城市轨道交通可再生制动方案
摘要：城市轨道车辆运行具有频繁启动、制动的特点，机车制动能量的可再生利用已成为了城市轨道交通节能的主要方式。本文对比分析了城市轨道交通可再生制动能量吸收的若干方案，重点分析了基于超级电容的储能型和逆变回馈型可再生制动系统的工作原理和典型拓扑结构。最后介绍了储能-逆变回馈复合型制动方案。
关键词：城市轨道交通；可再生制动；双向直流变换器；逆变回馈
Research on Absorb Project of Regenerative Braking in Urban Rail
Transit
Abstract: Frequent start and braking are the main features of urban rail transportation, and theregenerative utility of braking energy has been considered as one of the most important approach to saveenergy of urban rail transit. Some strategies of regenerative braking energy absorbing is analyzed andcompared in the paper. The principle and typical topological structures of regenerative braking systembased on energy storage of super capacitors and feedback inverters are discussed in detail. Finally, thestrategy that combines energy storage and feedback inverter is presented.
Key words:unban rail transit; regenerative braking; bi-directional DC/DC converter; feedback inverter
1. 引言
随着城市化进程的逐渐加快，城市轨道交通发展迅速。中国人口众多，城市人口密度大，因此城市轨道交通作为重要的公共交通工具在中国发展尤其迅猛。城轨车辆主要为电力牵引，电能费用在运营成本中占据了很大的份额，优化电能的利用率是发展城轨交通的重要问题。其中，对车辆制动能量的可再生利用研究是一个重要方向。
相比长途运输轨道列车，城轨车辆有着频繁启动、制动的显著特点，制动过程所消耗的能量是非常可观的，不但浪费了能源，而且耗散的热量对周围环境造成了一定的影响。因此，对城市轨道车辆制动能量吸收利用的研究具有重要的实际意义
2. 城市轨道交通牵引供电系统简介
城市轨道交通的牵引供电系统主要由牵引降压变电所和牵引网组成[1]，其中牵引网包括反馈电线、接触网或接触轨、钢轨、回流线。电能从10kV～35kV 交流电压母线经牵引降压变电所降压整流输出750/1500 直流电，经反馈电线、接触网，流入车辆，为车辆提供动力以及为车辆的辅助电源供电，而产生的电流从钢轨，回流线流回到变电所，形成了完整
的供电回路，如图1 所示。
图 1 牵引供电系统原理图
由于城市轨道列车的编组一般较短，运输功率不是很大，而且其供电半径也不大，供电电压不需要太高，而且直流电与交流电相比，不需要考虑电抗压降，因此，城市轨道交通的供电采用直流制供电。我国国家标准《地铁直流牵引供电系统》（GBB10411-89）和《城市无轨电车和有轨电车供电系统》（CJ/T1-19999）建议我国城市地铁、轻轨线路牵引电压制式采用750V//1500V 两种，其电压波动范围分别为5000V-900V。高电压可以增大供电范围，减少牵引变电所数量，同时还可以提高供电电压质量。当然高电压供电对输电及电机设备的绝缘水平要求较高。
直流牵引变电所的主要功能是降压和整流，即将交流电线降压在整流成直流电供机车使用。为了减小输出直流电的纹波，提高直流电的质量，整流器多采用多脉波整流方式。现在国内新建的线路都采用两个相位相差15°的十二脉波整流器实现二十四脉波整流，如下图
a）十二脉波整流电路（b）二十四脉波整流电路
图 2 牵引变电所整流电路
3. 可再生制动方式分析
目前，城市轨道交通主要采用VVVF 动车组列车，其制动一般为电制动和空气制动相结合。在制动过程初期，列车速度较快，采用电制动（电阻制动和再生制动），而当速度减小到电制动不起作用时，则利用空气闸瓦制动方式，将剩余的机械能通过机械摩擦转化为热能。
这种制动方式虽然现在被普遍使用，但其存在明显的弊端：1、再生制动产生的能量直接馈到直流母线上，当电能无法被相邻列车吸收时，会导致母线电压升高，会对牵引变压设备造成冲击；
2、电阻制动其实质是将制动过程中吸收的电能通过电阻负载转化为热能释放，会造成隧道环境温度升高，甚至需要外加的散热设备，进一步增加了能耗。当前，城轨制动能量再生吸收方案主要耗散型、储能性、逆变能馈型。
3.1. 耗散型再生吸收方案
该方案将直流母线电网多余的能量消耗在电阻负载上，以热能的形式耗散掉，从而维持电网电压的稳定。其中，耗散电阻多装在地面上，从而减轻机车的散热及装载压力。电阻负载在制动过程中会放掉大量热量，会使周围环境温度升高，必要时还需要加装散热设备。虽然这种方案有利于减小机车机械制动装置的磨损，但从能力的利用角度来看，该方案并没有很好的实现能量的可再生利用。其工作原理如图3 所示。
图 3 耗散型可再生制动原理图
3.2. 储能型再生吸收方案
储能方案主要是经过变换器将直流母线中多余的再生制动能量吸收并存储在储能设备中。常用的储能方式主要有电池储能、飞轮储能、电容储能，对集中储能方式对比如下：
表 1 几种储能方式比较
有上表可以看出，超级电容功率密度高、效率高、寿命长，相比前两种储能方式具有明显的优势。飞轮储能需要设置体积庞大的飞轮机械装置作为储能设备，应用较少。电池储能需要对电池频繁的进行充放电，会降低电池寿命，而且电池容量有限，储能有限。当然无论是哪种储能对储能设别的容量要求都是很高的。
电容储能方案的原理图如下：
图 4 电容储能方案原理图
超级电容器（UUltra-capacitor）作为一种新型的储能元件，超级电容器具有如下优点：能量密度大、功率密度大、循环寿命长、充放电效率高、充放电速度快等。但对于城轨交通这种高压大
功率的应用场合，其仍存在若干缺点，如：
1）超级电容的耐压低，需要多个电容串联方可适应高电压的工况，在城轨机车制动能量吸收的应用中，需要多电容并联来满足大容量的需要，但电容本身并没有自动均流均压的功能，所以不能够无限制的进行串并联。
2）超级电容端电压波动较大。在充放电过程中，端电压会不断的上升或下降。
因此，我们需要根据不同的应用计算出不同的电容组储能容量，进而确定电容组的串并联方案。由于电容端电压波动较大而且单个电容耐压低，在实际应用中，不能直接将储能电容直接为车辆供电的直流母线相连，否则波动的电压会对电网电压造成干扰而且直流母线电压较高，要求多电容串联，均压问题突出，电容组稳定性下降。因此，需要在直流母线和电容组间增加DC-DC 变换器。
电容组需要在直流电网电能过剩（直流母线电压过高）的时候，吸收电能；在直流母线电压较低（多为启动过程）时，释放电能。因此，变换器应具有双向变换功能。
关于双向变换器拓扑结构的选择，我们可以选择隔离型和非隔离型，但由于多组电容间不需要相互隔离，而且非隔离性变换器没有磁损等附加损耗，效率较高，故选择非隔离性变换器。现有的实现方案中多为bucck/boost 拓扑结构，如图5。
图 5 buck/booost双向变换器拓扑结构图
双向DC—DC 变换器问题主要工作在3 个状态：列车牵引或加速时，变换器等效为升压斩波器，超级电容中的能量释放给中间电容，经逆变器提供给牵引电机；列车运行时，变换器停止工作，处于备用保持状态；列车制动或减速时，牵引电机向直流电网反馈能量，使线网电压抬高，变换器动作，等效为降压斩波器，把电网上的多余能量传递给超级电容。通过以上3 个状态的切换，即可使直流电网电压避免大范围波动，改善供电质量，同时将机车制动能量再生利用，节约电能。
为了更好的实现大功率变流，我们可以考虑采用多通道并联的buck/boostt拓扑，如下图
图 6 多通道并联buck/booost双向变换器
多通道并联结构可以对电流进行分流，降低开关管的电流额定值，提高开关的动态性能，降低损耗。
3.3. 逆变回馈方案
采用大功率晶闸管三相逆变器，直流侧与牵引变电所直流母线相连，交流侧与交流母线相连，当再生制动使直流母线的电压超过设定值时，逆变器启动将多于的制动能量回馈到电网中。
图7 逆变回馈吸收方式原理图
再生制动能量回馈可以通过晶闸管有源逆变、PWM 逆变和脉宽调制可逆整流三种方式实现。
3.3.1. 晶闸管有源逆变
晶闸管为半控器件，通流能力强，适合于高功率工况，而且其驱动电路和保护电路都比较简单，价格低廉，不过由于其为电流驱动，所以开关损耗较大。而且，该方案对电网电压、电流波形产生畸变影响，并且使功率因数降低，增加了谐波和无功治理成本。
3.3.2. PWM( Pulse Width Modulation)逆变
随着全控型器件的出现和发展，半导体的器件开关频率越来越高，集成度也越来越高，如GTR、MOSFET、、IGBT 采用高频开关器件实现的变换器具有谐波含量小、控制方法灵活并且动态性能好等优点。基于PWM 并网逆变器的再生制动能量吸收方案基本原理如下图所示。
图8 PWMM 并网逆变器的再生制动能量吸收方案原理图
这种方案不但可以在机车再生制动时稳定直流测电网，而且与晶闸管有源逆变相比，还有如下优点：
1) 交流电网侧采用电感滤波，并且交流电流谐波含量小，电压、电流畸变小，对电网的谐波污染小；
2) 入网功率因数高，并且不因回馈功率变化而变化；
3) 开关频率比较高，动态性能好，滤波更容易，滤波装置的体积可以设计的更小；
3.3.3. PWM 可逆整流器
由于牵引变电所中的整流器不允许电能反向传输，所以当直流母线中的能量超过总负载所消耗的能量时，电网电压会升高，会对与电网连接的设备造成冲击，因此需要将多余的能量吸收掉。
PWMM 可逆整流器允许能量双向流动，能够使电网电压在设定范围内维持稳定。
常见的PWM 整流电路结构与并网逆变器结构相同，其工作原理如图1. 111 所示。采用PWM 可逆整流器的牵引变流所除了具有输入高功率因数、低谐波含量、动态响应快以及可以吸收再生制动能量以外，与其它能馈式方案相比，在车辆加速启动时还可以调节直流电网电压，提高车辆电机的调速运行性能，另外还可增加牵引变流器的供电区间，减少变电所的数量。
图9 PWWM 可逆整流再生制动能量吸收工作原理示意
由于这种直流牵引变电所自身具有能馈能力，不需要增加附加的逆变能馈装置，可以节约运营成本。PPWM 整流器良好的输入输出特性符合城市轨道交通发展的需求，应用前景较为广阔。
3.4. 储能-逆变回馈复合方案
本方案结合了双向直流变换器和并网逆变器。其主要工作于三个状态：
图10 基本原理图
状态一：地铁列车制动期间，当直流母线电压高于一定值时，断路器1 和断路器2 闭合，双向直流变换器运行于Buck 模式，占空比由零过渡到全导通，将制动能量转为采用超级电容储能；同时，三相变流器工作，以额定功率向电网回馈能量。
状态二：地铁列车非制动期间，断路器1 开，而断路器 2 闭合，双向直流变换器运行于Boost模式；同时，三相变流器工作，以额定功率电网回馈能量，减少超级电容储能，降低电容电压，为下一制动过程做好储能准备。
状态三：地铁列车牵引期间，直流母线电压下降，此时，断路器1 闭合，而断路器 2 开，双向直流变换器运行于BBoost模式，超级电容向直流母线提供能量，维持母线电压平衡。
这种方案具有以下特点：在非制动期间，电容能够向电网回馈能量，使并网逆变连续，从而减小对电网的冲击。由于在非制动期间电容放能，电压降低，有利于下次制动过程对能量的吸收，在一定程度上可以减小电容容量。在制动期间，直流母线上的能量可以部分回馈到电网，减小了对储能电容容量的要求。
4. 结论
城市轨道交通中再生制动能量吸收问题的研究具有重要的现实意义。制动能量的可在生利用不但可以节约电能，保护环境，同时可以降低地铁运营成本，促进公共交通的进一步发展。通过对多种方案的研究，可以发现，并网逆变的吸收方式不受储能容量的限制，可以与牵引系统良好结合，是很有潜力的吸收方案。电力电子技术对推动制动能量的可再生利用发挥重要作用，进一步提高变换器的变换性能以及对多种变换器进行组合应用将成为未来再生制动的重要研究方向。
参考文献
[1] 许爱国.城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D].南京航空航天大学,2009.
[2] 武利斌,谭永东,李洁等.超级电容器储能装置在城市轨道交通中的应用[J].科技信
息,20100,(30):421--422.
[3] 冯晶晶.基于超级电容的再生制动能量吸收利用技术研究[D].南京航空航天大学,2010.
[4] 吉正华,江平,王文荣等.城市轨道交通再生制动能量回收方案及控制技术研究[C].//2008 年中
国电机工程学会年会论文集.2008:1-5.
[5] 范忠胜,温志强；城轨列车再生制动能量利用的探讨[C].//2010 城市轨道交通关键技术论坛暨第二十届地铁学术交流会论文集.2010:412-414,419.
[6] 陈晓丽,杨俭.城市轨道车辆制动能量回收系统设计及分析[J].电气传动,2010,40(10):77-80.
[7] 陈勇,刘承志,郑宁等.基于逆变回馈的地铁再生制动能量吸收的研究[J].电气化铁道,2011,(3):36-39.
[8] 闫长安.使用超强电容储能器实现地铁节电[J].现代城市轨道交通,2007,(2):65,67.
[9] 焦劼.西安地铁2 号线再生制动能量吸收设备的选取[C].//2010 年中国铁路电气化技术装备交流大会及产品展示会论文集.2010:83-89.
[10] 苏劼.城市轨道交通能馈式牵引供电系统的应用研究[D].北京交通大学,2009.
[11] 曾建军,林知明,张建德等.地铁制动能量分析及再生技术研究[J].电气化铁道,2006,(6):33-36.
[12] Chih-Chiang Hua; Shih-Jyun Kao; , "Design and implementation of a regenerative braking system forelectric bicycles based on DSP," Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2011 6th IEEEConference on , vol., no., pp.703-707, 21-23 June 2011 doi: 10.1109/ICIEA.2011.5975676
地铁车辆再生制动能量利用方案 摘要：目前，节能减排已成为我国的基本国策，建设低碳型交通基础设施、推广应用低碳型交通运输装备是城市轨道交通建设者责任。地铁由于站间距比较短，制动频繁、列车起动，考虑各钟车型、站距、编组、发车间隔等差异，列车电制动时产生的再生能量可达到牵引能量的40%以上。充分利用列车再生能量将节约大量能量，产生效益可观，为节能减排做出贡献。西安市地铁已经运营1、2号线，在建3、4、5、6号线，如何在保证线路运行安全的前提下，提高供电水平，同时为城市节能减排做出贡献，是我们必须考虑的问题。 关键词：轨道交通；列车制动；能量回馈 1 传统列车车载制动电阻方案存在的问题 目前国内外城市轨道交通动车组列车均采用VVVF牵引/制动系统，采用交流电机驱动列车，制动系统普遍采用空气制动和电制动混合的形式。列车在运行时，牵引系统将电能转为机械能，使机车启动加速；在制动时，一部分采用电制动，将机械能转为电能使列车制动，另一部分采用空气制动，通过刹车闸瓦与车轮踏面摩擦而产生制动使列车减速。传统列车上设置了车载制动电阻。当列车制动时，首先采用再生制动方式，列车电机从电动机状态转换为发电机状态，将机械能转换为电能返回到牵引网系统，返回到牵引网系统的能量部分被相邻列车吸收，由于线路的行车密度等多种因素，很大部分能量不能被回馈，此时大量电能量得不到释放，将会使系统供电网电压
急剧上升，为此列车上设置了制动电阻，将这部分能量通过电阻变成热能吸收，稳定系统电压。电阻所转化的热能，车站环控专业通过隧道活塞风、车站轨顶排风和车站轨底排风，将热量排出车站外。 车载制动电阻使用虽然方便，但也有缺点：（1）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能白白消耗了，没有起到节能减排作用。（2）列车制动电阻吸收再生制动能量转换为热能散于隧道内，虽然部分可以通过隧道活塞风排出隧道，但还有部分遗留在隧道，这部分热量使隧道温升逐步上升；（3）列车制动电阻重量大，列车运行时，不仅没有节能，还增加列车牵引能耗。（4）制动电阻体积大，而且考虑制动电阻散热需在列车上安装通风设备，这样会使列车底部其他设备安装布局困难；（5）制动电阻发热会对车体底板形成烘烤效应，有引发火灾危险。（6）列车采用车空气制动，增加闸瓦的损耗，加大车辆维修工作量，提高了运营成本，摩擦闸瓦产生大量金属粉尘，造成环境污染。 2 国内外现状 在国外城市轨道交通运输系统中，再生制动能量吸收技术发展历程主要有车载电阻耗能式、逆变回馈式、超级电容储能式以及飞轮储能式吸收等。其中最先发展的车载电阻耗能式因其可靠、结构简单等优点应用最为广泛，相对较少的是能量回馈式和能量存储式的应用。国外轨道交通研究制动能量吸收技术较早，已有成熟产品，而国内在这方面的研究刚起步，使用车载电阻耗能式较多，不能够很好的把再生制动能量充分利用起来。 图1 2.1 车载电阻耗能型吸收
城市轨道交通列车制动系统的特点及发展趋势初探 发表时间：2018-06-07T11:18:32.193Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：刘艳虎 [导读] 摘要：针对城市轨道交通车辆制动系统，对其空气压缩、制动盘和控制系统三个主要部分的特点和技术发展趋势进行深入分析，旨在为以后的技术研究和发展提供可靠参考依据。 苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司江苏苏州 215000 摘要：针对城市轨道交通车辆制动系统，对其空气压缩、制动盘和控制系统三个主要部分的特点和技术发展趋势进行深入分析，旨在为以后的技术研究和发展提供可靠参考依据。 关键词：城市轨道交通；车辆制动系统；空气压塑；制动盘；控制系统 城市轨道交通站间距短，列车制动频繁，其制动系统的可靠性决定了车辆运行安全，是现阶段城市轨道交通研究的重要内容这一。在科技快速发展的背景下，轨道交通车辆制动系统技术也得到很大程度的改进，为轨道交通发展奠定了坚实基础。 1空气压缩 1.1技术背景 如今，铁路对用气质量提出越来越高的要求，压缩气体必须达到较高的无水和无油条件，这使无油空压机进入快速发展时期。尽管现阶段铁路领域的无油空压机实际应用仍有限，但依靠其无油这一显著特征，将很快在市场占据主导地位。 若按压缩方式，可对无油空压机做以下分类：回转形式的无油空压机以及循环往复形式的无油空压机。后者与活塞式空压机相对应，前者则与最常用的螺杆形式的空压机相对应。从活塞式空压机的角度讲，主要有两种不同的润滑形式，即干式润滑及水润滑。 活塞与螺杆空压机常用于铁路领域，螺杆适合低压和中小流量，而活塞适合高压与多种压力范围。采用水润滑形式的无油螺杆，不仅结构复杂，而且对环境有严格要求，在铁路这种复杂环境下并不适用；采用干式的无油螺杆，其排量超过3m3/min，但仍未能达到出口压力，同样在铁路中不适用。从目前的铁路行业发展看，其对空压机有下列几项特殊要求：经久耐用；耐冲击、污染和高温；振动与噪声较低；维护难度与成本较低。 1.2技术原理 活塞式空压机进入随曲轴联动旋转状态后，在连杆提供的传动作用下促使活塞进行往复运动，此时活塞的顶部表面、气缸的内部表面和气缸盖三者形成的容积必定产生具有周期性特点的变化。活塞由气缸盖做运动后，容积不断增加，此时气体在进气管中推开进气阀门到达气缸，到容积不再增加为止，阀门关闭；活塞进入反向运动状态后，上述容积开始减少，但压力持续增大，超出排气压力以后，阀门打开，气体开始向外部不断排出，当活塞运动到最大行程后，阀门将自动关闭。活塞再次进入反向运动状态后，重复以上过程。 1.3特殊结构 对全无油形似的活塞空压机，其原理和油润滑形式的活塞空压机大致相同，区别为将油润滑换成自润滑。其中，气缸采用铝合金加工而成，表面做特殊处理，减小摩擦以延长使用寿命；活塞也采用铝合金加工而成，各活塞上设置导向环与密封环，二者都采用自润滑材料，能使摩擦达到最小；连杆和活塞由特殊销进行连接，配有全封闭式轴承，无需维护，并在设计过程中考虑了防超温使用。曲轴和各连杆间同样使用这种轴承；气阀为长寿命阀，能满足特殊的实际使用要求。 1.4优缺点 1.4.1优点 压缩空气输出更为洁净，只有极少量水和污染物，下游净化单元能直接去除，无油蒸汽和油滴，能防止下游管路被污染；压力范围较广，任何一种流量情况下，都能提供所需压力；具有很高的热效率，耗电省；具有较强的适用性，表现为排气范围广，受压力影响小等方面；可大幅降低维护成本，减少工作量；无润滑油方面的输出，过滤部件可长时间使用，负担小；由于不使用润滑油，所以还能解决低温启动方面的问题，而且对运转率也没有太高的要求。 1.4.2缺点 排气的连续性较差，存在一定气流脉动；在运转过程中可能产生较大的振动。 2制动盘 在当前的轨道交通车辆中，铝合金制动盘得到广泛应用，其优点有： 第一，自重轻，密度比铸钢与铸铁都小，能减轻车辆自重，尤其是簧下质量，若能减轻簧下质量，则能减小振动和噪音。此外，车辆自重减轻其能耗必定有所降低，能提高节能减排指标。 第二，有良好的耐磨性及导热性，且摩擦系数保持稳定，将钢铁替换为铝合金，能在减轻质量的同时，延长寿命，降低成本，保证可靠性与安全性。此外，出色的导热性能还能使制动盘适应反复变化的热负荷，降低了热疲劳裂纹产生率。 我国从九十年代起有相关院校开始研究铝基复合材料在列车制动盘中的应用，提出很多方法，如喷溅法和粉末冶金法等。然而，因研制难度相对较大，加之制造工艺十分复杂，所以成果主要为样件，要实现批量化生产的目标，还需要进一步的研究。 近几年，我国很多企业在广泛调研这项技术的前提下，对该行业现有技术能力进行综合，提出一套制造工艺，并通过一段时间的摸索与总结，初步掌握批量生产办法。制动盘摩擦副现已完成各项分析实验，其所有性能指标都达到要求，且优于同类产品。 3基于模块化的新制动系统 3.1系统特点 采用以CAN总线为基础的分布式控制，各控制单元均能在CAN总线的支持下构成整个控制网络。EP09/S能提供防滑控制与电空制动两项功能，仅存在紧急制动对应的输入输出接口，需由总线提供常用指令；对EP09/G而言，不仅具有EP09/S全部功能，而且还有列车总线接口及扩展接口，能起到类似网关的作用，并对制动力进行管理。 3.2性能要求 控制单元可提供的防滑控制与电空制动等功能都相对固定，具有实现模块化与小型化目标的条件。实际应用要求对于系统提出了很高的要求，集中在接口能力方面，如各模拟量实际扩展和不同接口方式等，而且对系统测试、故障诊断与时间存储也有着越来越高的实际要求，因受到架控单元机箱等因素的限制和影响，当前的网关单元在扩展能力上还有待于进一步提高。
绪论 一、判断： 1、使运动物体减速，停车或阻止其加速称为制动。（×） 2、列车制动系统也称为列车制动装置。（×） 3、地铁车辆的常用制动为电空混合制动,而紧急制动只有空气制动。（√） 4、拖车空气制动滞后补充控制是指优先采用电气制动,不足时再补拖车的气制动（×） 5、拖车动车空气制动均匀补充控制是指优先采用电气制动,不足时拖车和动车同时补充气 制动（√） 6、为了保证行车安全，实行紧急制动时必须由司机按下紧急按钮来执行。（×） 7、轨道涡流制动能把列车动能转化为热能，且不受黏着限制，轮轨间没有磨耗。（√） 8、旋转涡流制动能把列车动能转化为热能，且不受黏着限制，轮轨间没有磨耗。（×） 9、快速制动一般只采用空气制动，并且可以缓解。（×） 10、制动距离和制动减速度都可以反映列车制动装置性能和实际制动效果。（√） 11、从安全的目的出发，一般列车的制动功率要比驱动功率大。（√） 12、均匀制动方法就是各节车各自承担自己需要的制动力，动车不承担拖车的制动力。（√） 13、拖车空气制动优先补足控制是先动车混合制动，不足时再拖车空气制动补充。（×） 14、紧急制动经过EBCU的控制，使BCU的紧急电磁阀得电而实现。（×） 二、选择题： 1、现代城市轨道交通车辆制动系统不包括（C）。 A.动力制动系统 B.空气制动系统 C.气动门系统 D.指令和通信网络系统 2、不属于制动控制策略的是（A）。 A.再生制动 B.均匀制动方式 C.拖车空气制动滞后补足控制 D.拖车空
气制动优先补足控制 3、直通空气制动机作为一种制动控制系统（ A ）。 A.制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间长短决定，因此控制不太精确 B.由于制动缸风源和排气口离制动缸较近，其制动和缓解不再通过制动阀进行， 因此制动和缓解一致性较自动制动机好。 C.直通空气制动机在各车辆都设有制动、缓解电空阀，通过设置于驾驶室的制动 控制器使电空阀得、失电 D.直通空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动信号，制动管 增压时缓解，减压则制动 4、三通阀由于它和制动管、副风缸及制动缸相通而得名（ B ） A.充气缓解时，三通阀内只形成以下一条通路：①制动管→充气沟i→滑阀室→副 风缸； B.制动时，司机将制动阀操纵手柄放至制动位，制动管内的压力空气经制动阀排 气减压。三通阀活塞左侧压力下降。 C.在制动管减压到一定值后，司机将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减 压。三通阀活塞左侧压力继续下降。 D.当司机将制动阀操纵手柄在制动位和保压位来回扳动时，制动管压力反复地减 压——保压，三通阀则反复处于冲压位。 5、城市轨道交通在运行过程中，乘客负载发生较大变化时，一般要求制动系统（ B ） A．制动功率不变 B.制动率不变 C.制动力不变 D.制动方式不变. 6、下列不属于直通式空气制动机特点的是：（B） A．列车分离时不能自动停车B．制动管增压缓解，减压制动 C．前后车辆的制动一致性不好D．制动力大小控制不精确 7、下列制动方式中，不属于黏着制动的是：（C） A．空气制动B．电阻制动C．轨道涡流制动D．旋转涡流制动 8、下列制动方式中，属于摩擦制动的是：（A ） A．磁轨制动B．电阻制动C．再生制动D．轨道涡流制动 三、填空题：
地铁车辆制动系统工作原理 摘要：随着城市规模的快速发展和城市人口的不断增多，所面临的交通问题也越来越严重。本文对地铁车辆的制动功能设计进行了说明，并介绍了制动指令的相关设计，最后介绍了混合制动控制系统设计及相关控制策略，以供读者参考 关键词：地铁车辆；制动系统 随着我国经济建设的不断推进，近年来城市轨道交通快速发展，国内许多大型城市都已有了地铁或者轻轨，随着大量的轨道交通项目投入运营，人们的日常出行变得更加方便，可随之而来的担忧也困扰着人们：“我们经常乘坐的地铁会不会刹车失灵呢、会不会追尾呢？” 1．地铁车辆的制动功能设计 地铁车辆采用减速度控制模式，制动指令为电气指令，即制动系统根据电气减速度指令施加制动力。乘客通过站台固定区域上下车，因而地铁车辆每次停站位置要求准确无误，为满足此要求，ATO系统或司机根据停车距离给定列车减速度电气指令，地铁车辆制动过程中必须能够根据减速度指令快速施加相应制动力，即制动响应准确、迅速。 制动系统设有载荷补偿功能。由于城市轨道交通车辆载客量大，乘客上下频繁，因此要求制动过程中能够根据车辆载荷变化自动调整制动力，称之为载荷调整功能。 常用制动具有防冲动限制功能。制动指令是电气信号，制动指令变化瞬间可以完成，如果制动力跟随制动指令迅速变化，就可能造成冲动，引起乘客不适，而且常用制动需频繁施加，为减少制动时的冲动以避免制动力变化过快引起乘客不适，常用制动过程中需限制制动力的变化速率，称之为冲动限制功能。 2．制动系统功能 2.1常用制动 常用制动采用模拟电气指令方式，是由微处理器控制的直通式电空制动，它采用减速度控制模式，其制动力随输入指令大小无级控制，制动控制单元根据减速度指令和车辆实际载重来计算目标制动力，产生相应的减速度。常用制动具有冲击率限制功能，以改善乘坐的舒适性；常用制动采用空电混合制动并优先使用电制动，不足部分由空气制动补足，以尽可能减少空气制动的负荷。 2.2快速制动 当司机操作主控制器手柄使其处于快速制动位时快速制动被触发。快速制动是一种特殊的制动模式。快速制动与紧急制动的制动率相同。快速制动优先使用
城市轨道交通车辆制动技术 题库 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1. 防滑控制系统主要由、和防滑动作机械部件组成。 2. 上海地铁基础制动装置采用制动机厂生产的。 3. BCU和BECU分别是和系统的缩写。 4. 上海地铁和广州地铁使用的电气指令制动控制系统为式电气指令式制动控制系统。 5. 模拟转换阀是上海地铁车辆KNORR制动系统中使用的一个电磁阀，它由三部分组成：电磁进气阀、和组成。 6. EP阀又称阀，是SD数字式制动控制单元中的一个转换阀。 7. 空压机的驱动电机一般有电机和电机。 8. 经空气压缩机压缩输出的空气压力单位，一般用bar来表示，1bar等于MPa。 9. 空气干燥塔可以将从空气压缩机输出的高压压缩空气中的和分离出去，以达到各用气系统对压缩空气的要求。 10. 空气压缩机组一般由、、、等装置组成。 11. 上海地铁knorr公司的空气压缩机，在进行压缩空气时一般经过两级冷却，分别为冷却和冷却。 12. 除空气制动系统用气外，城市轨道列车还有以下部件需要用到压缩空气：、、、等。 13. 空气压缩机组一般采用方式进行润滑。 14. 空气干燥器一般做成塔式的，有和两种。 15. 电阻制动所采用的制动电阻，材料一般采用合金带钢条，这种合金带钢条不仅具有稳定的，而且具有相当大的。 16. 再生制动失败，列车主电路会自动切断反馈电路转入制动电路。 17. 直流斩波器按列车控制单元及制动控制单元的指令，不断调节斩波器的，无级、均匀地控制，使制动力和再生制动电压持续保持恒定。 18. 电动车组中既有动车又有拖车，拖车没有电动机，只能使用制动，动车带有电动机，可以进行制动。 19. 一般列车在高速时，常用制动都先从制动开始，最后在列车10km/h 以下低速时，由制动将车停止。 20. 动轮与钢轨间切向作用力的最大值与物理学上的最大静摩擦力相比要(大or小)一些，情况要更复杂一点，其主要原因是由于的存在所导致。 21. 伴随着蠕滑产生静摩擦力，轮轨之间才能传递。 22. 一般城市轨道车辆的制动方式主要有三类：、和电磁制动。 23. 电磁制动有两种形式：和。 24. 轮对在钢轨上运行，一般承受载荷、载荷和载荷。 25. 城市轨道交通系统都有明确的车辆运行规程，对于列车制动能力，上海地铁规定，列车在满载乘客的条件下，任何运行速度时，其紧急制动距离不得超过米。 26. 现代城市轨道车辆的制动系统一般都应该具有以下组成部分：、和。 27. 城市轨道车辆制动技术正朝着、、和的目标不断前进。 28. 最近几十年来，制动技术取得了很大进展，出现使电气再生制动成为可能，使制动防滑系统更加精确完善。
第37卷 第12期2009年12 月 V o.l37 N o.12 D ec. 2009城市轨道交通能馈式再生制动技术 及其对电网的影响 陶章荣1,潘爱强2 (1.上海申通地铁集团有限公司,上海 200233;2.华东电力试验研究院有限公司,上海 200437) 摘 要:城市轨道交通起停频繁、速度变化快、制动能量大,可以重新利用制动能量的再生制动技术也在不断 改进。回顾了各类常规制动技术及其特点,并介绍了最新的能馈式再生制动技术,研究论述能馈式再生制动 技术对电网的影响,从电能质量、电能计量、继电保护三个方面分别进行分析,有助于电网应对城市轨道交通 再生制动电能的注入。 关键词:城市轨道交通;能馈式再生制动技术;电能质量;电能计量;继电保护 作者简介:陶章荣(1962 ),男,工程师,从事城市轨道交通变电运行管理工作。 中图分类号:TM712 文献标志码:B 文章编号:1001 9529(2009)12 2035 03 R egenerative braking of urban rail transit w it h energy feedback and its influence on pow er grids TAO Zhang rong1,PAN A i q i ang2 (1.Shangha i Shentong M e tro Co.,L td.,Shangha i200233,Ch i na; 2.East Ch i na E lectr i c P ower T est&R esea rch Instit ute Co.,L td.,Shangha i200437,Ch i na) Abstrac t:The urban ra il trans itwh ich i s characterized by frequent start up and shut do w n and quick speed variation, genera tes great energy dur i ng braki ng.T herefore,the techno logy o f reg enerati ve brak i ng t hat could reuse braki ng en e rgy has been stud i ed a l o t.T he trad iti ona l techno log ies o f brak i n g and the i r fea t ures we re v i ew ed,and the ne w tech nology of regenerati ve brak i ng w ith energy feedback was reco mm ended.The i nfl uence o f regenera ti ve brak i ng w it h en e rgy feedback on powe r g ri ds w as d i scussed i n the aspects o f pow er qua lity,energy m e teri ng,and re lay protection. K ey w ords:urban rail transit,regenerati v e brak i ng w ith energy feedback,po w er qua lit y,energy m eter i ng,relay pro tecti on 1 再生制动技术 城市轨道交通启停频繁,使其制动技术变得十分关键。制动方式主要有摩擦制动与动力制动[1]。 电力机车的电气制动分为电阻制动和再生制动两种。 电阻制动指的是牵引电动机在制动时作为发电机发出的电能经电阻消耗掉,如图1所示;电阻制动的主电路工作比较可靠、稳定,制动的速度范围较大,技术简单。 城市轨道交通显著的特点就是站间距一般较短,列车启制动频繁,启动加速度和制动减速度要求大。制动能量大,根据经验,地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多[2]。将这部分能量消耗在制动电阻内,不但浪费能量 , 图1 电阻制动示意图 还容易引起机车或牵引系统的温升,对运行造成不利影响。 再生制动指的则是将这部分制动产生的电能反馈给直流供电网,可供运行与同一区段的电力机车使用,或者供给其他用电储电负荷,图2为较为简单的再生制动示意图。从能量利用来看,再生制动可再次利用机车制动产生的能量,经济效益较大,同时可以取消制动电阻及其转换开关,使
打造节能环保型城市轨道交通系统 再生制动能量吸收利用系统既可以安装于地铁列车上，也可以安装于变电站内。当地铁列车制动时，直流母线电压上升，双向直流变换器向超级电容器阵列充阿迪泰尔科技开发有限公司是一家技术力量雄厚、产品质量达国际水平的专业化民营高新技术企业。公司在深圳科技园设立生产基地，在西安东高新区设立研究院，以西安交通大学、西南交通大学、法国ADETEL公司等为依托，与铁一院、深圳地铁公司和西安地铁公司等进行广泛合作。公司和法国ADETEL 集团公司合作开发和研制了应用于轨道交通电容储能的电力电子类系列产品，其中多项产品获国际专利。其轨道交通超级电容储能装置已在法国里昂轻轨2号线、巴黎RER-C 地铁，阿尔卑斯山区铁路，布鲁塞尔地铁等轨道交通系统有广泛应用。 深圳阿迪泰尔科技公司和国内外相关单位合作，引进消化吸收法国ADETEL公司的先进技术，与之形成全面的战略合作关系，紧跟世界领先技术及先进管理模式，不断开拓创新，实现了相关轨道交通供电设备和节能设备等产品的国产化。目前阿迪泰尔科技公司已完成对超级电容选择研究、双向变流器研究、容量配置研究、系统配置研究、系统可靠性
研究、装置产业化研究及投资回收期研究等等，致力于为我国轨道交通节能环保作出贡献。 超级电容储能节能系统 在城市轨道交通中，再生制动成为列车制动的主要方式，再生制动使一部分能量能够回馈电网，而列车在运行过程中，由于站间距较短，列车启动、制动频繁，因此，从能量互换的角度看，制动能量相当可观。 目前，制动能量吸收方案主要包括电阻耗能型、蓄电池储能型、电容储能型、飞轮储能型和超导储能型等。其中，电阻耗能只能将电能转化为热能排掉，造成能源浪费；蓄电池储能系统的电池使用寿命不够长，大量使用电池也会对环境造成污染；飞轮储能质量很大，但摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短；超导储能装置的单位体积存储能力低，在实用技术上有一定的困难。超级电容具有快速充放电、污染低、高效率和维护费用低等特点，从而被广泛应用于储能装置中。 从经济角度考虑，如何能够节约电能是城市轨道交通运营成本需要考虑的重要因素。而在运营过程中，经常会出现一个影响城轨车辆正常运行的问题，那就是当线路中同时有几辆车加速时，牵引网电压往往下降很多，以至于低于车辆允许的最低电压，造成车辆的欠压保护动作跳闸，导致车辆停驶。
毕业设计（论文） 开题报告 题目跨座式城市单轨交通车辆 制动系统设计 专业城市轨道车辆工程 班级08级城轨1班 学生戴学宇 指导教师赵树恩 重庆交通大学 2012年
1. 选题的目的和意义 随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其路线占地少，可实现大坡度、小曲率线径运行，且线路构造简单、噪声小、乘坐舒适、安全性好等优点而逐渐受到关注。 在我国城市轨道交通迅速发展的同时，其运营安全保障已成为目前面临的重要问题。车辆作为城市轨道交通运输的载体，由于速度快、载客量大、环境复杂，其运行安全状况不容乐观——车辆故障不断出现、事故常有发生，这些故障不但严重的影响到正常运营，一旦引发事故将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。制动系统是城市轨道交通车辆的关键系统，直接影响其安全运行，为提高车辆运行的安全性，对制动系统的设计便显得尤为关键。 2.国内外研究现状及分析 基础制动装置是确保城市轨道交通车辆行车安全的措施之一。在分析城市轨道车辆运输特点基础上, 李继山,李和平,严霄蕙（2011）《盘形制动是城市轨道车辆基础制动装置的发展趋势》[1]结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型,分析了城市轨道车辆踏面制动与盘形制动的优缺点, 用有限元模拟城轨车辆车轮 踏面温度场及热应力, 表明速度100 km/ h 及以上的城轨列车基础制动不适宜采用踏面制动, 指出盘形制动是城市轨道交通车辆基础制动的发展的必然趋势。丁锋（2004）在《城市轨道交通车辆制动系统的特点及发展趋势》[2]一文中介绍并分析了我国城市轨道交通车辆制动系统的形式、构成、技术特点及发展趋势。吴萌岭，裴玉春，严凯军（2005）在《我国城市轨道车辆制动技术的现状与思考》[3]中较为详细地回顾了我国城市轨道车辆制动系统的发展历程，分析了目前我国新型城市轨道车辆制动系统的特点，并与我国自主研发适用于高速动车组的同类型制动系统作了技术比较。分析了我国自主研发城市轨道车辆制动系统的技术基础，指出国内技术与产品和国外相比存在着系统理念、设计经验和系统可靠性方面的差距，同时指出自主研发城市轨道车辆制动系统存在的问题，并提出了建议。邹金财（2010）《一种轨道车辆空气制动系统优化及仿真》[4]利用Simulationx 仿真软件对工矿窄轨土渣车的空气制动系统的改进前以及改进方案进行仿真，在与试验真实值对比后得到了正确的结论，通过对该空气制动系统优化中仿真手段应用过程的阐述，为机车车辆系统优化方法提供了参考。师蔚，方宇（2010）《城
华东理工大学 毕业设计（论文） 题目城市轨道交通再生制动能量 回收系统研究 学院华东理工大学 专业电气自动化 年级 2016 学号 26140118 姓名 导师 定稿日期： 2016年 11月12 日
摘要 城市轨道交通作为一种运量大、速度快、污染少、舒适性好的交通工具，很有力的缓解大中型城市乘车难、环境污染及交通拥堵等难题。近年来我国着力发展城市轻轨和地铁，本文主要以地铁作为研究对象。城市轨道交通站间距离短、运行密度高，机车频繁制动吋产生相当可观的再生能量，将产生的能量得以利用，不仅节约能源、保护环境同时降低电压利于机车安全运行。再生制动产生的能量得以利用是本文研究的重点，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。本课题以建立地铁再生制动及能量吸收仿真平台为目的，利用仿真软件建立机车运行制动模型及混合型能量吸收模型。首先，分析和总结几种城市轨道交通车辆制动方案的优缺点，重点研究馈能型再生制动方案的基本原理及主要技术问题，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。然后基于电阻制动原理，结合逆变并网电阻制动方案进行建模、仿真分析，并对再生制动产生功率及电流进行粗略的计算。 关键词：再生制动；逆变并网；电阻制动 Abstract
As a large capacity, fast speed, less pollution and comfortable transportation, urban rail transit effectively alleviate the transportation pressure of the large and medium-sized city, environmental pollution and traffic congestion . In recent years, China began to develop the light rail transit and subway. The subway stations has shorter distance and locomotive has haig density running. During locomotive frequently braking, it produced considerable regeneration energy. Reasonable utilization of the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the voltage grade for the locomotive’s safety operation. This paper is the focus on utilization of the regeneration energy, and The inverter-resistance hybrid method is propose. This topic is purposed to build Metreo regenerative braking and inverter-resistance hybrid energy absorption model by simulation software. Firstly, the urban rail transit power supply system has been introduced. Several vehicle braking scheme has been summarized and analyzed for their advantages and disadvantages. The inverter-resistance hybrid of regenerative braking energy absorption solution has been purposed. Secondly, combined with inver and resistance braking scheme, the model was built analyze and the power and current ofregenerative braking was computd.
再生制动吸收装置在城市轨道交通工程的应用 1.再生制动吸收装置的作用 2.吸收装置原理及特点 3.吸收方式及产品应用 4.节能效果 5.应用展望 引言 列车制动方式主要有两种： 空气制动：列车的基础制动或紧急制动，通过闸瓦或制动盘摩擦，将机械能转换为热能。有磨耗成本。 电制动：列车的常用制动，在接触网电压低于一定的限值条件下，将列车动能转换成电能回馈至直流接触网，通过能量的转换可实现电能的再利用。 今天我们主要讨论的是电制动方式及应用情况。 1.再生制动吸收装置的作用 在城市轨道交通系统中，再生制动吸收装置是一种为电客车再生制动提供电能吸收的设备，一般安装于牵引变电所，与直流母线并联。 城市轨道交通车辆采用750VDC、1500VDC两种电压制式供电，当车辆进行再生制动时，会向直流电网反馈能量，若此时接触网上不能提供与制动列车回馈的电能相匹配的电流通道，则会造成接触网母线电压的抬升，影响列车电制动性能的发挥。由于整流机组是单向导电的，回馈电流不能通过整流器回馈至交流电网，因此再生制动电能的吸收通道只能有如下几种： 制动列车自身消耗（车载电阻）； 接触网上的邻近牵引列车消耗； 变电所再生制动吸收装置。 再生制动吸收装置的作用就是为列车电制动回馈的电能提供功率相匹配的通道，当吸收装置的功率大于列车制动功率时，直流网压下降，可能会消耗整流器提供的电能，当吸收装置的功率小于列车制动功率时，直流网压上升，可能造成列车过压保护，切除电制动。
2.吸收装置原理及特点 在供电区间内，当车辆进行再生制动时，如果在线有其他车辆运行，其再生能量被牵引车消耗，稳定了电网电压。如果线路不具备吸收条件，电网电压将被抬高，此时吸收装置经判断自动投入，将再生能量吸收，确保电网电压的稳定。 2.1车载电阻吸收方式 车载电阻吸收方式主电路示意图如图1所示，在正负母线之间并联了斩波回路，当车辆制动母线电压升高时Sb1开通，电能通过Rb电阻释放。
城市轨道交通能馈式再生制动装置研究 摘要：本文主要针对城市轨道交通系统研究一种新的再生制动能源利用装置——能馈式再生制动装置，即整流装置本身既是整流器又是逆变器，首先介绍该装置的特点、工作原理、设备构成，接着通过研究设备应用情况，分析设备在应用过程中常见问题，最后做出展望，说明能馈式再生制动是城市轨道交通再生能源利用技术中可应用的一种更为经济、有效的解决方案。 关键词：城轨交通；能量回馈；PWM整流器； Urban Rail Transit Can Feed Type Regenerative Braking Device Abstract: This paper mainly studies on urban rail transit system, a new regenerative braking energy device, can feed type regenerative braking device, namely the rectifier device itself is a rectifier and inverter, introduces the characteristics of the device, working principle, equipment, and then, through application of research, analysis of common problems in the process of application equipment, the last one, that can feed type regenerative braking is urban rail transit renewable energy technologies can be used in a more economical and effective solution. Keywords：Urban Mass Transit；Energy Feedback；PWM Rectifier； 目前城市轨道交通直流牵引供电系统采用二极管整流器,电能只能从交流电网向直流牵引网单向流动。当车辆制动时,多余的再生制动能量使直流电网电压升高。传统的解决方法是设置电阻制动装置,但这将造成电能的极大浪费并带来温升等其它问题。由于轨道交通车辆起制动频繁,制动能量相当可观,若能加以合理利用必能产生良好的经济效益。针对以上情况,本文研究的能馈式再生制动装置，采取再生制动能量吸收装置与整流系统相结合的方式，即整流装置本身既是整流器又是逆变器，根据当前供电系统电压大小、能量流动的情况来切换整流、逆变状态，是一种更为经济、有效的解决方案。 1.设备介绍 1.1设备特点 能馈式再生制动装置是基于国家“十一五”最新科技成果，在城市轨道交通行业中的应用研究。该装置不仅能够在列车牵引时为列车提供能量，而且还能在列车制动时将多余的再生制动能量反馈回交流电网。不仅能够抑制直流网压的大范围波动，减小直流电压纹波，提高供电质量；更重要的是还能避免列车再生制动
1 日本铁路制动系统发展历程 在1872年，装配有蒸汽制动装置的蒸汽机车在日本的第一条铁路（东京到横滨）上开始运营。在当时，只有蒸汽机车才安装有蒸汽制动装置（如图1）。后来，日本又开发出真空闸（vacuum brake），由蒸汽喷射器（steam ejector）提供动力，从而通过利用机车之间气压和真空的差异性来进行制动。真空阀大约在1895年被运用到客运列车上面，从此列车运行变得更加安全。 1906年，日本铁路在国有化以后，全国轨道线路总里程达到7153公里。由于空气制动比真空制可以更加方便地维护，在1918年，日本铁路部规定所有车辆均须安装空气制动装置。为了达到这一标准，日本从1920年开始对所有列车的制动装置进行改装，改装历时大约10年左右的时间。到1931年，日本所有的列车均使用空气制动，采用的k三通阀（k triple valve）是在Westinghouse 设计的基础上进行改进而成（图2）。 如今，日本绝大多数客运列车是电气化列车，并且每年大约制造出2000节客车车厢，其中97%是电气化列车。在1955年，电气化列车开始安装拥有电磁阀（solenoid valve）的空气制动装置，从而使得制动效果得到显著改善。与此同时，动态制动（dynamic brake），也称之为再生制动，
开始得到推广。当1964年东海道新干线路段开通时，列车采用了两套制动系统，一个是空气制动，另一个是动力制动。1970年，制动效果更好的电力控制空气制动系统（electric command air brake system）开始推广，被运用于新干线和窄轨动车组。 2 空气制动基本原理 图3显示了自动空气制动系统的内部结构。每两节或者四节车厢就安装有一台空气压缩机，空气首先被压缩至700-900kpa，然后压缩空气被送入储气缸（air reservoir）。通过压力调节器可以将压缩空气的气压降低至490kpa，再依次通过制动阀、制动导管和控制阀，最后到达辅助储气缸。当制动导管和辅助储气缸的压缩空气压力在490kpa时，制动器不启动。然而，当制动阀切断来自压力调节器的空气时，控制阀就会监测到制动导管的气压降低情况，从而根据气压降低的幅度，调节从辅助储气缸到制动汽缸的压缩空气流量。制动汽缸会驱动制动系统使列车减速。控制阀会根据制动管道气压降低的幅度相应调节从辅助储气缸到制动汽缸的空气流量。图4显示了直通空气制动机（straight air brake）的运作流程。与自动空气制动系统不同的是，直通空气制动机没有控制阀或辅助储气缸。制动阀通过将压缩空气输送到制动汽缸，来完成列车制动。 然而，在正常运行状态下，直通空气管道不含有压缩空气，当列车处于解钩状态下，制动会失效。为了解决上述问题，需要将直通空气制动系统和自动控制系统结合起来。还可以增设一条管道，其功能类似于自动空气制动系统中的制动管道。当主要空气储气缸压缩空气的压力下降，或者空气管道漏气，就能够监测出压力下降变化，制动系统就会相应运转。例如在新干线，如果管道气压低于600kpa，制动系统就好自动发挥作用。 3 列车制动原理 为了确保机车安全运行，政府部门往往会制定相应的规范，对制动距离和减速率进行了限定。日本的规定是窄轨机车在最大时速运行时的减速距离不得超过600米。为了使机车在尽可能短的距
条件 再生反馈电压必须高于直流牵引电网电压 再生制动能量可被本列车的辅助设备吸收利用，也可提供相邻列车使用 再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示，该装置是将制动能量吸收到电池介质中，当供电区间有列车需要取流时，再将所储存的能量释放出去，由于蓄电池本身的特点充放电电流小，瞬间不能大功率充放电，所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命，储能容量相对较少。 （2）飞轮储能型 采用飞轮储能方式的吸收装置由储能飞轮电机、IGBT斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和控制模块等组成。该装置直接接在变电所正负母线间或接触网和回流轨间，其核心技术是利用核物理工业的物质分离衍生技术而制造的飞轮，该装置设置在真空壳体内，飞轮经过特殊材料和加工工艺制成的轴支撑在底部结构上。
近几年，英国UPT电力公司生产的成熟运营的飞轮储能型产品，在香港电力系统、香港巴士公司、英国、纽约部分地铁均有应用。国内北京大学某实验室有类似的小功率产品研制，但飞轮的机械参数难以达到国外的水平，无法在工程中投入使用。该产品的优点：有效利用了再生制动能量，节能效益好；并可取消(或减少)车载制动电阻，降低车辆自重，提高列车动力性能；直接接在接触网或变电所正负直流母线间，再生电能直接在直流系统内转换，对交流供电系统不会造成影响。该产品的缺点：飞轮是高速转动的机械产品，对制造工艺要求很高，需采用真空环境和特殊轴类制造技术，成本较高。使用寿命是否能满足要求，维护维修是否方便，另外国内无成熟技术和产品等都成为制约其推广的因素。 （3）超级电容储能 以已经投入运行的北京地铁5号线为例简单说明超级电容储能的应用。 当具有再生制动能力的车辆在变电站能量存储系统附近释放能量时，牵引网网压上升，能量存储系统的调节器可探测到这种情况，并将牵引网系统中暂时多余的能量存储到电容器中，使牵引网网压保持在限定范围内。若车辆在变电站能量存储系统附近起动或加速，牵引网网压下降，此时，能量存储系统的调节器将能量从存储系统输送回牵引网系统中，保持牵引网网压稳定。在直流牵引网的空载状态下，能量存储系统从牵引系统吸收一部分能量，通过这种方式可以帮助车 辆起动。
城市轨道交通制动系统 1、制动与缓解 （1）制动。 制动是指人为地通过制动装置使车辆减速或阻止其加速的过程。从能量变化角度分析，制动过程是一个能量转移的过程，即将列车运行的动能人为控制地转化成其他形式能量的过程。 而制动力则是指使车辆减速或阻止其加速的外力，制动机是产生并控制制动力的装置。 （2）缓解。 缓解是对已经施行制动的列车，解除或减弱其制动作用。对于运动的列车而言，列车在停车后启动加速前或列车在运行途中限速制动后加速前均要解除制动作用，即施行缓解作用。 2、制动装置与制动系统 （1）制动装置。 制动装置是在车辆中产生制动力，使列车减速、停车的一套机械、电气装置，一般将机械装置称为基础制动装置，而将电气控制的部分称为制动机。制动作用的性能对保证车辆安全和正点运行具有极其重要的作用，制动装置也是提高列车运行速度和线路输送能力的重要条件之一。 （2）制动系统。 ①制动系统的组成。制动系统由动力制动系统、空气制动系统及指令和通信网络系统组成。
动力制动系统。动力制动系统一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反馈电路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器上。 空气制动系统。空气制动系统由供气部分、控制部分和执行部分组成。供气部分有空气压缩机组、空气干燥器的风缸等；控制部分有电-空转换阀、紧急阀、称重阀、中继阀等；执行部分主要是指基础制动装置，主要有闸瓦制动装置、盘形制动装置等。 指令和通信网络系统。指令和通信网络系统是传递司机指令的通道，也是制动系统内部数据传递交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线。 ②制动系统的作用。制动系统的主要作用如下： 车辆在运行过程中，司机通过制动装置使列车减速、停车或停止加速。 防止车辆在长大下坡道运行时加速。 防止城轨车辆在停车线或检修线上自动溜放而实施停放作用等。