惯性能电动列车的制作方法

1.本发明涉及新能源电动列车技术领域，具体涉及惯性能电动列车。


背景技术：

2.现有的电传动列车都是依靠外部电网提供的电能作为牵引力推动列车运行。实际操作中，当列车高速运行时，由于列车的质量大、车速快，必不可少的都会产生巨大的惯性能量。这个惯性能量使得当列车需要减速、滑行或制动时，会有继续运动的惯性，以往和现有技术手段都是依靠自然阻力或人为阻力(刹车系统的制动)在一定时间、距离范围内将惯性能予以抵消或减小，以达到降低速度或制动停车的目的。因而列车的惯性能就这样被白白的浪费消耗掉了。更有甚者，当列车在具有巨大惯性能时需要人为紧急制动停车时，不但耗去了大量的惯性能量，而且还要耗去几乎与惯性能相当的制动力才能抵消或减小，这就造成了对能量更大的浪费和重复的浪费。现有列车从启动运行达到设计速度后，期间的滑行、加速、减速、制动动作的周而复始的运用都是在重复不断地、周而复始地消耗和浪费能源。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供惯性能电动列车，采用技术手段将列车惯性能转换存储利用起来，解决现有技术中的问题。
4.惯性能电动列车，包括所有电传动列车，在列车的车背上安装有受电弓，外源电网连接列车受电弓，列车受电弓连接列车车头总控台，车头总控台分别连接至列车动力牵引系统和励磁控制器；
5.列车动力牵引系统和励磁控制器连接有牵引电机，牵引电机连接车轮旋转轴，给车轮旋转轴提供旋转动力，车轮旋转轴上安装有列车车轮；牵引电机为他激式励磁发电机；
6.牵引电机连接输出电能并网控制器，输出电能并网控制器与外源电网连接。
7.作为一种优选技术方案，列车加速至额定高阈值前，牵引电机与励磁控制器断开连接，列车动力牵引系统与牵引电机连接导通；当列车运行到额定高阈值时，列车动力牵引系统与牵引电机断开连接，励磁控制器与牵引电机连接导通，将列车惯性能转换为电能并通过输出电能并网控制器输入电网。当列车减速至额定低阈值速度时，牵引电机与励磁控制器连接断开，列车动力牵引系统与牵引电机连接导通。
8.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
9.利用技术手段将列车惯性能转换利用，产生巨大的经济效益，具有很好的社会效益。
附图说明
10.图1为本发明的拓扑图。
具体实施方式
11.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供惯性能电动列车，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
12.实施例1
13.惯性能电动列车，包括所有电传动列车，在列车的车背上安装有受电弓，外源电网连接列车受电弓。列车受电弓还连接列车车头总控台，车头总控台分别连接至列车动力牵引系统和励磁控制器。
14.列车动力牵引系统和励磁控制器连接有牵引电机(他激式励磁发电机)，牵引电机连接车轮旋转轴，给车轮旋转轴提供旋转动力，车轮旋转轴上安装有列车车轮。
15.牵引电机连接输出电能并网控制器，输出电能并网控制器与外源电网连通，将牵引电机发出的电能输出至外源电网。
16.在设定的速度惯性能作用下，励磁控制器与牵引电机连接励磁，增大牵引电机内阻，使得牵引电机变为他激式励磁发电机，将车轮旋转轴机械能转换为电能，输出并存储在电网。
17.本实施例的工作过程是：
18.当列车启动并加速到设计的额定速度前，励磁控制器与牵引电机断开，处于分离状态。
19.当列车启动时，外源电网的电能通过列车受电弓、列车动力牵引系统供给牵引电机，使牵引电机带动车轮旋转轴旋转，车轮旋转轴带动车轮转动，车辆运行。从启动后的低速加速到设定的高阈值速度后，此时列车动力牵引系统立即停止向牵引电机供电；此时励磁控制器与牵引电机连接，励磁增大牵引电机内阻，牵引电机由电动机切换功能为发电机，处于发电状态。此时列车在惯性能作用下减速行驶，由于车轮旋转轴依然持续转动，牵引电机一直处于发电状态，该发出的电能通过输出电量并网控制器源源不断输入外源电网。
20.当列车运动速度低于设定低阈值时，励磁控制器即时与牵引电机断开停止励磁，列车动力牵引系统随机恢复为牵引电机供电，牵引列车加速前行，直至列车再次提速至额定高阈值速度时，列车动力牵引系统再次停止向牵引电机供电，励磁控制器再次与牵引电机连接励磁发电，如此循环。
21.根据运行列车即时速度计算，用于加速的时间短、耗能少；而同比列车加速时，列车减速距离长、时间长，所以惯性能转换的电能大、时间长。
22.按本实施例进行计算得到结果如下：同一列车在不同速度的动能或惯性能最大作功功率对比，如表1所示，计算公式：动能或惯性能＝1/2mv2(焦耳)；1马力＝745.7每秒钟的焦耳。
23.表1：列车在不同速度
[0024][0025]
从表1中可看出，同一列车在不同速度中停止作用力时的惯性能最大作功功率是
不一样的。当质量为525t的列车在速度1m/s时停止作用力，它的惯性能作功功率最大为3500马力，但当它的速度达到97.2m/s(350公里/时)的牵引力停止，它的惯性能最大作功功率为33067440马力，如果当达到105.2m/s(378公里/时)时，这列车的最大作功功率达到38734640马力。最低速和最高速作功功率相比，其比值为1:11067。
[0026]
如表2所示，525t的列车从静止加速到105.2m/s的总耗能与动能(惯性能)的相比数据对比如下：
[0027]
表2
[0028][0029]
从表2中可知，当列车以每秒3.5m的平均加速度耗时30s即将列车牵引到105.2m/s的速度，总共耗能51450马力，停止作用时获得的惯性能最大作功功率为38734640马力。总耗能与惯性能的比值为1:752。将惯性能作功功率减去总耗能功率，获得惯性能作功功率：38683190马力。
[0030]
由于同一列车在不同速度停止作用力时的最大作功率和净获得的可转换惯性能作功功率数值不同，这就为本发明的惯性能转换运用在列车上提供了依据。可以根据列车实际运行速度环境情况找到切合点转换。在合适的速度作为设定的高阈值速度，停止列车牵引动力，而使用惯性能转换电能。
[0031]
假设列车设定高阈值为378公里/时，低阈值为350公里/时。根据表1可得：38734640马力-33067440马力＝5667200马力，即说明在这个区间中降速为8m/s，可供转换惯性能最大功率为5667200马力。如果列车牵引电机的组合动力装机合计负荷为7000马力。列车在高速运行的情况下阻力为0.07m(m为列车质量)。此时，列车转换负荷加总阻力共为7490马力。所以惯性能转换时间为5667200马力/7490马力＝756s，可转换电能1088度。当列车在上述区间降速到低阈值时，停止惯性能转换再次将列车加速至高阈值，只需要1s，而降速需要756s。提速仅需耗能3150马力，又获得降速转换5667200马力，转换成电能1088度输入外源电网。
[0032]
北京至上海的高铁列车行驶时间为3h，每小时列车从低阈值至高阈值为3600/756＝4.7次，1次可获得电能为1088度，1小时内可获得5113.6度。3小时为15340.8度。
[0033]
停车前(低阈值速度以下)，列车在350公里/时速度下至静止惯性能最大作功功率为：33067440马力/7490马力＝4414s；4414(s)x7000(马力)/1.35(马力)x1000(瓦/h)/3600000＝6357.6度。注：马力单位与电力度数单位转换计算：1kw/h＝1000瓦/h＝1度＝1.35马力。
[0034]
北京到上海往返为(一天)：(15340.8+6357.6)x2＝43396.8度。
[0035]
月：43396.8x30＝1301904度；年：1301904x12＝15622848度。
[0036]
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.惯性能电动列车，包括电动列车，其特征在于，包括列车，在列车的车背上安装有受电弓，外源电网连接列车受电弓，列车受电弓连接列车车头总控台，车头总控台分别连接至列车动力牵引系统和励磁控制器；列车动力牵引系统和励磁控制器连接有牵引电机，牵引电机连接车轮旋转轴，给车轮旋转轴提供旋转动力，车轮旋转轴上安装有列车车轮；牵引电机为他激式励磁发电机；牵引电机连接输出电能并网控制器，输出电能并网控制器与外源电网连接。2.根据权利要求1所述的惯性能电动列车，其特征在于，列车加速至额定高阈值前，牵引电机与励磁控制器断开连接，列车动力牵引系统与牵引电机连接导通；当列车运行到额定高阈值时，列车动力牵引系统与牵引电机断开连接，牵引电机与励磁控制器连接导通，当列车减速至额定低阈值速度时，牵引电机与励磁控制器连接断开，列车动力牵引系统与牵引电机连接导通。

技术总结
本发明的目的在于充分利用列车惯性能。惯性能电动列车，包括电动列车，包括列车，在列车的车背上安装有受电弓，外源电网连接列车受电弓，列车受电弓连接列车车头总控台，车头总控台分别连接至列车动力牵引系统和励磁控制器；列车动力牵引系统和励磁控制器连接有牵引电机，牵引电机连接车轮旋转轴，给车轮旋转轴提供旋转动力，车轮旋转轴上安装有列车车轮；牵引电机为他激式励磁发电机；牵引电机连接输出电能并网控制器，输出电能并网控制器与外源电网连接。网连接。网连接。


技术研发人员：罗昌仁 罗明铭
受保护的技术使用者：罗昌仁
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/27