गतिशील ब्रेकिंग

नॉरफ़ॉक दक्षिणी 5348 डीजल-इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव गतिशील ब्रेकिंग को रोजगार देता है।ब्रेक ग्रिड प्रतिरोधों के लिए कूलिंग ग्रिल लोकोमोटिव के शीर्ष केंद्र में है।

गतिशील ब्रेकिंग (डायनेमिक ब्रेकिंग) किसी वाहन, जैसे विद्युत् या डीजल-विद्युत् लोकोमोटिव, को धीमा किये जाने के समय एक इलेक्ट्रिक कर्षण मोटर का उपयोग एक जनरेटर के रूप में करने को कहते हैं। यदि उत्पन्न विद्युत् शक्ति ब्रेक ग्रिड प्रतिरोधों में ऊष्मा के रूप में विघटित हो तो उसे रियोस्टैटिक ब्रेकिंग कहते हैं और यदि शक्ति आपूर्ति लाइन में वापस कर दी जाये तो उसे पुनर्योजी ब्रेकिंग (रिजेनेरेटिव ब्रेकिंग) कहते है। गतिशील ब्रेकिंग घर्षण आधारित ब्रेकिंग घटकों पर होने वाले घिसाव को कम करता है, और पुनर्जनन शुद्ध ऊर्जा की खपत को कम करता है। गतिशील ब्रेकिंग का उपयोग बहु-इकाइयों युक्त रेल-कारों, हल्के रेल वाहनों, ट्राम, ट्राली-बसों और विद्युत वाहनों तथा हाइब्रिड विद्युत वाहनों में किया जा सकता है।

संचालन का सिद्धांत

एक घूर्णन शाफ्ट (विद्युत् मोटर) की विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना एक घूर्णन शाफ्ट की यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा (विद्युत् जनरेटर) में परिवर्तित करने का व्युत्क्रम है। इन दोनों प्रक्रियाओं को आर्मेचर वाइंडिंग के एक (अपेक्षाकृत) बाहरी चल चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने से पूर्ण किया जा सकता है जबकि आर्मेचर एक पावर सप्लाई या जनरेटर युक्त विद्युतीय परिपथ से जुड़ा हुआ हो। चूंकि विद्युतीय/यांत्रिक ऊर्जा परिवर्तक उपकरण की भूमिका इससे निर्धारित होती है कि कौन सा इंटरफ़ेस (विद्युतीय या यांत्रिक) ऊर्जा प्रदान या प्राप्त करता है इसलिए वह ही उपकरण मोटर या जनरेटर दोनों ही भूमिकाओं को पूरा कर सकता है। गतिशील ब्रेकिंग में, चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करने वाले कुंडल में विद्युत प्रवाह देते समय, ट्रैक्शन मोटर को एक सप्लाई परिपथ से रिसेप्टर परिपथ में परिवर्तित करके, एक जनरेटर की भूमिका में परिवर्तित किया जाता है।

घूर्णन शाफ्ट पर लागू प्रतिरोध (ब्रेकिंग पावर) की मात्रा विद्युत बिजली उत्पादन की दर और कुछ दक्षता हानि के योग के बराबर होती है। यह चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के आनुपात में होता है, जो कि चुंबकीय क्षेत्र के कुंडल में विद्युत प्रवाह तथा आर्मेचर और चुंबकीय क्षेत्र के एक दूसरे के विपरीत घूमने की दर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इसका निर्धारण पहियों के रोटेशन तथा पावर शाफ्ट और पहियों के रोटेशन के अनुपात द्वारा होता है। चुंबकीय क्षेत्र के कुंडल में विद्युत प्रवाह की मात्रा के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को कम या बढ़ा कर ब्रेकिंग पावर को नियंत्रित किया जाता है। चूंकि विद्युत बिजली उत्पादन की दर, और इसके विपरीत ब्रेकिंग पावर, उस दर के आनुपातिक हैं जिस पर पावर शाफ्ट घूम रहा है, ब्रेकिंग पावर को बनाए रखने के लिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है क्योंकि गति कम होती जाती है और एक निम्न सीमा होती है जिस पर गतिशील ब्रेकिंग कम सीमा होती है जिस पर गतिशील ब्रेकिंग प्रभावी रह सके। यह चुंबकीय क्षेत्र के कुंडल पर लगने वाले विद्युत प्रवाह की उपलब्धता पर निर्भर करता है।

गतिशील ब्रेकिंग के दौरान उत्पन्न बिजली के प्रबंधन के दो मुख्य तरीके रियोस्टैटिक ब्रेकिंग और पुनर्योजी ब्रेकिंग हैं, जैसा कि नीचे वर्णित है।

स्थायी चुंबक मोटर्स के लिए, गतिशील ब्रेकिंग को मोटर टर्मिनलों को छोटा करके आसानी से प्राप्त किया जाता है, इस प्रकार मोटर को तेजी से अचानक रोक दिया जाता है। यह विधि, हालांकि, पूरी ऊर्जा को ऊष्मा के रूप मोटर में ही फैलाती है, और इसलिए शीतलन सीमाओं के कारण कम-शक्ति के रुक-रुक के चलने वाले अनुप्रयोगों के अलावा किसी भी अन्य चीज़ में उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह कर्षण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है।

रियोस्टैटिक ब्रेकिंग

मोटरों द्वारा उत्पादित विद्युत ऊर्जा को ऑनबोर्ड प्रतिरोधों के एक बैंक द्वारा गर्मी के रूप में विघटित किया जाता है जिसे ब्रेकिंग ग्रिड कहते हैं। प्रतिरोधों को क्षतिग्रस्त होने से बचाने के लिए बड़े शीतलन पंखों की आवश्यकता होती है। आधुनिक प्रणालियों में थर्मल मॉनिटरिंग होती है, ताकि यदि बैंक का तापमान अत्यधिक हो जाए तो इसे बंद कर दिया जाएगा, और ब्रेकिंग केवल घर्षण से हो जाएगी।

पुनर्योजी ब्रेकिंग

Main article: Regenerative brake

विद्युतीकृत प्रणाली में पुनर्योजी ब्रेकिंग की प्रक्रिया को नियोजित किया जाता है जिससे ब्रेकिंग के दौरान उत्पादित विद्युत प्रवाह को ऊष्मा के रूप में बर्बाद होने के बजाय अन्य कर्षण इकाइयों द्वारा उपयोग के लिए बिजली आपूर्ति प्रणाली में वापस सिंचित किया जाता है। विद्युतीकृत प्रणालियों में पुनर्योजी और रियोस्टैटिक ब्रेकिंग दोनों को शामिल करना सामान्य है। यदि बिजली की आपूर्ति प्रणाली ग्रहणशील नहीं है, यानी वर्तमान को अवशोषित करने में असमर्थ है, तो सिस्टम ब्रेकिंग प्रभाव प्रदान करने के लिए रियोस्टैटिक मोड में डिफ़ॉल्ट रूप से परिवर्तित हो जाता है।

अब ऑनबोर्ड एनर्जी स्टोरेज सिस्टम युक्त यार्ड लोकोमोटिव उपलब्ध हैं जो कुछ ऊर्जा की पुनः प्राप्ति में सक्षम हैं अन्यथा यह ऊर्जा ऊष्मा के रूप में बर्बाद हो जाती है। उदाहरण के लिए, कैनेडियन पैसिफिक रेलवे, BNSF रेलवे, केंसास सिटी साउथर्न रेलवे एवं यूनियन पैसिफिक रेलरोड द्वारा द ग्रीन गोट मॉडल उपयोग हो रहा है।

प्रत्यावर्ती धारा (AC) इन्वर्टर से सुसज्जित आधुनिक यात्री लोकोमोटिव पर्याप्त हेड-एंड पावर (HEP) लोड के साथ ट्रेनें खींचती हैं। इनमे ब्रेकिंग ऊर्जा का उपयोग पुनर्योजी ब्रेकिंग के माध्यम से ट्रेन के ऑन-बोर्ड सिस्टम को विद्युत् शक्ति प्रदान करने के लिए किया जा सकता है अगर विद्युतीकरण प्रणाली ग्रहणशील न हो या फिर रेल पथ ही विद्युतीकृत न हो। आधुनिक यात्री ट्रेनों पर HEP लोड इतना अच्छे से कारगर होता है कि कुछ नए इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव जैसे कि ALP-46 को पारंपरिक प्रतिरोध ग्रिड के बिना डिज़ाइन किया गया था।

मिश्रित ब्रेकिंग

अकेले गतिशील ब्रेकिंग एक लोकोमोटिव को रोकने के लिए पर्याप्त नहीं है, क्योंकि इसका ब्रेकिंग प्रभाव तेजी से १० से १२ मील प्रति घंटा (१६ से १९ किमी प्रति घंटा) कम हो जाता है। इसलिए, इसका उपयोग हमेशा नियमित हवाई ब्रेक (रेल) के साथ संयोजन में किया जाता है। इस संयुक्त प्रणाली को मिश्रित ब्रेकिंग कहा जाता है। ट्रेनों को पूर्णतयः रोकने के लिए उपयोग होने वाली ऊर्जा के भंडारण के लिए लिथियम-आयन बैटरी का भी उपयोग होता है।

यद्यपि मिश्रित ब्रेकिंग दोनों डायनामिक और एयर ब्रेकिंग को सम्मिलित करती है, परिणामी ब्रेकिंग बल को अकेले एयर ब्रेक द्वारा प्रदान किये जाने वाले ब्रेकिंग बल के सामान रखा जाता है। यह गतिशील ब्रेक हिस्से को अधिकतम और स्वचालित रूप से एयर ब्रेक भाग को विनियमित करके प्राप्त किया जाता है, क्योंकि गतिशील ब्रेकिंग का मुख्य उद्देश्य आवश्यक एयर ब्रेकिंग की मात्रा को कम करना है। यह हवा का संरक्षण करता है और अति-गर्म पहियों के जोखिमों को कम करता है। एक लोकोमोटिव निर्माता, इलेक्ट्रो-मोटिव डीजल (EMD) का अनुमान है कि गतिशील ब्रेकिंग मिश्रित ब्रेकिंग के दौरान ५०% से ७०% के बीच ब्रेकिंग फोर्स प्रदान करता है।

सेल्फ-लोड टेस्ट

एक लोकोमोटिव के पावर आउटपुट का सेल्फ लोड टेस्ट करने के लिए शक्ति नापने का यंत्र या लोड बैंक के एक रूप के रूप में ब्रेक ग्रिड का उपयोग करना संभव है।लोकोमोटिव स्टेशनरी के साथ, मुख्य जनरेटर (एमजी) आउटपुट ट्रैक्शन मोटर्स के बजाय ग्रिड से जुड़ा हुआ है।ग्रिड आम तौर पर पूर्ण इंजन पावर आउटपुट को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त बड़े होते हैं, जिसकी गणना एमजी वोल्टेज और वर्तमान आउटपुट से की जाती है।

हाइड्रोडायनामिक ब्रेकिंग

हाइड्रोलिक ट्रांसमिशन युक्त डीजल लोकोमोटिव हाइड्रोडायनामिक ब्रेकिंग के लिए सुसज्जित हो सकते हैं। इस मामले में, टोर्क परिवर्त्तक या द्रव युग्मन पानी के ब्रेक के रूप में उसी तरह एक मंदबुद्धि (मैकेनिकल इंजीनियरिंग) के रूप में कार्य करता है।ब्रेकिंग एनर्जी हाइड्रोलिक द्रव को गर्म करती है, और इंजन कूलिंग रेडिएटर द्वारा गर्मी (हीट एक्सचेंजर के माध्यम से) विघटित होती है।ब्रेकिंग के दौरान इंजन निष्क्रिय (और थोड़ी गर्मी का उत्पादन) होगा, इसलिए रेडिएटर (इंजन कूलिंग) ओवरलोड नहीं है।

यह भी देखें

• काउंटर-प्रेशर ब्रेक
• मंदबुद्धि (मैकेनिकल इंजीनियरिंग)
• एडी करंट ब्रेक

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बाहरी संबंध

• Blended braking Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine
• Regenerative braking boosts green credentials Archived 2007-10-15 at the Wayback Machine, Railway Gazette International July 2007