[发明专利]一种基于飞轮-发电机组惯量模拟系统

权利要求书

1.一种基于飞轮-发电机组惯量模拟系统，其特征在于：

所述基于飞轮-发电机组惯量模拟系统包括变频器、原动机、飞轮组、同步发电机及励磁装置、机械联接部件；

所述机械联接部件包括联轴器I和联轴器II，所述变频器连接原动机，所述原动机通过联轴器I与飞轮组相连接，所述飞轮组通过联轴器II与同步发电机及励磁装置相连接，所述同步发电机及励磁装置连接铁路车辆滚动振动台的拖动电机组；

铁路车辆滚动振动台的制动试验启动，所述变频器驱动原动机并带动飞轮转动及同步发电机发电，所述同步发电机输出至拖动电机组，当拖动电机组到达所需制动速度时，机车车辆开始进行制动，同时切除变频器，此时由于飞轮已存储相应的动能，飞轮将释放存储的动能拖动同步发电机继续发电，驱动拖动电机组继续转动，机车车辆轮对在制动力与拖动电机的反向驱动力下缓慢停车。

2.如权利要求1所述的基于飞轮-发电机组惯量模拟系统，其特征在于：所述基于飞轮-发电机组惯量模拟系统的机车车辆空载牵引试验过程包括：

(1)利用变频器转速控制实现原动机低速运转；

(2)施以较小励磁电流给同步发电机发电，从而实现拖动电机组的运转；

(3)增加原动机转速给定，将拖动电机组牵引至制动初速度；

(4)增大同步发电机励磁电流，将拖动电机组电压稳定在额定电压。

3.如权利要求2所述的基于飞轮-发电机组惯量模拟系统，其特征在于：所述基于飞轮-发电机组惯量模拟系统在机车车辆的空载牵引试验过程中，所述变频器通过转速控制实现原动机的转速，原动机转速n₀为：

式中，f₀表示原动机的定子电压频率，p₀表示原动机的极对数，s₀表示原动机的转差率；

同步发电机端电压频率f₁为：式中p₁表示同步发电机的极对数；

令拖动电机组M1、M2...Mn(n表示车辆驱动轴数)具有相同的电机参数，则转速均为：

式中p₂表示M1、M2...Mn极对数，s₁表示M1、M2...Mn转差率；

通过调节原动机的频率能实现对拖动电机组的速度控制，进而实现铁路车辆滚动试验台的机车车辆速度控制；

又同步发电机的端电压幅值为：

式中K_w表示磁动势基波绕组系数，φ表示同步发电机的合成气隙磁通；

当同步发电机带电动机运行时，由于电枢反应，气隙磁动势由励磁磁动势和电枢反应磁动势合成；当励磁电流改变时，励磁磁动势改变，则合成气隙磁动势改变，从而合成气隙磁通也改变；合成气隙磁通的改变，在其它条件不变的情况下，同步发电机的端电压也改变；故当原动机的频率一定时，通过调节同步发电机励磁电流的大小，来调节拖动电机组定子电压的大小。

4.如权利要求1所述的基于飞轮-发电机组惯量模拟系统，其特征在于：所述基于飞轮-发电机组惯量模拟系统的机车车辆制动试验过程包括：

(1)铁路车辆滚动试验台将机车车辆牵引至制动速度时，机车车辆对各驱动轴以相同制动力实施紧急制动；

(2)制动同时，通过变频器切掉原动机的输入电源，利用飞轮储能带同步发电机继续发电，进而通过拖动电机组施以机车车辆轮对与制动力方向相反的驱动力，实现机车车辆缓慢停车。

5.如权利要求4所述的基于飞轮-发电机组惯量模拟系统，其特征在于：所述基于飞轮-发电机组惯量模拟系统在机车车辆的制动试验过程中，所述拖动电机组通过轨道轮带动机车车辆轮对稳定运行后，飞轮储存的能量为：

式中，J表示飞轮的惯量，ω₀表示飞轮的角速度，n₀表示飞轮的转速；

制动过程中，令车辆各轴施以相同制动力进行制动，且制动力恒定，等效到各拖动电机轴的制动力矩为T_e；设车辆运行速度为v，质量为m，停车时间为T，忽略整个系统的机械损耗、各种阻力，由能量守恒定律有：

式中p_1Mo，p_2Mo....p_nMo表示各拖动电机输出功率；

以拖动电机M1为例进行分析，设拖动电机M1转速为n_1M，则：

拖动电机M1输出功率为：

同步发电机输出至单台拖动电机的功率为：

式中η_1M表示电机M1的效率；

拖动电机M1输入电流：

式中u₁表示同步发电机输出电压，cosφ₁表示电机M1功率因数；

同步发电机的输出电流：i₁＝∑i_xMi(x＝1、2...n)

同步发电机的输出功率：

式中η_o表示拖动电机M1效率，cosφ₀表示同步发电机的功率因数；

同步发电机的输入功率为：

根据能量守恒定律有：

由以上推导过程可得，机车车辆的动能W_f、停车时间T、飞轮的惯量J、制动力T_e之间存在相互关系，通过机车车辆动能与制动力大小，可以推算出机车车辆停车时间与飞轮惯量的大小。