基于阻力加载系统的城市轨道车辆制动能量回收方法研究

摘要

随着全球经济的发展，城市交通拥堵状况越来越严峻，这不仅给各国政府相关部门带来很大的压力，最重要的问题是严重影响了人们的日常生活和工作。由于轨道车辆具有运输量大、行车速度快、站间距离短、污染排放小等优点，世界上很多大城市都开始建设轨道交通来缓解交通压力，因此近年来城市轨道交通行业发展非常迅速。然而，目前轨道车辆普遍采用电阻制动方式，在制动时异步电机将机械能转换为电能传送给制动电阻并以热能的形式消耗掉，从而导致了大量的能量被浪费。因此如何合理、有效、经济地利用这部分再生能量已经成为轨道交通研究领域的热点课题,相应的城市轨道车辆制动能量回收技术也在被不断的研究和发展当中。
　　本文讨论及研究的是一种基于车载的城市轨道车辆制动能量回收技术，研究方向是基于阻力加载系统的城市轨道车辆制动能量回收。第一章讨论城市轨道车辆制动能量回收技术的发展现状，第二章进行理论推导，第三章介绍实验系统的结构组成和原理，第四章阐述实验系统的Simulink仿真模型的创建方法和步骤，第五章深入分析实验结果和仿真结果以及对课题的研究价值和意义做总结。实验系统主要包括牵引传动系统（牵引电机、牵引整流逆变单元），阻力加载系统（负载电机、飞轮、负载整流逆变单元），控制系统（工控机、传感器、测功机器/功率分析仪）和能量储存单元（超级电容、用电器）。具体的研究工作如下所示：
　　（1）分析城市轨道车辆制动能量回收技术的发展及现状，深入学习城市轨道车辆的牵引技术和制动特性，详细推导、分析并计算列车的运行阻力，然后根据其阻力特性设计城市轨道交通车辆制动能量回收实验系统的阻力加载系统；
　　（2）推导并计算城市轨道车辆运行时的负载并分成轻载、满载、超载三种工况，学习并分析原有实验系统的虚拟LABVIEW控制技术，然后根据这三种工况在实验系统上进行阻力加载实验并统计实验结果；
　　（3）根据实验设备的控制策略和技术参数建立各个实验系统部件的数学模型，深入研究异步电机的矢量控制和直接转矩控制技术、超级电容充放电控制技术以及DC-DC变频控制技术，然后利用Simulink仿真软件建立实验系统的仿真模型。
　　（4）对比分析不同工况、不同条件以及不同转速下的能量回收状况，并计算各种状况下的能量回收效率，最后将各个制动能量、回收能量和能量回收效率进行汇总并绘制能量回收效率表格，最后总结分析研究结果。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2国内外城市轨道车辆制动能量回收技术发展现状

1.3 课题研究意义及主要工作

第二章 城市轨道车辆运行阻力特性分析

2.1车辆牵引力分析

2.2 城市轨道车辆的运行阻力分析

2.3 牵引异步电机的负载特性研究

2.4 等效转动惯量计算

2.5本章小结

第三章 基于阻力加载系统的城市轨道车辆制动能量回收试验系统结构原理

3.1 阻力加载系统

3.2 牵引传动系统

3.3 控制系统

3.4 能量储存单元

3.5 本章小结

第四章 实验系统Simulink仿真模型的建立

4.1电机与控制模块

4.2 整流逆变模块

4.3 阻力加载模块

4.4 超级电容和制动电阻模块

4.5 本章小结

第五章 仿真结果与实验结果分析

5.1 800r/min低速工况仿真结果与实验结果分析

5.2 1500r/min高速工况的仿真结果和实验结果分析

5.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

1. 发表的学术论文

致谢