磁轨制动器施加时的能量过程分析-论文

磁轨制动器是用于低地板有轨电车和部分高速动车组中的一种紧急制动装置。本文主要分析了其在施加紧急制动时的能量过程，涉及电磁吸力、电能消耗、线圈磁场能量存储、磁滞损耗、涡流损耗、机械动能、弹性势能、摩擦热能等概念。 磁轨制动器由电磁铁、侧板、极靴、导轨、安装座和悬挂装置等部分组成。电磁铁通过绕制在铁芯上的线圈产生吸力，吸附到轨道上，完成紧急制动。在制动过程中，磁轨制动器从车载蓄电池吸收电能，线圈电感作用下储存部分电能为磁场能，并最终转换为其他形式的能量。在能量转换过程中，主要的能量形式包括内能、机械动能、弹性势能、摩擦热能等。 具体到磁轨制动器的工作原理，可以将励磁线圈简化为电感L和电阻R1串联，电源E模拟列车蓄电池，开关S模拟接触器主触点。施加紧急制动时，开关S闭合，电流流经电源、电阻、电感形成闭合回路，建立初始磁场，产生的磁通经过侧板、极靴、轨道，使得磁轨制动器吸附到轨道上。磁场能随之转换为磁滞损耗（内能）、涡流损耗（内能）、机械动能等。制动缓解时，开关S断开，电感作为储能元件释放电流，能量通过电阻R1和放电支路消耗。 磁轨制动器的能量过程可以从电能消耗、磁场能量存储和转换、磁滞损耗、涡流损耗等方面进行分析。通过等效电路列出KVL方程，对线圈电路进行能量平衡分析，得出在时间dt内由电源获得的电能与消耗于线圈电阻上的热能（欧姆损耗）以及转换为磁轨制动器的磁能之间的关系。磁化过程中，磁滞损耗和涡流损耗的产生是因为铁芯和轨道材料的磁化和涡电流效应。 此外，磁轨制动器的磁能转化为多种能量形式的过程包括：压缩弹簧产生弹性势能、剧烈碰撞产生内能、系统摩擦产生内能、气隙减小引起钢轨内部磁感应强度增大造成的涡流损耗。这些能量的转换过程复杂且多样，研究和计算这些能量的组成部分，对理解磁轨制动器的本质原理以及对其放电电路的设计和器件选型具有重要意义。