城市轨道交通车辆的供电牵引变电所大多每隔一个车站设置一个。而车辆的制动分为再生制动、电阻制动和机械制动3种情况。以上海轨道交通2号线为例,接触网额定电压为1 500 V,车辆最大运行速度为80 km/h,实际运行过程中制动初速度约为70 km/h。当列车进站前开始制动时,列车停止从接触网受电,电动机改为发电机工况,将列车运行的动能转换为电能,产生制动力,使列车减速。设接触网额定电压为U,当满足以下两个条件时,列车可以进行再生制动并向接触网反馈电能:一是接触网电压在1~1.2U(理论值,对应于上海轨道交通2号线为1 500~1 800 V)范围内;二是再生电能必须要由一定距离内的其他列车吸收。当车辆2距离车辆1足够近且接触网电压在1 500~1 800 V时,车辆2可以吸收车辆1所产生的反馈电能,从而使车辆1产生再生制动。当接触网电压过压、欠压或一定距离内无其他车辆吸收反馈能量时,通过车辆的牵引控制单元(TCU)切断向接触网反馈的电能,再生制动不能实现,此时列车会自动切断反馈电路,实施电阻制动。当列车速度小于8 km/h时,利用压缩空气作为动力源,对车辆实施机械制动,直至列车停止。在城市轨道交通车辆制动过程中,优先采用再生制动,当不能实施再生制动时采用电阻制动。再生制动和电阻制动统称为电制动,其制动能量具有回收价值。城市轨道车辆制动原理示意图如图4-29所示。
城市轨道交通车辆制动能量是否具有回收的可行性,需要对制动能量进行合理计算,并根据其大小确定制动能量是否具有实际回收价值。现以一列上海轨道交通2号线6节车辆编组为例(4节动车,2节拖车),设轨道车辆的制动初速度为70 km/h(1V),制动末速度为8 km/h(2V),M为车辆和载客质量,利用下式计算电制动能量:
根据中国目前一些城市轨道交通车辆的统计数据,车辆平均约每2 min制动一次,如果车辆每天的运行时间平均为16 h,则每天制动次数为480次,全年运行天数按照340天计算,每年制动次数为163 200次。
图4-29 城市轨道车辆制动原理示意图
有效回收城市轨道交通车辆的制动能量,不仅可以产生显著的经济效益,而且可以显著的改善环境,这就使最大化回收城市轨道交通车辆制动能量逐渐成为当今城市轨道交通节能技术的研究热点。
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