Динамическое торможение — это использование тягового электродвигателя в качестве генератора при замедлении транспортного средства, например электровоза или дизель- электровоза . Он называется « реостатическим », если генерируемая электрическая мощность рассеивается в виде тепла в резисторах тормозной решетки , и « регенеративным », если мощность возвращается в линию питания. Динамическое торможение снижает износ компонентов тормозной системы, основанных на трении , а регенерация снижает чистое потребление энергии. Динамическое торможение может применяться также на автомотрисах , легкорельсовом транспорте , электротрамваях , троллейбусах , электрических и гибридных электромобилях .
Преобразование электрической энергии в механическую энергию вращающегося вала (электродвигателя) является обратным преобразованию механической энергии вращающегося вала в электрическую энергию (электрогенератора). И то, и другое достигается за счет взаимодействия обмоток якоря с (относительно) движущимся внешним магнитным полем, при этом якорь подключен к электрической цепи либо с источником питания (двигатель), либо с приемником мощности (генератор). Поскольку роль устройства преобразования электрической/механической энергии определяется тем, какой интерфейс (механический или электрический) передает или получает энергию, одно и то же устройство может выполнять роль либо двигателя, либо генератора. При динамическом торможении тяговый двигатель включается в роль генератора путем переключения с питающей цепи на приемную цепь с одновременным подачей электрического тока на катушки возбуждения, генерирующие магнитное поле ( возбуждение ).
Величина сопротивления, приложенного к вращающемуся валу (мощность торможения), равна скорости выработки электроэнергии плюс некоторая потеря эффективности. Это, в свою очередь, пропорционально напряженности магнитного поля, контролируемой током в катушках возбуждения, и скорости, с которой якорь и магнитное поле вращаются друг против друга, определяемой вращением колес и передаточным отношением приводного вала. для вращения колеса. Величина тормозной мощности контролируется путем изменения силы магнитного поля за счет величины тока в катушках возбуждения. Поскольку скорость выработки электроэнергии и, наоборот, мощность торможения пропорциональны скорости вращения приводного вала, для поддержания тормозной мощности при уменьшении скорости требуется более сильное магнитное поле, и существует нижний предел, при котором возможно динамическое торможение. быть эффективным в зависимости от тока, доступного для подачи на катушки возбуждения.
Двумя основными методами управления электроэнергией, вырабатываемой во время динамического торможения, являются реостатическое торможение и рекуперативное торможение, как описано ниже.
Для двигателей с постоянными магнитами динамическое торможение легко достигается путем замыкания клемм двигателя, что приводит к быстрой и резкой остановке двигателя. Однако этот метод рассеивает всю энергию в виде тепла в самом двигателе, и поэтому из-за ограничений по охлаждению его нельзя использовать ни в каких других целях, кроме периодических применений с низким энергопотреблением, например, в аккумуляторных электроинструментах. Он не подходит для тяговых применений.
Электрическая энергия, вырабатываемая двигателями, рассеивается в виде тепла блоком встроенных резисторов , называемых тормозной сеткой . Большие охлаждающие вентиляторы необходимы для защиты резисторов от повреждений. Современные системы имеют температурный мониторинг, поэтому, если температура крена станет чрезмерной, он отключится, и торможение снова будет осуществляться только за счет трения .
В электрифицированных системах используется процесс рекуперативного торможения , при котором ток, вырабатываемый во время торможения, возвращается в систему электропитания для использования другими тяговыми агрегатами, а не тратится в виде тепла. В электрифицированных системах обычно используются как рекуперативное, так и реостатическое торможение. Если система электропитания не «восприимчива» , то есть не способна поглощать ток, система по умолчанию перейдет в реостатный режим, чтобы обеспечить эффект торможения.
Теперь доступны верфовые локомотивы со встроенными системами хранения энергии, которые позволяют рекуперировать часть энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую в виде тепла. Модель Green Goat , например, используется компаниями Canadian Pacific Railway , BNSF Railway , Kansas City Southern Railway и Union Pacific Railroad .
На современных пассажирских локомотивах, оснащенных инверторами переменного тока , тянущих поезда с достаточной нагрузкой на головную станцию (HEP), энергия торможения может использоваться для питания бортовых систем поезда посредством рекуперативного торможения, если система электрификации не восприимчива или даже если путь не восприимчив. электрифицирован изначально. Нагрузка ТЭЦ в современных пассажирских поездах настолько велика, что некоторые новые электровозы, такие как АЛП-46, были спроектированы без традиционных сетей сопротивления.
Одного лишь динамического торможения недостаточно, чтобы остановить локомотив, поскольку его тормозной эффект быстро снижается ниже скорости ниже 10–12 миль в час (16–19 км/ч). Поэтому он всегда используется вместе со штатным пневматическим тормозом . Эта комбинированная система называется смешанным торможением . Литий-ионные аккумуляторы также используются для хранения энергии, необходимой для полной остановки поездов. [1]
Хотя смешанное торможение сочетает в себе как динамическое, так и воздушное торможение, результирующая тормозная сила должна быть такой же, как и сами пневматические тормоза. Это достигается за счет максимизации динамической тормозной части и автоматического регулирования воздушной тормозной части, поскольку основная цель динамического торможения — уменьшить необходимое количество воздушного торможения. Это экономит воздух и сводит к минимуму риск перегрева колес. По оценкам одного производителя локомотивов, Electro-Motive Diesel (EMD), динамическое торможение обеспечивает от 50% до 70% тормозного усилия во время смешанного торможения.
Третий метод электрического торможения - это торможение свечей или «затыкание», при котором на короткое время прикладывается обратный крутящий момент. Это наиболее быстрая форма электрического торможения, но ее недостаток заключается в приложении значительных переходных напряжений к двигателям и механическим компонентам. Обычно это резкое и «рывистое» [2] торможение, эквивалентное «толчковой пробежке» при движении вперед, а торможение пробкой никогда не применяется в системах электрической тяги. Тем не менее, он широко применяется в таких приложениях, как приводы с длинным и поперечным ходом мостовых кранов с питанием от постоянного и переменного тока ; В приводах подъемников таких кранов обычно используется реостатическое торможение. Реверсивные приводы с (намеренным) торможением вилкой обычно используют реостатическое управление для ускорения и всегда имеют сопротивление в цепи двигателя, когда применяется торможение вилкой, для ограничения обратного (тормозного) момента. Подключение обычно достигается путем кратковременного перемещения контроллера на первый шаг в противоположном направлении, а затем обратно в положение «выключено». После достижения нулевой скорости затыкание должно прекратиться, чтобы избежать вращения привода в обратном направлении, и эта функция может обеспечиваться автоматически с помощью «затыкающего реле». Подключение к сети не подходит для приводов с инверторным управлением; он становится все менее распространенным, и его активно не поощряют в современной эксплуатации кранов. [3] [4] [5]
Тормозные решетки можно использовать в качестве динамометра или нагрузочного блока для проведения испытания выходной мощности локомотива под собственной нагрузкой. При стоящем локомотиве выход главного генератора (ГГ) подключается к сетям вместо тяговых двигателей. Сетки обычно достаточно велики, чтобы поглотить полную выходную мощность двигателя, которая рассчитывается на основе выходного напряжения MG и тока.
Тепловозы с гидропередачей могут быть оборудованы гидродинамическим торможением. В этом случае гидротрансформатор или гидромуфта действуют как замедлитель так же, как водяной тормоз . Энергия торможения нагревает гидравлическую жидкость , а тепло рассеивается (через теплообменник) радиатором охлаждения двигателя. Во время торможения двигатель будет работать на холостом ходу (и выделять мало тепла), поэтому радиатор не перегружается.
