CN112441057B - 一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法 - Google Patents

一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法，包括：双向等离子体减阻制动装置、高压开关装置、高压交流电源、负高压直流电源、控制子系统和传动装置；本发明解决了基于等离子体流动控制技术的列车双向减阻装置存在的高速下减阻效果弱、机械结构复杂、易损坏、无法主动控制方向和无法制动的问题。

Description

一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及列车起动技术领域，具体涉及一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法。
背景技术
我国电气化轨道交通发展势头迅猛，并以高铁、地铁、轻轨为代表。对于高铁，以300km/h以上的速度运行时，空气阻力已达到总阻力的70％以上，对于地铁和和轻轨，以100km/h的速度运行时空气阻力也可达到总阻力的20％左右。由此可见，减小列车运行时的空气阻力对于列车提速和节能有重要意义。
现有的等离子体列车减阻技术多基于传统的介质阻挡放电技术(SDBD)，传统SDBD激励器存在高速来流下减阻效果弱、不能更改激励方向的缺陷。尽管现在已经存在基于等离子体流动控制技术的列车双向减阻装置，但还存在高速下减阻效果弱、机械结构复杂、易损坏的缺陷。由于无法主动控制激励方向，目前的双向减阻激励器并不能应用于列车辅助制动。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种双向等离子体减阻制动系统及其使用方法解决了基于等离子体流动控制技术的列车双向减阻装置存在高速的下减阻效果弱、机械结构复杂、易损坏、无法主动控制方向和无法制动的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种双向等离子体减阻制动系统，包括：双向等离子体减阻制动装置、高压开关装置、高压交流电源、负高压直流电源、控制子系统和传动装置；
所述控制子系统分别与高压交流电源、负高压直流电源和传动装置通信连接；所述双向等离子体减阻制动装置通过高压开关装置分别与高压交流电源(3)和负高压直流电源电连接；所述传动装置与高压开关装置固定连接。
进一步地，双向等离子体减阻制动装置包括：第一暴露电极、第二暴露电极、嵌入电极、电介质和绝缘层；
所述绝缘层一面与车身固定连接，其相对一面与电介质内侧一面固定连接；
所述嵌入电极嵌入绝缘层和电介质之间；
所述第一暴露电极和第二暴露电极分别与电介质的外侧一面固定连接，并分别位于嵌入电极的两侧。
进一步地，高压开关装置包括：触点底板、第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、转盘、第一簧片和第二簧片；
所述第一触点、第二触点、第三触点和第四触点依次按顺时针分布于触点底板上；
所述第一簧片和第二簧片分别于转盘上，并呈中心对称分布；
所述触点底板有触点的一面与转盘有簧片的一面转动连接；
所述第一触点与第一暴露电极电连接；
所述第三触点与第二暴露电极电连接；
所述第二触点与负高压直流电源的负高压输出端连接；
所述第四触点与高压交流电源的高压输出端连接。
进一步地，第一暴露电极、第二暴露电极和嵌入电极的材料为304不锈钢；
所述嵌入电极的宽度大于第一暴露电极和第二暴露电极的宽度，其长度与第一暴露电极和第二暴露电极一致。
进一步地，电介质的材料为聚醚酰亚胺PEI。
上述进一步方案的有益效果为：聚醚酰亚胺PEI具有耐高温性能好、电损耗小、耐候性好、绝缘能力强的特点，适合做双向等离子体减阻制动装置的电介质。
进一步地，绝缘层的材料为聚乙烯PE。
上述进一步方案的有益效果为：聚乙烯PE具有介电常数小、绝缘能力强、耐候性好的特点，能减小激励器的漏电流，增加双向等离子体减阻制动装置(1)的能量利用效率。
进一步地，第一触点、第二触点、第三触点、第四触点、第一簧片和第二簧片的材料为304不锈钢。
上述进一步方案的有益效果为：304不锈钢材料稳定且耐候性强，能够延长寿命。
进一步地，触点底板和转盘的材料为FR-4环氧玻璃纤维板。
一种双向等离子体减阻制动系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、通过控制子系统确定列车需要的激励器运行状态、激励器运行方向和当前激励方向；
S2、取列车前进方向为前向，判断激励器运行方向与当前激励方向是否相同，若是，则双向等离子体减阻制动装置处于制动状态，并跳转至步骤S3，若否，则双向等离子体减阻制动装置处于减阻状态，并跳转至步骤S4；
S3、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为制动状态，若是，则不需要调整，结束，若否，则跳转至步骤S5；
S4、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为减阻状态，若是，则不需要调整，结束，若否，则跳转至步骤S5；
S5、通过控制子系统控制高压交流电源和负高压直流电源的输出的电压为0；
S6、通过控制子系统对传动装置进行控制，使转盘旋转90°，完成电路的连接转换；
S7、将高压交流电源和负高压直流电源的输出的电压恢复，实现减阻状态和制动状态的切换。
综上，本发明的有益效果为：
1)、本发明的双向等离子体减阻制动系统中的高压开关装置机械结构简单、工作稳定，可任意切换激励状态。
2)、本发明相比传统SDBD激励器，等离子体得到了进一步加速，因此激励效果得到进一步提高，能更好的对车身周围的气流进行控制。
3)、本发明采用了对称设置的两个暴露电极，可在不改变车身外机械结构，仅改变电路连接的前提下完成激励方向的改变，可用于双向运营列车的减阻以及制动，且寿命长久。
附图说明
图1为一种双向等离子体减阻制动系统的系统图；
图2为双向等离子体减阻制动装置的剖面示意图；
图3为双向等离子体减阻制动装置的俯视图；
图4为高压开关装置的示意图；
图5为一种双向等离子体减阻制动系统的使用方法的流程图；
其中，1、双向等离子体减阻制动装置；2、高压开关装置；3、高压交流电源；4、负高压直流电源；5、控制子系统；6、传动装置；101、第一暴露电极；102、第二暴露电极；103、嵌入电极；104、电介质；105、绝缘层；201、触点底板；202、第一触点；203、第二触点；204、第三触点；205、第四触点；206、转盘；207、第一簧片；208、第二簧片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种双向等离子体减阻制动系统，包括：双向等离子体减阻制动装置1、高压开关装置2、高压交流电源3、负高压直流电源4、控制子系统5和传动装置6；
所述控制子系统5分别与高压交流电源3、负高压直流电源4和传动装置6通信连接，以控制电源的输出电压和高压开关装置2的动作，进而控制激励强度和激励方向；所述双向等离子体减阻制动装置1通过高压开关装置2分别与高压交流电源3和负高压直流电源4电连接；所述传动装置6与高压开关装置2固定连接。
双向等离子体减阻制动装置1产生等离子体对车身周围的空气流场进行控制。
如图2～3所示，双向等离子体减阻制动装置1包括：第一暴露电极101、第二暴露电极102、嵌入电极103、电介质104和绝缘层105；
所述绝缘层105一面与车身固定连接，安装于车体外形曲率变化较大的位置，其相对一面与电介质104内侧一面固定连接；
所述嵌入电极103嵌入绝缘层105和电介质104之间；
所述第一暴露电极101和第二暴露电极102分别与电介质104的外侧一面固定连接，并分别位于嵌入电极103的两侧。
嵌入电极103接地，列车前进方向一侧的暴露电极施加对地的高压正弦交流电，另一侧的暴露电极施加对地的负高压直流电。
如图4所示，高压开关装置2包括：触点底板201、第一触点202、第二触点203、第三触点204、第四触点205、转盘206、第一簧片207和第二簧片208；
所述第一触点202、第二触点203、第三触点204和第四触点205依次按顺时针分布于触点底板201上；
所述第一簧片207和第二簧片208分别于转盘206上，并呈中心对称分布；
所述触点底板201有触点的一面与转盘206有簧片的一面转动连接；
所述第一触点202与第一暴露电极101电连接；
所述第三触点204与第二暴露电极102电连接；
所述第二触点203与负高压直流电源4的负高压输出端连接；
所述第四触点205与高压交流电源3的高压输出端连接。
以图4所示的位置为例，将触点底板201和触点的组合，与转盘206和簧片组合接触，一块簧片即可短路2个相邻的触点，将转盘206旋转90度，一块簧片可以短路触点底板201上另外两个相邻触点，通过转盘206的旋转实现第一暴露电极101和第二暴露电极102接入不同的电源，实现电源的切换，即实现改变激励的方向。
上述的双向等离子体减阻制动装置1，通电时，列车前进方向一侧暴露电极与嵌入电极103通过介质阻挡放电产生向后运动的等离子体，然后该等离子体受另一侧暴露电极向后电场力的作用，其作用范围得到延伸，并被进一步加速。
上述的等离子体减阻或制动装置，直流和交流高压电源的供电电压可以调节，以此来调节激励强度；两高压电源通过高压开关装置2与两个暴露电极连接，通过控制高压开关装置2的连接方式改变电路连接，反转两高压电源与暴露电极的连接方式，达到反转激励方向的目的。双向等离子体减阻制动装置1产生气流方向与列车离去方向同向时，装置起到减阻作用；双向等离子体减阻制动装置1产生气流方向与列车离去方向反向时，装置起辅助制动作用。
第一暴露电极101、第二暴露电极102和嵌入电极103的材料为304不锈钢；
所述嵌入电极103的宽度大于第一暴露电极101和第二暴露电极102的宽度，其长度与第一暴露电极101和第二暴露电极102一致。
电介质104的材料为聚醚酰亚胺PEI。
绝缘层105的材料为聚乙烯PE。
第一触点202、第二触点203、第三触点204、第四触点205、第一簧片207和第二簧片208的材料为304不锈钢。
进一步地，触点底板201和转盘206的材料为FR-4环氧玻璃纤维板。
如图5所示，一种双向等离子体减阻制动系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、通过控制子系统5确定列车需要的激励器运行状态、激励器运行方向和当前激励方向；
S2、取列车前进方向为前向，判断激励器运行方向与当前激励方向是否相同，若是，则双向等离子体减阻制动装置1处于制动状态，并跳转至步骤S3，若否，则双向等离子体减阻制动装置1处于减阻状态，并跳转至步骤S4；
S3、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为制动状态，若是，则不需要调整，结束，若否，则跳转至步骤S5；
S4、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为减阻状态，若是，则不需要调整，结束，若否，则跳转至步骤S5；
S5、通过控制子系统5控制高压交流电源3和负高压直流电源4的输出的电压为0；
S6、通过控制子系统5对传动装置6进行控制，使转盘206旋转90°，完成电路的连接转换；
S7、将高压交流电源3和负高压直流电源4的输出的电压恢复，实现减阻状态和制动状态的切换。

Claims (9)

1.一种双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，包括：双向等离子体减阻制动装置(1)、高压开关装置(2)、高压交流电源(3)、负高压直流电源(4)、控制子系统(5)和传动装置(6)；
所述控制子系统(5)分别与高压交流电源(3)、负高压直流电源(4)和传动装置(6)通信连接；所述双向等离子体减阻制动装置(1)通过高压开关装置(2)分别与高压交流电源(3)和负高压直流电源(4)电连接；所述传动装置(6)与高压开关装置(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述双向等离子体减阻制动装置(1)包括：第一暴露电极(101)、第二暴露电极(102)、嵌入电极(103)、电介质(104)和绝缘层(105)；
所述绝缘层(105)一面与车身固定连接，其相对一面与电介质(104)内侧一面固定连接；
所述嵌入电极(103)嵌入绝缘层(105)和电介质(104)之间；
所述第一暴露电极(101)和第二暴露电极(102)分别与电介质(104)的外侧一面固定连接，并分别位于嵌入电极(103)的两侧。
3.根据权利要求1所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述高压开关装置(2)包括：触点底板(201)、第一触点(202)、第二触点(203)、第三触点(204)、第四触点(205)、转盘(206)、第一簧片(207)和第二簧片(208)；
所述第一触点(202)、第二触点(203)、第三触点(204)和第四触点(205)依次按顺时针分布于触点底板(201)上；
所述第一簧片(207)和第二簧片(208)分别设置于转盘(206)上，并呈中心对称分布；
所述触点底板(201)有触点的一面与转盘(206)有簧片的一面转动连接；
所述第一触点(202)与第一暴露电极(101)电连接；
所述第三触点(204)与第二暴露电极(102)电连接；
所述第二触点(203)与负高压直流电源(4)的负高压输出端连接；
所述第四触点(205)与高压交流电源(3)的高压输出端连接。
4.根据权利要求2所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述第一暴露电极(101)、第二暴露电极(102)和嵌入电极(103)的材料为304不锈钢；
所述嵌入电极(103)的宽度大于第一暴露电极(101)和第二暴露电极(102)的宽度，其长度与第一暴露电极(101)和第二暴露电极(102)一致。
5.根据权利要求2所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述电介质(104)的材料为聚醚酰亚胺PEI。
6.根据权利要求2所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述绝缘层(105)的材料为聚乙烯PE。
7.根据权利要求3所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述第一触点(202)、第二触点(203)、第三触点(204)、第四触点(205)、第一簧片(207)和第二簧片(208)的材料为304不锈钢。
8.根据权利要求3所述的双向等离子体减阻制动系统，其特征在于，所述触点底板(201)和转盘(206)的材料为FR-4环氧玻璃纤维板。
9.一种如权利要求3所述的双向等离子体减阻制动系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过控制子系统(5)确定列车需要的激励器运行状态、激励器运行方向和当前激励方向；
S2、取列车前进方向为前向，判断激励器运行方向与当前激励方向是否相同，若是，则双向等离子体减阻制动装置(1)处于制动状态，并跳转至步骤S3，若否，则双向等离子体减阻制动装置(1)处于减阻状态，并跳转至步骤S4；
S3、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为制动状态，若是，则不需要调整，结束流程，若否，则跳转至步骤S5；
S4、根据列车需要的激励器运行状态，判断需要的激励器运行状态是否为减阻状态，若是，则不需要调整，结束流程，若否，则跳转至步骤S5；
S5、通过控制子系统(5)控制高压交流电源(3)和负高压直流电源(4)的输出的电压为0；
S6、通过控制子系统(5)对传动装置(6)进行控制，使转盘(206)旋转90°，完成电路的连接转换；
S7、将高压交流电源(3)和负高压直流电源(4)的输出的电压恢复，实现减阻状态和制动状态的切换。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Feng Yuan

Inventor after: Yang Zefeng

Inventor after: Wei Wenfu

Inventor after: Gao Guoqiang

Inventor after: Yin Guofeng

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