ダイナミックブレーキ

ダイナミック ブレーキとは、電気機関車やディーゼル電気機関車などの車両を減速させるときに、電気牽引モーターを発電機として使用することです。生成された電力がブレーキ グリッド抵抗器で熱として消散する場合は「レオスタティック」と呼ばれ、電力が供給ラインに戻される場合は「回生」と呼ばれます。ダイナミック ブレーキは、摩擦ベースのブレーキ部品の摩耗を減らし、回生は正味のエネルギー消費を減らします。ダイナミック ブレーキは、複数のユニットを備えた鉄道車両、ライト レール車両、電気路面電車、トロリーバス、電気自動車およびハイブリッド電気自動車にも使用できます。

電気エネルギーを回転軸の機械エネルギーに変換すること（電動機）は、回転軸の機械エネルギーを電気エネルギーに変換すること（発電機）の逆です。どちらも、アーマチュア巻線と（相対的に）移動する外部磁場との相互作用によって実現され、アーマチュアは、電源（電動機）または電力受容体（発電機）のいずれかを備えた電気回路に接続されています。電気/機械エネルギー変換装置の役割は、どのインターフェース（機械的または電気的）がエネルギーを提供または受け取るかによって決まるため、同じ装置がモーターまたは発電機のいずれかの役割を果たすことができます。発電ブレーキでは、磁界（励起）を生成する界磁コイルに電流を流しながら、供給回路から受容体回路に切り替えることで、トラクションモーターを発電機の役割に切り替えます。

回転軸にかかる抵抗の量 (制動力) は、発電量にいくらかの効率損失を加えた値に等しくなります。これは、磁界の強さ (界磁コイルの電流によって制御)、およびアーマチュアと磁界が互いに回転する速度 (車輪の回転および動力軸と車輪の回転の比率によって決定) に比例します。制動力の量は、磁界の強さを界磁コイルの電流量で変化させることによって制御されます。発電量、つまり制動力は動力軸の回転速度に比例するため、速度が低下すると制動力を維持するためにより強い磁界が必要となり、界磁コイルに流せる電流に応じてダイナミック ブレーキが効果的になる下限が存在します。

発電ブレーキ中に発生した電気を管理する主な 2 つの方法は、以下に説明するように、抵抗ブレーキと回生ブレーキです。

永久磁石モーターの場合、モーター端子を短絡させることでダイナミックブレーキを簡単に実現し、モーターを急停止させることができます。ただし、この方法ではすべてのエネルギーがモーター自体の熱として消散するため、冷却の制限により、コードレス電動工具などの低電力の断続的な用途以外には使用できません。牽引用途には適していません。

モーターによって生成された電気エネルギーは、ブレーキグリッドと呼ばれるオンボード抵抗器バンクによって熱として放散されます。抵抗器を損傷から保護するには、大型の冷却ファンが必要です。最新のシステムには熱監視機能があり、バンクの温度が過度に高くなるとスイッチがオフになり、ブレーキは摩擦のみによる状態に戻ります。

電動システムでは、回生ブレーキのプロセスが採用されており、ブレーキ中に発生した電流は熱として無駄にされるのではなく、他の牽引ユニットで使用できるように電源システムにフィードバックされます。電動システムでは、回生ブレーキと抵抗ブレーキの両方を組み込むのが一般的です。電源システムが「受容性」がない場合、つまり電流を吸収できない場合、システムはブレーキ効果を提供するために抵抗モードにデフォルト設定されます。

熱として無駄になるはずだったエネルギーの一部を回収できるオンボードエネルギー貯蔵システムを備えたヤード機関車が現在利用可能です。たとえば、グリーンゴートモデルは、カナダ太平洋鉄道、BNSF鉄道、カンザスシティサザン鉄道、ユニオンパシフィック鉄道で使用されています。

十分なヘッドエンド電力(HEP) 負荷を持つ列車を牽引するACインバーターを備えた現代の旅客機関車では、電化システムが反応しない場合や、そもそも線路が電化されていない場合でも、ブレーキエネルギーを回生ブレーキを介して列車の車載システムに電力供給するために使用できます。現代の旅客列車の HEP 負荷は非常に大きいため、ALP-46などの一部の新しい電気機関車は、従来の抵抗グリッドなしで設計されています。

ダイナミックブレーキだけでは機関車を止めるのに十分ではありません。なぜなら、時速約10～12マイル（16～19 km/h）以下になるとブレーキの効果が急速に低下するからです。そのため、ダイナミックブレーキは常に空気ブレーキなどの別の形式のブレーキと組み合わせて使用​​されます。両方のブレーキシステムを同時に使用する方法は、ブレンドブレーキと呼ばれます。リチウムイオン電池は、列車を完全に停止させるためのエネルギーを蓄えるためにも使用されています。^[1]

ブレンドブレーキはダイナミックブレーキとエアブレーキの両方を組み合わせたものですが、結果として得られるブレーキ力はエアブレーキ自体が提供するのと同じになるように設計されています。ダイナミックブレーキの主要目的は必要なエアブレーキの量を減らすことであるため、ダイナミックブレーキ部分を最大化し、エアブレーキ部分を自動的に調整することでこれを実現します。これにより空気が節約され、ホイールが過熱するリスクが最小限に抑えられます。機関車メーカーの 1 つであるElectro-Motive Diesel (EMD) は、ブレンドブレーキ中にダイナミックブレーキがブレーキ力の 50% から 70% を提供すると見積もっています。

3 つ目の電気ブレーキの方法は、短時間逆トルクをかけるプラグブレーキまたは「プラギング」です。これは最も急速な電気ブレーキですが、モーターや機械部品に過渡的なストレスがかかるという欠点があります。通常、突然で「ぎくしゃく」しており、^[2]前進時の「ジョグ」に相当するブレーキであり、プラグブレーキは電気牽引用途には適用されません。ただし、直流および交流駆動の天井走行クレーンの長距離および横断移動ドライブなどの用途には広く適用されています。このようなクレーンのホイストドライブでは、通常、抵抗ブレーキが使用されます。（意図的な）プラグブレーキによる逆転ドライブでは、通常、加速に抵抗制御を使用し、プラグブレーキが適用されると、逆（ブレーキ）トルクを制限するために、モーター回路に常に抵抗が存在します。プラギングは通常、コントローラーを反対方向の最初のステップに短時間移動してから、オフの位置に戻すことで実現されます。速度がゼロに達した後、ドライブが逆回転するのを防ぐためにプラギングを停止する必要があり、この機能は「プラギングリレー」によって自動的に提供される場合があります。プラギングはインバータ制御のドライブには適していません。プラギングは一般的ではなくなりつつあり、現代のクレーン操作では積極的に推奨されていません。^{[3] [4] [5]}

ブレーキ グリッドを動力計または負荷バンクの一種として使用して、機関車の出力の自己負荷テストを実行することができます。機関車が停止している状態で、主発電機 (MG) の出力は牽引モーターではなくグリッドに接続されます。グリッドは通常、MG 電圧と電流出力から計算されるエンジンの全出力を吸収できる大きさです。

油圧トランスミッションを備えたディーゼル機関車には、流体ブレーキが装備されている場合があります。この場合、トルクコンバータまたは流体カップリングは、水ブレーキと同じようにリターダとして機能します。ブレーキエネルギーによって油圧流体が加熱され、その熱はエンジン冷却ラジエーターによって（熱交換器を介して）放散されます。ブレーキ中、エンジンはアイドリング状態（熱をほとんど発生しない）になるため、ラジエーターに過負荷がかかりません。

• 逆圧ブレーキ
• リターダ（機械工学）
• 渦電流ブレーキ

ウィキメディア・コモンズには、ダイナミックブレーキに関連するメディアがあります。

• ブレンドブレーキ アーカイブ 2016-03-04 at the Wayback Machine
• 回生ブレーキが環境への配慮を強化 2007-10-15 アーカイブ、Wayback Machine、Railway Gazette International 2007 年 7 月