[发明专利]一种轨道车辆牵引及制动系统及方法

说明书

本发明公开了一种轨道车辆牵引及制动系统及方法，该方法基于该系统，电机，转动并产生扭矩提供轨道车辆牵引的牵引力；转动并产生扭矩提供轨道车辆制动的制动力；位置传感器，安装在电机轴上，信号端与牵引变流器连接，采集电机的位置信息并传输到牵引变流器；牵引变流器，与电源、电机和位置传感器连接，接入主动力电源进行调节后输出三相电源，接收位置传感器采集的电机的位置信息，根据电机的位置信息计算电机的转速以及加速度；根据电机的转速、电机当前工况对应的转差率以及目标扭矩，计算得到磁场旋转速度，根据磁场旋转速度及目标扭矩调节输出的三相电源的电流、电压和频率，使得电机能够在低速及零速时产生稳定可控的制动扭矩。

技术领域

本发明属于轨道车辆电子电力技术领域，具体地说，涉及一种轨道车辆牵引及制动系统及方法。

背景技术

随着我国经济的发展，城市现代化越来越高，人们出行也越来越方便，全国范围内分布的越来越广，覆盖范围越来越大的轨道交通使得人们出行也越来越方便，目前的轨道交通中使用较多的是地铁和火车。牵引及制动系统是轨道交通的重要组成部分，用来实现车辆的移动控制。现在的牵引制动系统中，牵引时，牵引力往前，轮正向转，电机产生往前的正向推力。制动时，轮往前走，制动力往后。传统的电机和牵引变流器无法做到在低速时稳定控制扭矩以提供稳定可控的制动力输出。通常在制动过程中，当列车时速降低到一定速度时，制动力会急剧下降，也就是说在低速段，没有足够的稳定的制动力，制动力曲线如图5中的传统电机制动力Bo曲线，这时，空气刹车介入，制动时，闸瓦压紧车轮，轮瓦之间发生摩擦，列车的动能大部分通过摩擦作用变成热能，并经车轮与闸瓦逸散掉。闸瓦与车轮的摩擦产生大量闸瓦粉末，逸散到空气中。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种轨道车辆牵引及制动系统及方法，该系统采用纯电机实现制动，牵引变流器根据电机实际转速、电机当前工况对应的转差率以及目标扭矩，计算得到磁场旋转速度，根据磁场旋转速度和目标扭矩调节输出的三相电源的电流、电压和频率，电机在三相电源的作用下转动并实现在低速及零速时提供稳定可控的制动扭矩，实现纯电机制动。该方法基于该系统，能够实现车辆的纯电机牵引和制动。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种轨道车辆牵引及制动系统，包括：

电机，转动并产生扭矩提供轨道车辆牵引的牵引力；转动并产生扭矩提供轨道车辆制动的制动力；

位置传感器，安装在电机轴上，信号端与牵引变流器连接，采集电机的位置信息并传输到牵引变流器；

牵引变流器，与电源、电机和位置传感器连接，接入主动力电源进行调节后输出三相电源，接收位置传感器采集的电机的位置信息，根据电机的位置信息计算电机的转速以及加速度；根据电机的转速、电机当前工况对应的转差率以及目标扭矩，计算得到磁场旋转速度，根据磁场旋转速度及目标扭矩调节输出的三相电源的电流、电压和频率，使得电机能够在低速及零速时产生稳定可控的制动扭矩。

所述的电机在零速时能够实现零速锁定。当电机轴处于零速时，外部施加一个扭矩在电机轴上，电机轴位置改变，位置传感器采集该位置变化数据，牵引变流器根据采集到的位置给定电机一个扭矩，牵引变流器根据电机的转速、电机当前工况对应的转差率以及给定的扭矩计算磁场旋转速度，根据磁场旋转速度及目标扭矩调节输出的三相电源的电流、电压和频率，控制电机产生与外部施加的扭矩相反的扭矩，使电机轴回复初始位置。整个过程采用PID控制过程实现控制。扭矩匹配功能使得轨道车辆停在坡道上时，则不需要制动结构或其他装置，仅依靠电机就能够实现车辆稳定停靠在轨道上。

所述的磁场旋转速度的计算公式如下：

n_磁场＝n_电机+S·T，其中，n_磁场为磁场旋转速度，n_电机为电机实际转速，S为电机当前工况对应的转差率，T为目标扭矩。