电力牵引制动特性综述

《电力牵引制动特性综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力牵引制动特性综述（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章 电力牵引制动特性 3.1 概述 3.2 电力牵引电阻制动 3.3 电力牵引再生制动 3.1 概述 列车运行中，下坡限速、弯道或进站减速、到站停车或线 路上临时停车等，均由制动来实现。 制动要求：安全（制停、下长大坡的限速等）、可靠。 制动方式: 按能量转移（转：能量转化；移：将转化后的能量消耗掉）方式分： （分类方式有多种） 摩擦制动：通过摩擦制动，将列车动能转化为热能消散。如压缩 空气驱动的闸瓦制动、轮盘制动（后者优，动车组常用）。 电阻制动：通过电机将列车动能转化为电能再由电阻转化为热能 风冷来制动。（交直机车常用） 再生制动：通过电机将列车动能转化为电能回馈电网来制动。（ 经济，

2、直流、交流传动均用，尤其是交流传动） 3.1 概述 磁轨制动：通过电磁吸力使摩擦板紧压钢轨滑动摩擦，将列车动 能转化为热能消散于大气来制动。 特点：不受轮轨粘着力限制，可在粘着力外再获一制动力。 应用：配合其他制动产生较大制动力；紧急制动，可满足动车 组对制动距离的要求。 轨道涡流制动：类似磁轨制动，但电磁铁距轨几毫米，钢轨感应 涡流，从而产生电磁吸力来制动。（动能电能热能） 旋转涡流制动：类似轨道涡流制动，但是装在车轴的金属盘感应 涡流。 应用：日本新干线100系、300系、700系。 翼板制动：通过车体伸出翼板增加空气阻力来制动（增加34倍 ）。（处于试验中） （注：电力机车常用电制动、空

3、气制动，故本章学习电制动） 3.1 概述 CRH1转向架 轮盘制动 3.1 概述 3.1 概述 3.1 概述 复合制动技术 3.1 概述 一、电气制动的基本原理 利用电机的可逆原理，制动时牵引电机作发电机，列车惯 性力带动电机发电，将列车动能转换为电能。 电机输出制动电流，电机轴上的反转矩作用于机车动轮形 成制动力。 二、电气制动的形式 电阻制动：制动产生的电能由电阻转化为热能消耗掉。 再生制动：制动产生的电能重新反馈到供电电网加以利用。节约 电能，经济。 3.1 概述 三、电气制动的优越性 1、提升列车行车的安全 摩擦制动：靠闸瓦与车轮的机械摩擦来减速。摩擦系数随温升而 下降，则制动的效能随

4、列车速度、载重、长度的提高而下降， 高速时呈不稳定性。 电气制动：速度越高制动效果越明显，且与制动时间无关。 2、减少闸瓦与车轮的摩擦 机械制动摩擦严重，速度越高，制动强度大，摩擦大；低 速则相反。 高速时电气制动，低速时机械制动（动车组为轮盘制动） 。 3.1 概述 3、提高列车下坡运行的速度 摩擦制动：每次排风制动后约需一分钟的缓解，待风压恢复后才 能再次制动，造成下坡速度波动大，使列车平均速度下降。 电气制动：制动性能与制动时间无关，可使列车下坡速度提高8% ，因而提高运输能力。 四、电制动的基本要求 电气制动的基本要求： v 机械稳定性 即偶然因素使速度v制动力BV ，从而保持 原稳定

5、运行状态。 3.1 概述 v 电气稳定性 在一定速度v，瞬时电流扰动，电气系统能自动 恢复到原平衡状态。 v 各台电动机制动力应力求相等 电机制动时的负载分配尽可 能均匀，若客观原因暂时分配不均，则在客观原因消失后能 自动恢复均匀分配。 v 外界条件暂时变化（如网压波动、粘着条件变化以及人为调节制动力 等），无过大的电流冲击和制动力冲击。 v 制动性能良好，工作可靠，所增加的电气设备体积小、重量 轻、线路简单、操作简单、易于检修。 3.2 电力牵引电阻制动 电阻制动一般常用于直流传动。直流传动电机的电枢串制 动电阻，而励磁分串励、他励两种。 他励电阻制动：电路如图（a）所示，调励磁电流即调制动

6、电流 和制动力，实现对机车运行速度的控制。（电力机车常用） 串励电阻制动：电路如图（b）所示，励磁绕组反向与电枢串， 再与制动电阻RZ形成回路。调RZ可调制动电流和制动力。 注意： RZ多抽头，需开关电器，线 路复杂，设备多；有级制动 ，不利平稳运行；RZ不宜过 大，否则会电机不能自激； 多台电机并联共用一个RZ时， 会出现不稳定状态（电力机车 各电机各自有RZ）。 (a) (b) 图3-1 电阻制动原理图 3.2 电力牵引电阻制动 一、他励式电阻制动的稳定性 1、机械稳定性 简析：图3-2为他励电阻制动特性曲线，a点稳定运行，若偶然因 素有V运行到b点，因制动力BbBa，从而迫使V降回到a点

7、； 反之，则相反。 结论：他励式电阻制动机械稳定性条件 （3-1） 图3-2 电阻制动的机械稳定性 实际中，在高速区、制动电流恒 定条件下，有（3-1）式成立，故高 速区具有机械稳定性。 3.2 电力牵引电阻制动 2、电气稳定性 （1）电压方程式 他励电阻制动电枢回路（见前图）电压平衡方程式为 （3-2） 图3-3 他励电阻制动回路电势曲线 式中，EZ为电机发电电势，Z为他 励磁通，R为电机总电阻（主要是 电枢的），L为制动回路的电感（制 动电流稳定时不起作用）。 （2）回路电势曲线 图3-3中，曲线1为某速度时的电势特性曲线EZ=CVZV，曲线 2为负载特性曲线IZ(RZ+R)，二者间纵线段

8、表示自感电势 L(dIZ/dt)。 3.2 电力牵引电阻制动 （3）简析 电机在A点稳定工作，L(dIZ/dt)=0；若扰动有IZ增大时， 有 ，即L(dIZ/dt)0， 则IZ减少回到A 点；若IZ减少时，有L(dIZ/dt)0，则IZ增大回到A点。 故 他励电阻制动具有电气稳定性。 二、他励式电阻制动的特性 制动特性，指电力机车电气制动时的各种工作特性，包括 速度特性V=f(IZ)、制动力特性B=f(IZ)、制动特性B=f(V)。 1、速度特性V=f(IZ) 稳定工作状态时自感电势为零，则式（3-2）变为 （3-3） 3.2 电力牵引电阻制动 则 电阻制动的速度特性为 （h） （3-4）

9、式中， RZ、R、CV均为定值。 特性曲线如图3-4，可见： （1）忽略电枢反应，励磁IL一定（即 Z定）时，有VIZ，线性; （2）一个IL值（Z值）对应一条制动 速度特性直线； IL连续调，则形成特 性面。图中IL1IL2IL3; （3）调他励电流，可调制动速度。图 中，制动电流IZ一定，IL越小V越高； 反之则相反。 图3-4 电阻制动速度特性曲线 3.2 电力牵引电阻制动 2、制动力特性B=f(IZ) 他励电阻制动时，若IZ方向不变，则IL要反向；反之则 相反。 则 电机的电磁转矩就为制动转矩 (3-5) 又 机车的轮周制动力B与N台牵 引电机制动转矩MZ的关系为 (3-6) 故 制动

10、力特性为 （） (3-7) 图3-5 电阻制动力特性曲线 3.2 电力牵引电阻制动 制动力特性曲线如图3-5所示，可见： （1）不计电枢反应，励磁IL一定（Z定），有BIZ，线性 。 （2）一个IL值（Z值）对应一条制动力特性直线；励磁电 流连续调，则形成特性面。图中IL1IL2IL3。 （3）调制动电流或励磁电流都可调制动力。IZ一定，IL越 大B越大；IL一定，IZ越大B越大。 3、制动特性B=f(V) （1）形式一 将式（3-4）的IZ式（3-7），可得制动特性 （） （3-8） 3.2 电力牵引电阻制动 制动特性曲线如图3-6所示，可见： （1）IL一定（即Z定），BV，线 性；IL越

11、大，特性曲线越陡，图中IL1 IL2IL3。 （2）IL一定时，VB，说明他励 电阻制动具有机械稳定性（与前述一致 ）；V越低B越小，故电阻制动不用于 机车的制停。 （2）形式二 图3-6 电阻制动特性曲线 将式（3-3）的Z式（3-7），可得制动特性的另一形式 （） （3-9） 3.2 电力牵引电阻制动 制动特性曲线如图3-6所示，可见： （1）IZ一定，B1/V（反比），特性曲线为双曲线。图中 IZ1IZ2IZ3。 （2)IZ一定，在很宽范围内B随V的升高而降低，不具有机 械稳定性。 三、他励式电阻制动的控制方式 上述分析可知，他励电阻制动有三种控制方式：恒磁通、 恒电流、恒速度控制。 1

12、、恒磁通控制 励磁IL恒定（Z恒定），调RZ来调IZ大小，从而调B（依式 （3-7）。 3.2 电力牵引电阻制动 特点：有级调节，电路复杂。 应用：仅作补充手段，即低速区制动力不足时短接部分RZ使B 。（如SS3、SS4） 2、恒电流控制 恒IZ制动，调IL来调B（依式（3-7）。 特点：机车特性呈恒功率曲线，能充分利用机车的制动功率，但 机械稳定性差。 应用：相控机车低速区采用。 3、恒速度控制 恒速V，调IL来调B（依式（3-8）。 特点：改变制动力B来抗衡外界加速力实现机车恒速。（调节功率 小，易实现自动控制） 3.2 电力牵引电阻制动 应用：下长大坡道，不断调节IL使B与加速力平衡，保

13、持机车以 给定速度恒速下坡。 四、他励式电阻制动的界限 因受机车本身、牵引电机、制动电阻等多因素限制，只允 许一定范围内使用电阻制动。 1、最大励磁电流限制 受励磁绕组允许温升限制。 图3-7 他励式电阻制动界限 图3-7中，曲线1是最大IL对应的 制动特性曲线，其右方允许，而左方 易发热烧毁励磁绕组，且磁路饱和调 节效果不明显。 3.2 电力牵引电阻制动 2、粘着限制 受制动打滑的粘着限制。 图中曲线2是粘着限制曲线。据“牵规”，制动粘着系数 应比牵引粘着系数低20。 3、最大制动电流限制 受电枢绕组允许温升限制，并受RZ允许发热条件（允许功率 、通风散热条件）限制。 以最大IZ代入式（3-

14、9），可得图中曲线3，它表示制动电 流的限界。 4、换向条件限制 现代机车牵引电机有补偿绕组，安全换向主要受电抗电势 限制。 3.2 电力牵引电阻制动 高速制动电流大，电抗电势会超允许值。特别是IL较小时 ，Z畸变严重，可能发生火花甚至环火。图中曲线4表示了换 向条件允许的界限。 因电抗电势正比于VIZ，则VIZ。 5、电力机车最高速度限制 即机车的构造速度，受机车机械运行部分强度限制（还可 能受线路允许速度的限制）。 图中的曲线5表示了最高速度限制。 五、电阻制动的不足与克服 电阻制动优点：除前述外，还有控制电路简单、制动力调 节方便、易于实现自动化。 3.2 电力牵引电阻制动 缺点：低速区

15、制动力下降快，制动效果差。 解决办法： 1、分级电阻制动 由式（3-2）知，他励发电机IL不变，VEZ（RZ一 定时）IZB。 减小RZ，虽VEZ，仍能保持IZ维持B。 如SS3，RZ分1.0052和0.6两级，低速时为0.6，B扩 大近一倍。 2、加馈电阻制动（“补足”电势电阻制动） 低速，制动回路外接附加电源，以“补足”低速的低EZ造 成的低IZ，保证足够的IZ，获得足够的B。 3.2 电力牵引电阻制动 相控机车加馈电阻制动原理 电路，回路电压方程式为 （3-10） 则制动电流IZ为 （3-11） 图3-8 加馈电阻制动原理 实际中，制动电流需连续可调以及时“补足”。相控机车， 用牵引整流

16、调压电路作制动加馈电源，如图示。 注意： （1）据计算，维持低速B恒定，制停列车所需外加电源功率几乎 与机车额定功率相等。 （2）理论上可制停机车，但实际中电机静止，整流子长时间流 过额定电流易过热而烧坏。故速度低于一定值时，改用空气制动 来制停机车。SS3B、SS4改、SS8及SS9机车均如此。 3.3 电力牵引再生制动 直流传动、交流传动的电力牵引均可用再生制动，但交 流传动应用普遍，且优先采用再生制动。 一、 “交-直” 牵引再生制动 （一）再生制动的稳定性 1、机械稳定性 分析可知，再生制动的制动特性B=f(V)满足式（3-1）， 故具有制动的机械稳定性。 2、电气稳定性 “交-直”牵引，再生制动时牵引电机通过变流装置间接与 接触网联接，则电机的外部电路须首先保证电气稳定。 3.3 电力牵引再生制