第三章电气制动与粘着控制

第三章电气制动与粘着控制第一节电气制动一、概述•1．电气制动的基本原理•电气制动是利用电机的可逆性原理。电力机车在牵引工况时，牵引电机作电动机运行，将电网的电能转变为机械能，轴上输出牵引转矩以驱动列车运行。电力机车在电气制动时，列车的惯性力带动牵引电动机，此时牵引电机将作发电机运行，将列车动能转变为电能，输出制动电流的同时，在牵引电机轴上产生反转矩并作用于轮对，形成制动力使列车减速或在下坡道上以一定速度运行。2.电气制动的形式•根据电气制动时电能消耗的方式，电气制动分为电阻制动和再生制动二种形式。（1）如果电气制动时将产生的电能利用电阻使之转化为热能消耗掉，称之为电阻制动。（2）如果将电气制动时产生的电能重新反馈到电网去加以利用，称之为再生制动。3.电气制动的优越性（1）提高了列车行车的安全性。（2）减少了闸瓦和车轮磨耗。（3）提高了列车下坡运行速度。•4.机车采用电气制动时应满足的基本要求•（1）具有电气稳定性，并保证必要的机械稳定性。•（2）具有广泛的调节范围，冲击力小。•（3）机车由牵引状态转换为电气制动状态应线路简单，操纵方便，具有良好的制动性能，负载分配力求均匀。五、稳定性概念1.机械稳定性：指机车牵引列车在正常运行中，不会由于偶然原因引起速度发生微量变化而使列车的稳定运行遭到破坏。电气制动的机械稳定性是指当偶然原因使机车运行速度增高(或降低)时，制动力应随之增大(降低)，以保持原来的稳定运行状态。判定稳定性的条件：0dvdB•2.电气稳定性：指电传动机车在正常运行中，不会由于偶然因素的缘故，电流发生微量变化，而使牵引电机的电平衡状态遭到破坏。二、电阻制动1.它励牵引电机电阻制动(1)电气稳定性分析如电机电流IZ因扰动而有偏移时，它具有自动恢复到原来稳定状态的趋势。它励电阻制动具有电气稳定性。(2)制动特性及控制方式•电力机车在电气制动时的各种工作特性称为制动特性。•速度特性ZfIfVvZZCRRIv•制动力特性•ZIfB1234LLLLIIII•制动特性•VfB123ZZZIII(2)加馈电阻制动•又称“补足”电阻制动。电阻制动在低速时由于制动电流减小而制动力下降。为了维持制动电流不变，克服机车制动力在低速区减小的状况，在制动回路外接附加制动电源来补足。图3-12(a)的回路方程式为：•只需调节半控整流电路中晶闸管的移相角α，即可调节加馈电源输出，及时补足制动电流之减小，使制动电流维持不变。ZdjZZZdjREUIRIEUZdZREUI2cos19.02三、再生制动1.再生制动稳定性分析•再生制动时应保证电气稳定性和机械稳定性，而保证外部电气稳定性是实现再生制动的首要条件。•从分析得出，发电机外特性的斜率必须小于逆变装置外特性的斜率，才能保证再生制动稳定工作。•并励、他励、复励发电机的外特性具有下垂的外特性，因此只要保证发电机下降的外特性随制动电流增加时其斜率小于逆变装置外特性，便都具有外部电气稳定性。2.再生制动特性及限制•为了使负载分配均衡及保证电气稳定性，加入稳定电阻RW•当再生发电机的磁通Φ为常量时，机车速度特性曲线v=f(IZ)为一直线。即机车速度越高，其再生制动电流IZ愈大。•欲在一定再生制动电流下维持再生系统稳定工作，在机车速度下降时，必须加强电机的励磁电流。由于电机磁通受最大励磁电流的限制，因此再生制动时机车的运行速度必有一个下限速度Vmin。。当机车速度VVmin，再生制动系统无法工作。•调节过程的三个阶段：•(1)调节励磁电流•(2)调节逆变器电压四、再生制动的特点(1)再生制动时回馈的电能可供其它电力机车牵引使用，因此是一种更具有经济效益的电气制动方式。(2)再生制动具有调速范围大，防滑性能好，减少了闸瓦与车轮磨耗。(3)再生制动的控制系统较为复杂。(4)再生制动机车必须采用全控桥。因此机车功率因数低，谐波含量高，同时对触发系统可靠性要求高。五、交流传动系统的电气制动1.电气制动原理•调节逆变器的供电频率，使n1n，则异步电机处于发电机状态。此时转子导体中的感应电势反向，电流反向，电机转矩反向，成为制动转矩。（1）电阻制动•通过与直流回路支撑电容并联的放电电阻，将这部分电能消耗掉，也称再生能耗制动。~MRBVBREBPWHG•图虚线框内为制动单元(PW)，它包括内部制动电阻RB，制动用的晶体管VB等，VB的通断是通过检测直流电压大小来控制。实际上电阻中的电流是间歇的，所以西门子公司资料称“脉冲电阻”(PulsedResistor)。此单元实际上只起消耗电能防止直流侧过电压的作用。它并不起制动作用，但人们习惯称此单元为制动单元也称为制动斩波器。要提高制动的快速性，就要快速消耗掉这部分电能，可以在图中H，G两点间外接制动电阻REB。（2）再生制动•这种方法就是通过与整流器反并联的回馈单元，将这部分电能回馈给电网这种情况整流单元也必须采用晶闸管整流元件。此种制动方法虽然可以把旋转系统存储的能量回馈给电网，但对供电电网的要求比较高；一是电网电压波动要小，且必须可靠；二是电网短路容量要大，否则在回馈期间，电源电压偏低或电源被切断，有源逆变器就会迅速直通，引起换流失败，烧坏快速熔断器及晶闸管元件。~M整流单元回馈单元