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城市轨道交通列车电制动地面电阻吸收装置相关参数分析
摘 要:在地面电阻吸收装置工作的有效区段内,根据列车的电制动特性和供电臂内列车状态的不同,合理地确定制动电阻的技术参数。采用多支路形式的电阻吸收装置,可方便控制电阻吸收装置并可靠吸收列车电制动功率。研究表明,地面电阻吸收装置的输出电流脉动与斩波器的导通比、各支路斩波器的开关滞后角有关。通过分析列车电制动时的最大再生功率与电阻吸收装置的电阻值、电制动时刻牵引供电系统的模型、列车电流、网压降之间的关系,导出了列车电制动时最大输出功率、地面电阻吸收装置的短时功率和持续(等效发热)功率等技术参数的计算方法。给出的计算方法可与现行的城市轨道交通牵引供电计算方法相结合,构成完整的牵引供电计算方法。
关键词:城市轨道交通;列车电制动;地面电阻吸收装置;参数分析;计算方法
在取消城市轨道交通列车车载制动电阻器、代之以设置地面电阻吸收装置后,地面电阻吸收装置就成为牵引供电系统的一部分。本文在分析列车电制动功率、列车电制动再生时刻牵引供电系统模型的基础上,提出了列车电阻制动地面电阻吸收装置的电阻值、短时功率、持续发热功率以及开关元件电流值等参数的计算方法和实现装置电流最小脉动的最佳控制方案。
1 列车电制动时的最大输出功率和电阻吸收装置的阻值
城市轨道交通运输中区间内典型的一列列车的运行曲线图如图1所示。基于文献[1],根据车辆生产厂商提供的制动曲线、电机转换效率和逆变器效率,在全电制动时可以得到列车电制动的最大输出电功率为
式中:Im,Um分别为电机在全部投入电制动时输出的最大电流(A)和最大电压值(V);η为逆变器效率,通常取0.98;q为牵引电机数,台;cosφ为电机功率因数。
2 列车再生制动时的牵引供电系统
基于文献[2]可以得到简化的1个供电区间内有n列列车实施电制动时的牵引供电系统模型(仅考虑单边供电),如图2所示。
假定列车的车型、编组相同,则Rs1=Rs2=…=Rsn=Rs。又因为各列车的位置是给定的,且牵引网电阻是均匀对称的,所以可根据Ri=Lir计算出电阻R1,R2,…,Rn的电阻值,其中Li为牵引网各点间的距离,r为牵引网单位长度电阻。
于是,对于图2所示模型,根据KCL定律可得牵引网各节点电流为
再生制动时的牵引供电网络与列车在牵引状态下的牵引供电网络相同,也是1个实时动态网络。因此,以上计算只是在t时刻扫描的网络状态。对于下一个(t+Δt)时刻扫描,首先应根据列车运行图及列车牵引计算资料,确定该扫描时刻的列车数量与位置,建立起新扫描时刻的牵引网等效网络图,然后再根据新等效网络图,依据以上方法建立新的矩阵方程,以此求解新扫描时刻的各项参数。如此循环往复,直至最后一个扫描时刻。
2·1 列车的再生制动电流
事实上,牵引供电网络各节点电流和电压都是随机变量。但是,在对n个扫描时刻的计算数据运用统计方法分析后,可以得到如图3所示的运行周期内列车电制动再生电流曲线。
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