本实施方式中，每个车辆转向架的左右两侧与铁路钢轨相对应，交流励磁涡流制动单元初级安装的车辆转向架上安装一个交流励磁涡流制动单元，直流励磁涡流制动单元安装的车辆转向架上安装一个直流励磁涡流制动单元。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，多相整流器5为不可控整流器或可控整流器。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，功率绕组2-3的输出端并接能量吸收电阻器组。
具体实施方式四：参照图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器1和励磁电容器4，
交流励磁涡流制动单元2包括初级铁心和初级绕组2-4，在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放一套环形多相对称初级绕组；
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组3-2，励磁控制逆变器1的交流输出端串入电感6后与交流励磁涡流制动单元的初级绕组2-4相连，励磁电容器组4并联在交流励磁涡流制动单元的初级绕组2-4输出端上，直流励磁涡流制动单元励磁绕组3-2两端连接在励磁控制逆变器1的直流母线上。
本实施方式中，交流励磁涡流制动单元初级安装的车辆转向架上安装一个交流励磁涡流制动单元，直流励磁涡流制动单元安装的车辆转向架上安装一个直流励磁涡流制动单元。
本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器在实际应用时，固定在列车车厢底部的车辆转向架上，并且使得交流励磁涡流制动单元和直流励磁涡流制动单元分别位于两根钢轨的正上方，在工作原理上，本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器中的交流励磁涡流制动单元和直流励磁涡流制动单元均相当于初级，两根铁路钢轨2-1和3-1分别相当于与两个初级相对应的次级，交流励磁涡流制动单元与铁路钢轨2-1的距离形成气隙，直流励磁涡流制动单元与铁路钢轨3-1之间的距离形成气隙，该交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨相互作用完成制动功能。
根据实际需要，为了精确控制本实施方式所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨2-1和3-1之间的距离，可以采用相应的制动器支撑调整装置调整来实现，即：精确调整交流励磁涡流制动单元与铁路钢轨2-1之间的距离或者直流励磁涡流制动单元与铁路钢轨3-1。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，交流励磁涡流制动单元2的功率绕组为三相绕组或六相绕组。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式四所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，调节励磁控制逆变器输出电流的频率及相位，使交流励磁涡流制动单元工作在发电制动模式。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式四所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，交流励磁涡流制动单元1的绕组和直流励磁涡流制动单元2的绕组均为铝线绕组或者铜线绕组。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式四所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，直流励磁涡流制动单元为电励磁结构或者为电励磁与永磁体励磁的混合励磁结构。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式四所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，交流励磁涡流制动单元2输出的电功率大于等于直流励磁涡流制动单元3吸收的电功率。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式四所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器作进一步说明，本实施方式中，直流励磁涡流制动单元3励磁绕组的两端并联能量吸收电阻器。

Claims (10)

1.交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器(1)、多相整流器(5)和励磁电容器组(4)，
交流励磁涡流制动单元包括初级铁心、初级控制绕组(2-2)和初级功率绕组(2-3)，
在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放两套多相对称绕组，两套多相对称绕组分别为初级控制绕组(2-2)和初级功率绕组(2-3)，
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组(3-2)，
励磁控制逆变器(1)的交流输出端与交流励磁涡流制动单元的控制绕组(2-2)输入端相连，励磁电容器组(4)并联在交流励磁涡流制动单元的功率绕组(2-3)输出端上，功率绕组(2-3)的输出端与多相整流器(5)的交流输入端相连，直流励磁涡流制动单元励磁绕组(3-2)的两端接在多相整流器(5)的直流输出端上；
交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨相互作用完成制动功能；
由交流励磁涡流制动单元的输出为直流励磁涡流制动单元提供励磁电能。
2.根据权利要求1所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，多相整流器(5)为不可控整流器或可控整流器。
3.根据权利要求1所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，初级功率绕组(2-3)的输出端并接能量吸收电阻器组。
4.交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，它包括交流励磁涡流制动单元、直流励磁涡流制动单元、励磁控制逆变器(1)和励磁电容器组(4)，
交流励磁涡流制动单元包括初级铁心和初级绕组(2-4)，在初级铁心的面向气隙侧垂直于运动方向开槽，槽中嵌放一套环形多相对称初级绕组；
直流励磁涡流制动单元包括初级铁心和励磁绕组(3-2)，励磁控制逆变器(1)的交流输出端串入电感(6)后与交流励磁涡流制动单元的初级绕组(2-4)相连，励磁电容器组(4)并联在交流励磁涡流制动单元的初级绕组(2-4)输出端上，直流励磁涡流制动单元励磁绕组(3-2)两端连接在励磁控制逆变器(1)的直流母线上；
交直流混合励磁轨道涡流制动器与铁路钢轨相互作用完成制动功能；
由交流励磁涡流制动单元的输出为直流励磁涡流制动单元提供励磁电能。
5.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，交流励磁涡流制动单元的功率绕组为三相绕组或六相绕组。
6.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，调节励磁控制逆变器(1)输出电流的频率及相位，使交流励磁涡流制动单元工作在发电制动模式。
7.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，交流励磁涡流制动单元的绕组和直流励磁涡流制动单元的绕组均为铝线绕组或者铜线绕组。
8.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，直流励磁涡流制动单元为电励磁结构或者为电励磁与永磁体励磁的混合励磁结构。
9.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，交流励磁涡流制动单元输出的电功率大于等于直流励磁涡流制动单元吸收的电功率。
10.根据权利要求1或4所述的交直流混合励磁轨道涡流制动器，其特征在于，直流励磁涡流制动单元励磁绕组(3-2)的两端并联能量吸收电阻器。
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