电力牵引制动特性

1、电力牵引制动特性 列车运行中，下坡限速、弯道或进站减速、到站停车或列车运行中，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。线路上临时停车等，均由制动来实现。制动要求：制动要求：（制停、下长大坡的限速等）（制停、下长大坡的限速等）、可靠。、可靠。制动方式制动方式: : 按能量转移按能量转移（转：能量转化；移：将转化后的能量消耗掉）（分类方（转：能量转化；移：将转化后的能量消耗掉）（分类方式有多种）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、轮盘制动缩空气驱动的闸瓦制动、轮盘制

2、动（后者优，动车组常用）（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。能风冷来制动。（交直机车常用）（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。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，直流、交流传动均用，尤其是交流传动）经济，直流、交流传动均用，尤其是交流传动）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。动能转化为热能消散于大气来制动。 特点：不受轮轨粘

3、着力限制，可在粘着力外再获一制动力。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。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。应涡流，从而产生电磁吸力来制动。（动能（动能电能电能热能）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。应涡流。 应用：日本新干线应用：日本新干线

4、100系、系、300系、系、700系。系。翼板制动：通过车体伸出翼板增加空气阻力来制动（增加翼板制动：通过车体伸出翼板增加空气阻力来制动（增加34倍）。倍）。（处于试验中）（处于试验中） （注：电力机车常用电制动、空气制动，故本章学习电制动）（注：电力机车常用电制动、空气制动，故本章学习电制动）CRH1转向架转向架轮盘制动轮盘制动复合制动技术复合制动技术一、电气制动的基本原理一、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。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

5、，电机轴上的反转矩作用于机车动轮电机输出制动电流，电机轴上的反转矩作用于机车动轮形成制动力。形成制动力。二、电气制动的形式二、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。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。约电能，经济。 三、电气制动的优越性三、电气制动的优越性1 1、提升列车行车的安全、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，则制动的效能随列车速度

6、、载重、长度的提高而下降下降，则制动的效能随列车速度、载重、长度的提高而下降，高速时呈不稳定性。，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。电气制动：速度越高制动效果越明显，且与制动时间无关。2 2、减少闸瓦与车轮的摩擦、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。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）高速时电气制动，低速时机械制动（动车组为轮盘制动）。 3 3、提高列车下坡运行的速度、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

7、恢复后才摩擦制动：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。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%8%，因而提高运输能力。，因而提高运输能力。四、电制动的基本要求四、电制动的基本要求 电气制动的基本要求：电气制动的基本要求：v 机械稳定性机械稳定性 即偶然因素使速度即偶然因素使速度v v制动力制动力B BV ，从而保持，从而保持原稳定运行状态。原稳定运行状态。 v 电气稳定性电气稳定性 在一定速度在一定速度v v，

8、瞬时电流扰动，电气系统能自动，瞬时电流扰动，电气系统能自动恢复到原平衡状态。恢复到原平衡状态。v 各台电动机制动力应力求相等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。自动恢复均匀分配。v 外界条件暂时变化外界条件暂时变化（如网压波动、粘着条件变化以及人为调节制动力（如网压波动、粘着条件变化以及人为调节制动力等）等），无过大的电流冲击和制动力冲击。，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、重量制动性能

9、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。轻、线路简单、操作简单、易于检修。 电阻制动一般常用于直流传动。直流传动电机的电枢串制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。动电阻，而励磁分串励、他励两种。他励电阻制动：电路如图（他励电阻制动：电路如图（a a）所示，调励磁电流即调制动电流）所示，调励磁电流即调制动电流和制动力，实现对机车运行速度的控制。（电力机车常用）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（串励电阻制动：电路如图（b b）所示，励磁绕组反向与电枢串，）所示，励磁绕组反向

10、与电枢串，再与制动电阻再与制动电阻R RZ Z形成回路。调形成回路。调R RZ Z可调制动电流和制动力。可调制动电流和制动力。注意：注意：MIZEDZR。R RZ Z多抽头，需开关电器，线多抽头，需开关电器，线路复杂，设备多；有级制动路复杂，设备多；有级制动，不利平稳运行；，不利平稳运行；R RZ Z不宜过不宜过大，否则会电机不能自激；大，否则会电机不能自激；多台电机并联共用一个多台电机并联共用一个R RZ Z时，时，会出现不稳定状态（电力机车会出现不稳定状态（电力机车各电机各自有各电机各自有R RZ Z）。）。 ZRMIZED(a) (b)(a) (b) 图图3-1 3-1 电阻制动原理图电

11、阻制动原理图 一、他励式电阻制动的稳定性一、他励式电阻制动的稳定性1 1、机械稳定性、机械稳定性简析：图简析：图3-23-2为他励电阻制动特性曲线，为他励电阻制动特性曲线，a a点稳定运行，若偶然点稳定运行，若偶然因素有因素有V V运行到运行到b b点，因制动力点，因制动力B Bb bB Ba a，从而迫使，从而迫使V V降回到降回到a a点点；反之，则相反。；反之，则相反。结论：他励式电阻制动机械稳定性条件结论：他励式电阻制动机械稳定性条件 （3-13-1） .B0V.aVbVaVb图图3-2 3-2 电阻制动的机械稳定性电阻制动的机械稳定性 0dVdB 实际中，在高速区、制动电流恒实际中，

12、在高速区、制动电流恒定条件下，有（定条件下，有（3-13-1）式成立，故高）式成立，故高速区具有机械稳定性。速区具有机械稳定性。 2 2、电气稳定性、电气稳定性（1 1）电压方程式）电压方程式 他励电阻制动电枢回路（见前图）电压平衡方程式为他励电阻制动电枢回路（见前图）电压平衡方程式为 （3-23-2） dtdILRRIVCEZZZZVZ)(012AUIZ+LdIZtd图图3-3 3-3 他励电阻制动回路电势曲线他励电阻制动回路电势曲线 式中，式中，E EZ Z为电机发电电势，为电机发电电势，Z Z为他为他励磁通，励磁通，RR为电机总电阻为电机总电阻（主要是（主要是电枢的）电枢的），L L为制

13、动回路的电感为制动回路的电感（制（制动电流稳定时不起作用）。动电流稳定时不起作用）。 （2 2）回路电势曲线）回路电势曲线 图图3-33-3中，曲线中，曲线1 1为某速度时的电势特性曲线为某速度时的电势特性曲线E EZ Z=C=CV VZ ZV V，曲线，曲线2 2为负载特性曲线为负载特性曲线I IZ Z(R(RZ Z+R)+R)，二者间纵线段表示自感电势，二者间纵线段表示自感电势L(dIL(dIZ Z/dt)/dt)。 （3 3）简析）简析 电机在电机在A A点稳定工作，点稳定工作，L(dIL(dIZ Z/dt)=0/dt)=0；若扰动有；若扰动有I IZ Z增大时，增大时，有有 ，即，即L

14、(dIL(dIZ Z/dt)/dt)0 0， 则则I IZ Z减少回到减少回到A A点；若点；若I IZ Z减少时，有减少时，有L(dIL(dIZ Z/dt)/dt)0 0，则，则I IZ Z增大回到增大回到A A点。点。故故 他励电阻制动具有电气稳定性。他励电阻制动具有电气稳定性。二、他励式电阻制动的特性二、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，包括速度特性括速度特性V=f(IV=f(IZ Z) )、制动力特性、制动力特性B=f(IB=f(IZ Z) )、制动特性、制动特性B=f(V)B=f(V)。1 1、速度特性

15、、速度特性V=f(IV=f(IZ Z) ) 稳定工作状态时自感电势为零，则式（稳定工作状态时自感电势为零，则式（3-23-2）变为）变为 （3-33-3） )(RRInCZZDZE)(RRIVCZZZV 则则 电阻制动的速度特性为电阻制动的速度特性为 （h h） （3-43-4）式中，式中， R RZ Z、RR、C CV V均为定值。均为定值。 特性曲线如图特性曲线如图3-43-4，可见：，可见： ZVZZCRRIV)(（1 1）忽略电枢反应，励磁）忽略电枢反应，励磁I IL L一定（即一定（即Z Z定）时，有定）时，有VIVIZ Z，线性，线性; ;（2 2）一个）一个I IL L值（值（Z

16、 Z值）对应一条制动值）对应一条制动速度特性直线；速度特性直线； I IL L连续调，则形成特连续调，则形成特性面。图中性面。图中I IL1L1I IL2L2I IL3L3; ;（3 3）调他励电流，可调制动速度。图）调他励电流，可调制动速度。图中，制动电流中，制动电流I IZ Z一定，一定，I IL L越小越小V V越高；越高；反之则相反。反之则相反。 0vIZL3IL2IL1I图图3-4 3-4 电阻制动速度特性曲线电阻制动速度特性曲线 2 2、制动力特性、制动力特性B=f(IB=f(IZ Z) ) 他励电阻制动时，若他励电阻制动时，若I IZ Z方向不变，则方向不变，则I IL L要反向

17、；反之则要反向；反之则相反。相反。则则 电机的电磁转矩就为制动转矩电机的电磁转矩就为制动转矩 (3-5) (3-5) B0IZL3IL2IL1IZZMZICM 又又 机车的轮周制动力机车的轮周制动力B B与与N N台台牵引电机制动转矩牵引电机制动转矩M MZ Z的关系为的关系为 (3-6)(3-6) ZCCMDNB2故故 制动力特性为制动力特性为 （）（） (3-7)(3-7) ZZCMCIDCNB2 图图3-5 3-5 电阻制动力特性曲线电阻制动力特性曲线 制动力特性曲线如图制动力特性曲线如图3-53-5所示，可见：所示，可见： （1 1）不计电枢反应，励磁）不计电枢反应，励磁I IL L一

18、定（一定（Z Z定），有定），有BIBIZ Z，线性，线性。 （2 2）一个）一个I IL L值（值（Z Z值）对应一条制动力特性直线；励磁电值）对应一条制动力特性直线；励磁电流连续调，则形成特性面。图中流连续调，则形成特性面。图中I IL1L1I IL2L2I IL3L3。 （3 3）调制动电流或励磁电流都可调制动力。）调制动电流或励磁电流都可调制动力。I IZ Z一定，一定，I IL L越越大大B B越大；越大；I IL L一定，一定，I IZ Z越大越大B B越大。越大。3 3、制动特性、制动特性B=f(V)B=f(V)（1 1）形式一）形式一 将式（将式（3-43-4）的）的I IZ

19、Z式（式（3-73-7），可得制动特性），可得制动特性 （）（） （3-83-8） VRRDCCNBZZCVMC2)(2 制动特性曲线如图制动特性曲线如图3-63-6所示，可见：所示，可见： （1 1）I IL L一定（即一定（即Z Z定），定），BVBV，线，线性；性；I IL L越大，特性曲线越陡，图中越大，特性曲线越陡，图中I IL1L1I IL2L2I IL3L3。 （2 2）I IL L一定时，一定时，VBVB，说明他励，说明他励电阻制动具有机械稳定性（与前述一致电阻制动具有机械稳定性（与前述一致）；）；V V越低越低B B越小，故电阻制动不用于越小，故电阻制动不用于机车的制停。机车

20、的制停。（2 2）形式二）形式二0vL3IL2IL1IBZ1IZ2IZ3I图图3-6 3-6 电阻制动特性曲线电阻制动特性曲线 将式（将式（3-33-3）的）的Z Z式（式（3-73-7），可得制动特性的另一形式），可得制动特性的另一形式 （）（） （3-93-9） VICDRRCNBZVCZMC2)(2 制动特性曲线如图制动特性曲线如图3-63-6所示，可见：所示，可见： （1 1）I IZ Z一定，一定，B1/VB1/V（反比），特性曲线为双曲线。图中（反比），特性曲线为双曲线。图中I IZ1Z1I IZ2Z2I IZ3Z3。 （2)I2)IZ Z一定，在很宽范围内一定，在很宽范围内B B

21、随随V V的升高而降低，不具有机的升高而降低，不具有机械稳定性。械稳定性。三、他励式电阻制动的控制方式三、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。、恒电流、恒速度控制。1 1、恒磁通控制、恒磁通控制 励磁励磁I IL L恒定（恒定（Z Z恒定），调恒定），调R RZ Z来调来调I IZ Z大小，从而调大小，从而调B B（依式（依式（3-73-7）。特点：有级调节，电路复杂。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应用：仅作补充手段，即低速区制动力不足时短接部

22、分R RZ Z使使BB。（如（如SSSS3 3、SSSS4 4）2 2、恒电流控制、恒电流控制 恒恒I IZ Z制动，调制动，调I IL L来调来调B B（依式（依式（3-73-7）。特点：机车特性呈恒功率曲线，能充分利用机车的制动功率，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。但机械稳定性差。应用：相控机车低速区采用。应用：相控机车低速区采用。3 3、恒速度控制、恒速度控制 恒速恒速V V，调，调I IL L来调来调B B（依式（依式（3-83-8）。特点：改变制动力特点：改变制动力B B来抗衡外界加速力实现机车恒速。来抗衡外界加速力实现机车恒速。（调节功率（调节

23、功率小，易实现自动控制）小，易实现自动控制）应用：下长大坡道，不断调节应用：下长大坡道，不断调节I IL L使使B B与加速力平衡，保持机车以与加速力平衡，保持机车以给定速度恒速下坡。给定速度恒速下坡。四、他励式电阻制动的界限四、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。允许一定范围内使用电阻制动。1 1、最大励磁电流限制、最大励磁电流限制 受励磁绕组允许温升限制。受励磁绕组允许温升限制。 0vB12345工作区图图3-7 3-7 他励式电阻制动界限他励式电阻制动界限 图图3-73-7中，曲

24、线中，曲线1 1是最大是最大I IL L对应的对应的制动特性曲线，其右方允许，而左方制动特性曲线，其右方允许，而左方易发热烧毁励磁绕组，且磁路饱和调易发热烧毁励磁绕组，且磁路饱和调节效果不明显节效果不明显。 2 2、粘着限制、粘着限制 受制动打滑的粘着限制。受制动打滑的粘着限制。 图中曲线图中曲线2 2是粘着限制曲线。据是粘着限制曲线。据“牵规牵规”，制动粘着系数，制动粘着系数应比牵引粘着系数低应比牵引粘着系数低2020。3 3、最大制动电流限制、最大制动电流限制 受电枢绕组允许温升限制，并受受电枢绕组允许温升限制，并受R RZ Z允许发热条件允许发热条件（允许功（允许功率、通风散热条件）率、

25、通风散热条件）限制。限制。 以最大以最大I IZ Z代入式（代入式（3-93-9），可得图中曲线），可得图中曲线3 3，它表示制动电，它表示制动电流的限界。流的限界。4 4、换向条件限制、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。势限制。 高速制动电流大，电抗电势会超允许值。特别是高速制动电流大，电抗电势会超允许值。特别是I IL L较小时较小时，Z Z畸变严重，可能发生火花甚至环火。图中曲线畸变严重，可能发生火花甚至环火。图中曲线4 4表示了表示了换向条件允许的界限。换向条件允许的界限。 因电抗电势正比于因电抗电势正

26、比于VIVIZ Z，则，则VIVIZ Z。5 5、电力机车最高速度限制、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即机车的构造速度，受机车机械运行部分强度限制（还可（还可能受线路允许速度的限制）能受线路允许速度的限制）。 图中的曲线图中的曲线5 5表示了最高速度限制。表示了最高速度限制。五、电阻制动的不足与克服五、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。调节方便、易于实现自动化。 缺点：低速区制动力下降快，制动效果差。缺点：低速区制动力下降快，制动效果差。解决办法：解

27、决办法：1 1、分级电阻制动、分级电阻制动 由式（由式（3-23-2）知，他励发电机）知，他励发电机I IL L不变，不变，VEVEZ Z（R RZ Z一一定时）定时）I IZ ZBB。 减小减小R RZ Z，虽，虽VEVEZ Z，仍能保持，仍能保持I IZ Z维持维持B B。 如如SSSS3 3，R RZ Z分和两级，低速时为，分和两级，低速时为，B B扩大近一倍。扩大近一倍。2 2、加馈电阻制动、加馈电阻制动（“补足补足”电势电阻制动）电势电阻制动） 低速，制动回路外接附加电源，以低速，制动回路外接附加电源，以“补足补足”低速的低低速的低E EZ Z造造成的低成的低I IZ Z，保证足够的

28、，保证足够的I IZ Z，获得足够的，获得足够的B B。 相控机车加馈电阻制动原理相控机车加馈电阻制动原理电路，回路电压方程式为电路，回路电压方程式为 （3-103-10）则制动电流则制动电流I IZ Z为为 （3-113-11） _。MRZEZ+IZ._MRZEZ+IZUJ图图3-8 3-8 加馈电阻制动原理加馈电阻制动原理 )(RRIEUZZZJRREUIZZJZ 实际中，制动电流需连续可调以及时实际中，制动电流需连续可调以及时“补足补足”。相控机车，。相控机车，用牵引整流调压电路作制动加馈电源，如图示。用牵引整流调压电路作制动加馈电源，如图示。注意：注意：（1 1）据计算，维持低速）据计

29、算，维持低速B B恒定，制停列车所需外加电源功率几乎恒定，制停列车所需外加电源功率几乎与机车额定功率相等。与机车额定功率相等。（2 2）理论上可制停机车，但实际中电机静止，整流子长时间流）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。来制停机车。SSSS3B3B、SSSS4 4改改、SSSS8 8及及SSSS9 9机车均如此。机车均如此。 直流传动、交流传动的电力牵引均可用再生制动，但交直流传动、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

30、。流传动应用普遍，且优先采用再生制动。一、一、 “交交-直直” 牵引再生制动牵引再生制动（一）再生制动的稳定性（一）再生制动的稳定性1、机械稳定性、机械稳定性 分析可知，再生制动的制动特性分析可知，再生制动的制动特性B=f(V)满足式（满足式（3-1），），故具有制动的机械稳定性。故具有制动的机械稳定性。2、电气稳定性、电气稳定性 “交交-直直”牵引，再生制动时牵引电机通过变流装置间接牵引，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。与接触网联接，则电机的外部电路须首先保证电气稳定。 （1 1）串励电机的电气稳定性）串励电机的电气稳定性 “交交- -直直

31、”牵引再生制动原理电路牵引再生制动原理电路（图示）（图示）与牵引时相同，与牵引时相同，但变流器（全控桥）为逆变状态。设再生制动时电机为串励但变流器（全控桥）为逆变状态。设再生制动时电机为串励发电机状态，外部特性发电机状态，外部特性U UD D=f(I=f(IZ Z) )为为 （3-123-12）MPKIZEZUdTNRIEUZZD式中，式中，E EZ Z为电机电势，为电机电势，RR主要为电枢主要为电枢电阻电阻（图中未画出）（图中未画出）。 逆变器逆变器N N的外特性的外特性U Ud d=f(I=f(IZ Z) )，实现再，实现再生制动时应满足生制动时应满足 图图3-9 3-9 相控机车再生制动

32、原理相控机车再生制动原理 dtdILUdtdILRIEUZDZZZd （3-133-13）或或 （3-143-14）式中，式中，L L主要为电抗器的电感。主要为电抗器的电感。 dDZUUdtdIL 图图3-103-10为特性曲线，电机为特性曲线，电机U UD D与逆变器与逆变器U Ud d交于交于a a、b b两点。两点。分析：分析：a a点不稳定而点不稳定而b b点稳定。点稳定。a0UIZDUdUb（a a点：某种原因使点：某种原因使I IZ Z（左移），有（左移），有U Ud dU UD D，据式（据式（3-143-14）知）知L(dIL(dIZ Z/dt)/dt)0 0，则，则I IZ

33、Z继续减小继续减小远离远离a a点；反之，点；反之，I IZ ZUUD DU Ud d，L(dIL(dIZ Z/dt)/dt)0 0，I IZ Z继续增大远离继续增大远离a a点。点。b b点：刚好相反，但点：刚好相反，但b b点点I IZ Z值太大。）值太大。） 可见，再生制动稳定工作的条件为可见，再生制动稳定工作的条件为 （3-153-15）图图3-10 3-10 电机、逆变器电压曲线电机、逆变器电压曲线 ZdZDdIdUdIdU0ZDdIdU 若若U Ud d稳定（常数），则条件变为稳定（常数），则条件变为 （3-163-16） 即平衡点处即平衡点处U UD DI IZ Z曲线斜率为负。

34、显然，发电机外特性下降形曲线斜率为负。显然，发电机外特性下降形状才能满足要求。状才能满足要求。 串励发电机，外特性在大电流下才有下降形状，在其允许的工串励发电机，外特性在大电流下才有下降形状，在其允许的工作范围内是不稳定的。作范围内是不稳定的。（2 2）他励、并励电机的电气稳定性）他励、并励电机的电气稳定性 他励、并励发电机，其外特性曲线具有下垂形状，故再他励、并励发电机，其外特性曲线具有下垂形状，故再生制动时具有电气稳定性。生制动时具有电气稳定性。注意：注意：v “交交- -直直”牵引，他励，随牵引，他励，随I IZ ZIIL L，电机有下降的外特性，电机有下降的外特性，保证外部电气稳定性，

35、并能保证并联再生发电机间的内部，保证外部电气稳定性，并能保证并联再生发电机间的内部电气稳定。电气稳定。v “直直- -直直”牵引，串励，斩波调压。调控制角牵引，串励，斩波调压。调控制角，满足式（，满足式（3-3-1515）条件。如我国地铁动车。）条件。如我国地铁动车。 （二）再生制动的特性（二）再生制动的特性 再生制动，全桥变流，控制再生制动，全桥变流，控制9090，整流，整流逆变。逆逆变。逆变器外特性变器外特性U Ud d=f(I=f(IZ Z) )与整流器外特性与整流器外特性U Ud d=f(I=f(IZ Z) )有同样的结论。有同样的结论。1 1、速度特性、速度特性V=f(IV=f(IZ

36、 Z) )（1 1）V=f(IV=f(IZ Z) ) 再生制动，他励发电机电势平衡方程式为再生制动，他励发电机电势平衡方程式为 （3-173-17） 再生制动，机车速度特性再生制动，机车速度特性 （h h） （3-183-18）而再生制动电流而再生制动电流 （3-193-19）RIUVCEZdZVZZVZdCRIUVRUVCIdZVZ浅析：浅析： 因因RR很小，小很小，小VV大大I IZ Z；U Ud dI IZ Z，I IZ Z对网压敏感；对网压敏感；各并联电机的各并联电机的RR不同不同分配不均分配不均。故各电机需串稳定电阻故各电机需串稳定电阻R RW W均衡各并联电机的负载，并使各电机均衡

37、各并联电机的负载，并使各电机具有差励磁特性，以保电气稳定性。具有差励磁特性，以保电气稳定性。（2 2）串）串R RW W后的后的V=f(IV=f(IZ Z) ) （3-203-20） （3-213-21）可见，可见，R RW W直接影响各电机负载分配的均匀性和电气稳定性：直接影响各电机负载分配的均匀性和电气稳定性： R RW WUUD D=C=CV VZ ZV-IV-IZ Z（R RW W+R+R）电气稳定性电气稳定性；分母；分母U Ud d小可略小可略抗网压波动抗网压波动，且电机负载分配越均衡。，且电机负载分配越均衡。ZVWZdCRRIUV)(RRUVCIWdZVZ 但因但因R RW W能耗

38、能耗、且、且I IZ ZBB，则，则R RW W不宜过大。不宜过大。故：从制动效果和稳定性两方面考虑，故：从制动效果和稳定性两方面考虑，R RW W取值应适中。如取值应适中。如8K8K机车机车的的R RW W为，消耗为，消耗1/31/3的制动功率。的制动功率。（3 3）下限速度）下限速度VminVmin 由式（由式（3-203-20）可知：）可知：0vIZL3IL2IL1IILmaxVmin图图3-11 3-11 再生制动机车速度特性再生制动机车速度特性 当当Z Z一定，一定，VIVIZ Z（线性见图（线性见图3-113-11），即即I IZ ZVV；当当I IZ Z一定，一定，V1/V1/Z

39、 Z（或（或I IL L），即），即I IL LVV； 当当I IL L、I IZ ZVV。由于电机磁通受。由于电机磁通受I ILmaxLmax限制，则再限制，则再生制动时机车下限速度生制动时机车下限速度V Vminmin为为 （h h） (3-22)(3-22)maxmin)(ZVWZdCRRIUV 再生制动的再生制动的V=f(IV=f(IZ Z) )为直线。图示中为直线。图示中I IL1L1I IL2L2I IL3L3，最大励磁，最大励磁I ILmaxLmax对应有最小速度对应有最小速度V Vminmin。2 2、制动力特性、制动力特性B=f(IB=f(IZ Z) ) 再生制动，若再生制动

40、，若I IZ Z与牵引时同向，而与牵引时同向，而Z Z（即（即I IL L）反向，则电磁转矩为制动转矩。）反向，则电磁转矩为制动转矩。制动力特性同电阻制动制动力特性同电阻制动（即（即B=f(IB=f(IZ Z) )同式（同式（3-3-7 7）。Z Z一定，一定，B=f(IB=f(IZ Z) )是一条直线是一条直线( (图图3-3-1212），图中，图中I IL1L1I IL2L2I IL3L3。3 3、制动特性、制动特性B=f(V)B=f(V) 将（将（3-213-21）的）的I IZ Z（3-73-7），可得），可得B=f(V)B=f(V) （）（）（3-233-23）B0IZL3IL2IL

41、1I图图3-12 3-12 再生制动力特性再生制动力特性 dZWCMCZWCVMCURRDCNVRRDCCNB)(2)(22B0VL3IL2IL1I图图3-13 3-13 再生制动制动特性再生制动制动特性 可见，当他励可见，当他励Z Z为定值，再生制动特性为定值，再生制动特性B=f(V)B=f(V)为直线为直线（图（图3-3-1313），图中，图中I IL1L1I IL2L2I IL3L3。 （三）再生制动的界限（三）再生制动的界限 同电阻制动，安全运行受五方面限制：同电阻制动，安全运行受五方面限制：最大励磁最大励磁I ILmaxLmax限制，对应机车最小速度限制，对应机车最小速度V Vmin

42、 min ，曲，曲线线1 1；粘着条件限制，曲线粘着条件限制，曲线2 2；最大电枢电流最大电枢电流I IZmaxZmax（制动电流）限制，曲线（制动电流）限制，曲线3 3；安全换向限制，曲线安全换向限制，曲线4 4；最大构造速度限制，对应最大构造速度限制，对应V Vmaxmax ，曲线，曲线5 5 。 0VB12345工作区VminVmax 图图3-14 3-14 再生制动界限再生制动界限 （四）再生制动的调节（四）再生制动的调节 据式（据式（3-73-7）、（）、（3-233-23）知，调主磁通）知，调主磁通Z Z（即（即I IL L）或逆变）或逆变器电压器电压U Ud d，均可调，均可调B

43、 B。 1 1、调节过程、调节过程（1 1）第一阶段）第一阶段高速调励磁电流高速调励磁电流I IL L 高速，维持逆变器高速，维持逆变器U Udmaxdmax，调，调I IL L（即（即Z Z）调调I IZ Z，以提高功率系数，图中，以提高功率系数，图中BCBC段。随段。随VIVIL L，到，到I IL4L4=max=max（B B点）点）为止；最小为止；最小励磁受安全换向限制，图中励磁受安全换向限制，图中I IL1L1=min=min。优点：调节功率小，可连续平滑调节。优点：调节功率小，可连续平滑调节。0VBABCD加馈IL调调UdIL3L2IL1I =min=maxL4I=0UdUd3Ud

44、2Ud1图图3-15 3-15 再生制动特性再生制动特性 缺点：受磁路饱和限制，缺点：受磁路饱和限制，V V不能继续下降；同时，制动力受制动不能继续下降；同时，制动力受制动功率限制，在功率限制，在V V越高时，相应越高时，相应B B也会越小。也会越小。（2 2）第二阶段）第二阶段调逆变器电压调逆变器电压U Ud d 调励在调励在I IL4L4=max=max后维持不变，再调逆变器后维持不变，再调逆变器角来角来U Ud d。 随随U Ud d维持维持I IZ Z= =常数常数B B不变、不变、VV，到，到U Ud d=0=0（A A点）点）为止，图中为止，图中ABAB段所示。此阶段，可控硅为不对

45、称触发方式。段所示。此阶段，可控硅为不对称触发方式。 （3 3）第三阶段）第三阶段加馈电阻制动加馈电阻制动 A A点后，变流器从逆变转为整流，点后，变流器从逆变转为整流，U Ud d改变极性后又从改变极性后又从0 0开始开始增大，由式（增大，由式（3-213-21）知（）知（U Ud d为负）此时为负）此时I IZ Z由发电机和整流共同由发电机和整流共同产生，以保持低速时的产生，以保持低速时的B B不变，如图不变，如图3-153-15中的中的DADA虚线所示。虚线所示。 加馈电阻制动瞬间，曲线加馈电阻制动瞬间，曲线OAOA的斜率由式（的斜率由式（3-233-23）知（）知（U Ud d为为负）

46、取决于电阻的大小，电阻越小斜率就越大，负）取决于电阻的大小，电阻越小斜率就越大，A A点速度就越点速度就越低。低。 加馈电阻制动的电阻一般小于电阻制动机车的制动电阻。加馈电阻制动的电阻一般小于电阻制动机车的制动电阻。2 2、再生制动控制方式、再生制动控制方式 前两阶段为再生制动工况，控制方式前两阶段为再生制动工况，控制方式( (决定机车的制动功率系决定机车的制动功率系数数) )：（1 1）维持逆变角）维持逆变角为常数控制为常数控制 因变压器漏抗因变压器漏抗X XC C有换相重叠角有换相重叠角，可控硅关断后有恢复正，可控硅关断后有恢复正向阻断时间，即考虑一定的裕度角向阻断时间，即考虑一定的裕度角。则逆变时，可控硅触。则逆变时，可控硅触发应比交流电源电压过零引前相角发应比交流电源电压过零引前相角（逆变角）（逆变角），即，即 （3-243-24）注意：通常，注意：通常，为为1515，为为5 51010，则，则一般整定在一般整定在20202525