《城市轨道交通车辆制动系统维护与检修 教学课件 ppt 作者 李益民 单元三 动力制动和电磁制动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市轨道交通车辆制动系统维护与检修 教学课件 ppt 作者 李益民 单元三 动力制动和电磁制动（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、城市轨道交通,城市轨道交通车辆制动系统维护与检修,动力制动和电磁制动,单,元,3,课题一 动力制动,课题二 电磁制动,课题1,动力制动,3.新干线100系动车组和我国城市轨道交通车辆电阻制动的构成和工作原理。,【知识要点】,2.掌握新干线700系动车组和我国城市轨道交通车辆再生制动的构成和工作原理；,1.掌握动力制动系统的分类、基本原理和基本要求；,【课题任务】,1. 分析各种动力制动的基本原理和基本要求；,3.分析新干线700系动车组和我国城市轨道交通车辆各种再生制动的构成和工作原 理，比较其异同点；,5.分析新干线100系动车组和我国城市轨道交通车辆各种电阻制动的构成和工作原理，比较其异同
2、点。,2. 搜集新干线700系动车组和我国城市轨道交通车辆各种再生制动电路图；,4. 搜集动车组和我国城市轨道交通车辆各种电阻制动电路图；,【相关理论知识】,二、再生制动,一、动力制动系统的基本原理和基本要求,一、动力制动系统的基本原理和基本要求,1.基本原理 所谓动力制动，就是在列车制动时，将所有牵引电机的电动机工况转变为发电工况，将列车动能转化为电能再通过两种方式-反馈给接触网或消耗在电阻器上的方式将电能消耗掉。通过转换电路和受电器（受电弓）将电能反馈给供电接触网，提供本车辅助电源或同一电网中相邻运行的列车使用的方式，就是再生制动，又称为反馈制动。如果触网电压太高，不能接受反馈电能，电能只
3、能通过列车上的电阻器发热消耗，转变成热能散发到大气中去，这种方式就是电阻制动，又称为能耗制动。,对于现代城市轨道交通车辆的设计来说，每列车都必须具有动力制动系统，而且在正常运行制动中应优先使用动力制动，尽量发挥动力制动的再生作用，以减少摩擦制动产生的热量和粉尘，这是个节能和环保的基础原则。从理论上说，即使列车在高速行进时，常用制动也都从动力制动开始，直至车速降为零完全停止。但是实际上，动力制动在列车最高速度时（80/h）很难实现。有时为了在满载的情况下获得最大的轮轨黏着力，列车也需要使用部分拖车上的摩擦制动力。当列车速度降到很低时（约10km/h以下），动力制动作用迅速减弱，也需要摩擦制动逐渐
4、予以补充将车完全停止。,课题1 动力制动,一个安全可靠的动力制动（电气制动）系统应满足以下基本要求： （1）应具有机械的稳定性，即电气制动时，如果列车速度增加，制动力也应随之增加； （2）应具有电气上的稳定性。电气制动时如果发生瞬时电流波动，系统能自动恢复原来的平衡状态； （3）各台电机的制动力应相等； （4）制动过程中无论外界条件有什么瞬时变化，例如电网电压波动、黏着条件变化以及人为的调节等，都不应产生大电流的冲击和制动力的冲击； （5）电气制动电路的设计力简单。 上述要求应在设计、研制、和生产车辆时充分考虑，否则列车运行中就不能实施动力制动（电气制动）。,(一)新干线700系动车组再生制动
5、的构成和工作原理 1.系统构成 日本新干线700系动车组再生制动系统的组成与牵引传动系统一致，包括受电弓、主变压器、变流器和电机等。由于不使用主电阻器，可使车辆的质量减轻。其主回路如图3-1所示（新干线700系动车组，3辆车为一个单元）。,二、再生制动,图3-1 再生制动的原理,2.工作原理 再生制动与电阻制动相似，也是在制动时将牵引电动机变为发电机运行：交流电机将列车动能变为三相交流电，主变换器（包含整流器和逆变器）将此三相交流电转换为单相交流电，单相交流电再由主变压器变压后经受电弓回馈到电网，由正在牵引运行的动车组接受和利用。,（二）城市轨道交通车辆再生制动 1.直流再生制动电路时的工作原
6、理和电流控制,1.直流再生制动电路时的工作原理和电流控制 在各种形式的制动中，电气制动是一种较理想的动力制动方式，它是建立在电动机的工作可逆性基础上的。在牵引工况时，电动机从接触网吸收电能，将电能转换为机械能，产生牵引力，使列车加速或在上坡的线路上以一定的速度运行；在制动工况时，列车停止从接触网受电，电动机改为发电机工况，将列车运行的机械能转换为电能，产生制动力，使列车减速或在下坡线路上以一定的限速度运行。 车辆进行电气制动时，首先应该是再生制动，即向供电网反馈电能。如果接触网电压过高或在同一供电区无其他车辆吸收反馈能量，则电路转为电阻制动，把能量消耗在电阻器上。图3-2所示为上海地铁一号线直
7、流制列车的再生制动示意图。该列车主电路采用直流斩波器调压和串接直流电动机方式。直流斩波器调压和串接直流电动机的牵引方式将在列车牵引技术课程中讲述，这里只介绍制动工况。当一个直流斩波器控制的“两串两并”四个电机的主电路由牵引工况转换成电制动工况时，原先的各自电枢和励磁绕组串联的两个支路，现在转换成交叉励磁，也就是电机自己的励磁绕组去激励另一支路的电机电枢，而另一支路电机的励磁绕组来激励本机电枢。,采用这种交叉励磁方法的目的是提高电路的电气稳定性。虽然这种交叉励磁电路看起来具有他励（对每一组的电枢绕组而言）的性质，但由于电机型号和参数相同，实际上还是具有串励的特性，因为励磁绕组与电枢还是串联连接，
8、只不过不是同一电机的罢了。在制动回路中还需介入一个预励磁电路，因为当回路由牵引工况转为制动工况时，原先剩磁方向必须改变，为此必须对电机预先他激励磁，以便使电机建立起发电机工况的初始电压。,图3-2 直流制列车的再生制示意图,再生制动电路工作时，斩波器导通，制动电流流过各个电机电枢、励磁线圈、平波电抗器（1L3）和制动电阻，使电机建立起电枢电势，从而使平波电抗器也建立起感应电势；当斩波器关闭，电路通过二极管（V5）续流，电枢电势与平波电抗器上的感应电势（此时感应电势的方向改变）叠加，向电网馈电。如果这时网上有负载（如本列车的辅助电源）或其他列车在附件，则可以作为负载吸收电能，再生制动成功；如果电
9、网不吸收电能，网压太高，则再生制动失败，由制动电阻吸收电能，转为电阻制动。 在最近的十几年，由于城市轨道交通车辆乘坐舒适性的提高，列车客室空调消耗的能量已大大增加，乘客内乘客服务设施（如报站显示器、广告电视屏）的耗能也日渐增多，使得列车辅助电源用量大为增加。因此，再生制动的能量被本车辅助电源消耗吸收的比例已占到80%左右，而反馈到电网上可供其他列车使用的能量已经很少了。这样一来，再生制动的节能效果非常明显，而由制动电阻消耗的能量也相对减少了。,实施再生制动必须满足以下两个条件： （1）再生（反馈）电压必须大于电网电压； （2）再生电能可由本列车的辅助电源吸收，也可以由同一电网的其他列车吸收，这
10、一条件不能由再生制动车辆自己创造，而取决于外界运行条件。 再生制动电路建立后，电机接通负载就会有制动电流，然后制动电流产生制动力使列车减速。但列车减速会使电机电枢转速下降，引起电机的电枢电势下降，从而使制动电流和制动力下降。制动电流的下降还会使平波电抗器的感应电势减小，达不到再生制动的第一个条件。为了保证恒定的制动力矩和足够的反馈电压，在上述的直流制动列车制动时，直流斩波器按列车控制单元及制动控制单元的指令，不断调节斩波器导通比，无级、均匀地控制制动电流，使制动力和再生制动电压持续保持恒定。当车速较高时，制动电流较大，再生制动电路需串入较大的电阻，并且将斩波器导通角控制得较小，以控制制动电流不
11、能太大；当车速太低时，制动电流较小，再生制动电路会在调节过程中逐级切断电阻，并将斩波器全导通，以提高制动电流并维持反馈电压。在列车进行再生制动时，再生制动产生的电能有时并不能完全反馈给电网，这时也需要将部分电能消耗在电阻器上，以保持制动恒定。,2.直-交电路的再生制动时的工作原理和电流控制 交流制列车进行再生制动时，主电路连接方式不需改变，因为异步电机的旋转磁场如果落后于转子速度，即转差小于0，三相异步电动机工况就改变为三相交流发电机工况。 在列车运行过程中，如果外力（如下坡）使车轮（也就是电机转子）加速，或人为控制定子频率降低，使转子频率高于定子频率，即可改变其牵引状态而处于制动状态。 制动
12、时（见图3-3，右侧电动机为三相交流牵引电动机），牵引逆变器控制旋转磁场，定子中的感应电流经流二极管（VD1VD6）的整流向电容（Cd）及直流电源侧反馈。这样，牵引逆变器原来的输入端变为输出端，列车的电能转换成了电能。直流端输出的电能可以被本列车的辅助电源吸收或被相邻的列车牵引使用，这就是全部的再生制动。,图3-3 交流制列车的直-交逆变电路,但是如果反馈的电能不能被吸收，储存在三相逆变器中间环节电容（Cd）上的电能会造成直流电压（Ud）急剧升高，该电压称为泵升电压，有可能瞬时击穿逆变器元件。因此，必须在电容边并联一个斩波调阻电路（R7和VT7），当直流侧电压高于1800V时，斩波器（VT7）
13、开通，将再生制动电流消耗在电阻器（R7）上，这就变成电阻制动了。斩波器配合牵引逆变器，根据电机制动特性限制和调节制动电流，使电机保持恒转差率和恒转矩控制模式。这时电流制动转为部分电阻制动或全部电阻制动。 列车由运动状态逐渐减速直至停止的控制大致经历三个模式，即恒转差模式（恒电压、恒转差频率）、恒转矩1（恒转矩1、恒电压）模式和恒转矩2（恒转矩2、恒磁通）模式。,（1）恒转差率控制模式 在高速时开始制动，此时三相逆变器电压保持恒定最大值，转差频率保持恒定最大值。随着列车速度的下降，减小逆变频率。电机电流与逆变频率成反比增加，制动力与逆变频率的平方成反比增加。当电机电流增大到与恒转矩相符合的值时，
14、将进入恒转矩控制。但当电机电流增大到逆变器的最大允许值时，则从电机电流增大到该最大值的时刻起保持电机电流恒定，在一个小区段内用控制转差频率的方法进行恒流控制。在这种情况下，制动力将随逆变频率成反比增加。 （2）恒转矩1模式 逆变器电压保持恒定最大值，控制转差频率与逆变频率的平方成反比，随着速度的下降，减小逆变频率，则转差频率变小至最小值。电机电流与逆变器频率成正比减小，制动力保持恒定。 （3）恒转矩2模式 转差频率保持恒定最小值，此时电机电流亦保持恒定。随着车辆速度的下降，减小逆变频率。同时采用PWM控制减小电机电压，即保持V/恒定，则磁通恒定，制动力恒定。 一般制动工况下，列车由高速减至50
15、/h期间，大约处于恒电压、恒转差频率区；由50/h减速至完全停车期间，理论上大约处于恒转矩控制区。但实际上，在10/h以下的某个点，再生制动力会迅速下降，所以当列车减速至10/h以下后，为保持恒制动力需要逐步补充摩擦制动。 列车在下较长距离和较大距离的坡道时，如果重力作用使列车加速运行，这种加速会使动车上的感应电机转子转速超过旋转磁场转速。列车会自动进入制动工况，制止转速的进一步增加。,（三）其他城市轨道交通车辆再生制动 电制动是车辆在常用制动下的而优先选择，仅带驱动系统的动车具有电制动。电制动分再生制动和电阻制动两种形式，优先使用再生制动。电制动具有独立的滑行保护和载荷校正功能。为此，每节动
16、车装备有一个三相调频调压逆变器（VVVF）、一个牵引控制单元（DCU）、一个制动电阻、四个自冷式三相交流电动机M1、M2、M3、M4（每轴一个，互相并联）。 当发生常用制动时，电动机M变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经VVVF逆变器整流形成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其他车辆牵引和本车的其他系统（如辅助系统等）用，此过程称为再生制动。再生制动的结构示意图，如图3-4所示。再生制动取决于第三轨（或接触网）的接收能力，亦取决于网压高低和负载利用能力。,图3-4 再生制动的结构示意图,1.系统构成 电阻制动系统在结构上的显著特点是主回路中有一个制动电阻，其主回路如图3-5（新干线100系动车组）。 2.工作原理 司机制动控制手柄或列车自动控制系统ATC发出制动指令后，制动控制装置首先对列车运行速度进行判断。当速度大于5km/h时，制动主回路构成（PB转换器转为制动位置），然后制动接触器动作（B11闭合、P11打开、P13打开），随后依次是励磁削弱接触器打开、预励磁接触器投入，最后，断路器投入（L1闭合）。 此时，
