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1、交流传动车辆电气制动综述论文.freel/h),.freel/h以下时采用空气制动。图33号线车辆牵引、制动特性曲线2电力制动分析力制动指牵引电机运行中产生的电磁制动力。当交流异步电机运行于发电工况下,电机输出转矩作用方向与电机转速方向相反,电磁转矩使得电机处于制动状态,转子减速,牵引电机轴输入机械能转变为电能。按照制动能量的不同产生方式,电力制动可分为反接制动、能耗制动及再生制动。2.1电力制动原理分析异步电机在牵引3和制动工况下的磁链矢量图如图4。在牵引工况下,定子磁链ψs带动转子磁链ψr旋转,定子磁链在空间位置上超前转子磁链
2、,电机输出正转矩。在制动工况下,转子旋转频率超过定子频率,转子电流与牵引状态下方向相反,使得气隙磁场幅值增大。为保持气隙磁场恒定,定子电流需要反向以减小气隙磁场,定子电流流向中间直流环节,在空间位置上滞后于转子电流,电机输出负转矩。电磁转矩(Tem)可由定子磁链和转子磁链的叉积得到。B点,电磁转矩变为负值,电机将在负载转矩与电磁转矩共同作用下迅速运行至C点。如果对电机继续供电,则电机进入反向牵引工况。在反接制动瞬间,电机将产生很大的制动电流和制动转矩。如处理不当,电机将发生反向行驶。从安全角度考虑,电力传动车辆上均不使用反接制动。
3、2.3能耗制动能耗制动时切断三相交流电源,并在定子中通入直流电源产生恒定的静止磁场。该静止磁场与转子磁场的相互作用产生电磁转矩,其方向与转子旋转方向相反。牵引工况与能耗制动工况下的电磁与转矩关系如图6所示。图4交流异步电机牵引、制动工况磁链矢量图在实际运行中,要改变电磁转矩,可以通过改变定子磁链和转子磁链的相位关系来实现。2.2反接制动反接制动是通过控制定子磁场的旋转方向与转子磁场的旋转方向相反来实现的。电机正向旋转时,定子磁场超前于转子磁场,定子磁场拉动转子磁场以同步转速旋转;当改变电源的相序时,定子磁场的旋转反向,而转子磁场因
4、转子惯性的作用运行方向不变,滑差s1,因而产生电磁转矩与电机旋转方向相反,电机进入反接制动状态。图5反接制动工况下电机调速特性在牵引状态下,定子电压与频率一定时运行于图5中A点,电磁转矩与恒负载转矩TL相平衡。反接制动时,电机的转矩—转速特性曲线变为曲线2,由于电机转速不能突变,电机工作点由A点变为图6电机牵引工况和能耗制动工况电磁模型能耗制动工况下,转子和负载的动能及从直流电源吸收的电能全部转换为转子回路的损耗,使得电机发热严重。能耗制动的最大优点是可以通过改变定子绕组直流电流的大小来调节磁场,进而控制制动转矩。由于在车上需加装
5、可调的直流电源,以及牵引电机发热严重等因素,交流传动车辆上一般也不采用能耗制动。2.4再生制动电机运行过程中,如果外力使电机转子加速,或人为控制定子频率降低,使转子频率高于定子频率,滑差s0,电机输出转矩与旋转方向相反,进入再生制动状态。再生制动可分为电阻制动和能量回馈制动。电阻制动是将制动反馈能量消耗在制动电阻上,具有控制简单可靠,发热较大和能量利用率低的特点。而能量回馈制动是将再生制动能量反馈给电网或给蓄电池充电。适用于电网供电的车辆。出现再生制动状态通常有两种工况:(1)减速制动。图7所示为电机机械特性曲线。定子频率为f1,
6、负载转矩为TL,电机工作于第一象限点A点(曲线1),电磁转矩与负载转矩相平衡。减速制动时,降低定子供电频率为f′1f1),1(f′由于车辆惯性,电机转速不发生突变,电机工作于第四象限的B点(曲线2)。这时,nn1、Tem0,电机进入发电状态,在电磁转矩和负载转矩共同作用下沿f′特性曲线减速,若不断降低定子供电频率,可获得满意的减速制动特性。(2)恒速下坡制动。车辆下坡时,特别在长大坡道上,由于重力作用迫使车辆加速,电机工作点沿着f1机械特性曲线进入第四象限,电磁转矩为负,电机为发电制动状态;直到电磁转矩与负载转矩相平衡的C点,电机
7、处于新的稳定状态。3电磁涡流制动电磁涡流制动是利用电磁涡流在磁场下产生劳伦磁力,而劳伦磁力方向与物体运动方向相反。电磁涡流制动具有无摩擦、无噪声、体积小、制动力大的优点。目前车辆利用电磁涡流制动的方式主要有盘形涡流制动和轨道直线涡流制动。3.1盘形涡流制动盘形涡流制动利用安装在车轴上的圆盘切割磁力线产生涡流和劳伦磁力。根据产生磁场的机理可分为电磁涡流制动和永磁涡流制动。日铁新干线的高速电动车组采用的电磁涡流制动原理如图8所示。图中,IF为励磁电流,使电磁铁心在制动工况下产生所需要的磁场;n为轮对旋转速度;TB为制动力。电磁涡流制动
8、装置安装于电动车组的拖车上,利用相邻车辆牵引电机的主电路电源作为励磁电源。永磁涡流盘形制动利用永磁铁代替电磁铁线圈产生电磁场,制动盘在磁场中产生涡流阻止磁场增加,产生制动转矩。日本铁道综合研究所试验的永磁涡流盘形制动装置原理如图9所示。永磁涡流制动
