摘 要：電氣制動是電動機停轉過程中，產生一個與轉向相反的電磁力矩，作為制動力使電動機停止轉動。電氣制動是交流傳動車輛安全運行的關鍵技術之一。全面分析了應用于交流傳動車輛的各種電氣制動方式的原理、應用范圍以及制動效果,并以實例分析了各種制動方式在交流傳動車輛制動中的應用。文章發表在《社會科學家》上，是社科論文發表范文，供同行參考。
關鍵詞：交流傳動車輛, 電氣制動, 制動力分配
電氣制動的方法包括反接制動、能耗制動、電容制動、再生制動(也叫反饋制動、回饋制動、發電回饋制動)。對于交流電機而言,可使用的電力制動方式除了再生制動, 還有反接制動和能耗制動,但在交流傳動車輛中一般不采用。本文分析了各種電氣制動方式在交流傳動車輛制動中的應用。
1 車輛制動時的制動力分配
德國ICE —V 列車采用復合制動方式,其制動力分配試驗結果見圖2 。由圖2 可知,列車制動時, 高速區列車制動以軌道渦流制動為主,再生制動由于處于弱磁區,隨轉速不斷降低而逐漸增大,總制動力不足可采用盤形摩擦制動補償;速度降至基速后(圖2 中基速對應列車運行速度162 km/ h) ,再生制動力增值到最大;低速下則以盤形摩擦制動為主。
上海軌道交通3 號線(明珠線) 車輛的牽引、制動特性曲線如圖3 所示。城軌車輛的速度較低,車輛均采用再生制動和閘瓦摩擦制動的復合方式。在大部分的速度范圍內,均以電氣制動為主,速度在5 km/ h 以下時采用空氣制動。
2 電力制動分析
力制動指牽引電機運行中產生的電磁制動力。當交流異步電機運行于發電工況下,電機輸出轉矩作用方向與電機轉速方向相反,電磁轉矩使得電機處于制動狀態,轉子減速,牽引電機軸輸入機械能轉變為電能。按照制動能量的不同產生方式,電力制動可分為反接制動、能耗制動及再生制動。
2. 1 電力制動原理分析
異步電機在牽引[3 ] 和制動工況下的磁鏈矢量圖如圖4。在牽引工況下,定子磁鏈ψs 帶動轉子磁鏈ψr 旋轉,定子磁鏈在空間位置上超前轉子磁鏈,電機輸出正轉矩。在制動工況下,轉子旋轉頻率超過定子頻率,轉子電流與牽引狀態下方向相反,使得氣隙磁場幅值增大。為保持氣隙磁場恒定,定子電流需要反向以減小氣隙磁場,定子電流流向中間直流環節, 在空間位置上滯后于轉子電流,電機輸出負轉矩。電磁轉矩( Tem) 可由定子磁鏈和轉子磁鏈的叉積得到。B點,電磁轉矩變為負值,電機將在負載轉矩與電磁轉矩共同作用下迅速運行至C 點。如果對電機繼續供電,則電機進入反向牽引工況。在反接制動瞬間,電機將產生很大的制動電流和制動轉矩。如處理不當,電機將發生反向行駛。從安全角度考慮,電力傳動車輛上均不使用反接制動。
2. 3 能耗制動
能耗制動時切斷三相交流電源,并在定子中通入直流電源產生恒定的靜止磁場。該靜止磁場與轉子磁場的相互作用產生電磁轉矩,其方向與轉子旋轉方向相反。牽引工況與能耗制動工況下的電磁與轉矩關系如圖6 所示。
在實際運行中,要改變電磁轉矩,可以通過改變定子磁鏈和轉子磁鏈的相位關系來實現。
3 電磁渦流制動
電磁渦流制動是利用電磁渦流在磁場下產生勞倫磁力,而勞倫磁力方向與物體運動方向相反。電磁渦流制動具有無摩擦、無噪聲、體積小、制動力大的優點。目前車輛利用電磁渦流制動的方式主要有盤形渦流制動和軌道直線渦流制動。
3. 1 盤形渦流制動
盤形渦流制動利用安裝在車軸上的圓盤切割磁力線產生渦流和勞倫磁力。根據產生磁場的機理可分為電磁渦流制動和永磁渦流制動。
日鐵新干線的高速電動車組采用的電磁渦流制動原理如圖8 所示。圖中, IF 為勵磁電流, 使電磁鐵心在制動工況下產生所需要的磁場; n 為輪對旋轉速度; TB 為制動力。電磁渦流制動裝置安裝于電動車組的拖車上,利用相鄰車輛牽引電機的主電路電源作為勵磁電源。
永磁渦流盤形制動利用永磁鐵代替電磁鐵線圈產生電磁場,制動盤在磁場中產生渦流阻止磁場增加,產生制動轉矩。日本鐵道綜合研究所試驗的永磁渦流盤形制動裝置原理如圖9 所示。永磁渦流制動裝置的制動盤安裝于轉軸上,定子為永磁圓盤。永磁圓盤分為內圈圓盤和外圈圓盤,配置有內、外兩圈磁軛。兩圈磁軛內均交錯放置N 極和S 極的永久磁鐵。車輛正常運行時,外圈和內圈的永磁鐵極性為異性排列在一起,磁通在極片和磁軛內構成閉合磁路、不穿越制動圓盤,因而不產生制動轉矩。車輛制動時,內、外圈的永磁鐵極性為同性排列,永磁鐵通過極片和制動圓盤構成磁路。制動盤隨轉軸轉動,切割磁力線產生渦流和制動轉矩,改變極片相對位置可以調節制動轉矩的大小。
兩種渦流制動中,電磁渦流盤型制動的制動功率大,但設備較多,已在日本新干線得以廣泛應用; 永磁渦流盤型制動結構簡單,但由于目前制動功率受到一定限制,尚處于試驗階段。
3. 2 軌道直線渦流制動
軌道直線渦流制動通過對安裝于轉向架兩側車輪之間的條形磁鐵勵磁,在鋼軌上產生渦流使車輛制動。具有無摩擦、制動迅速等優點。同時,軌道直線渦流制動裝置可增加車輛軸重,提高車輛粘著力。其原理圖見圖10 。制動狀態時,由于電磁鐵的N 極和S 極相對于鋼軌的運動,在鋼軌內產生交變的磁場,使鋼軌頭部產生渦流,渦流與電磁鐵相互作用, 產生一個垂直于鋼軌面的吸引力和一個與車輛運行方向相反的制動力;垂直于軌面的力可增加車輛的粘著力,與車輛運行方向相反的力就是電磁渦流制動力。但軌道渦流制動如果要得到很大的渦流制動力,則需要很龐大的制動裝置。這種軌道渦流制動裝置應用于上海磁浮列車的制動控制系統中[4 ] 。
發表社科論文多少錢?請點擊咨詢我們的網站編輯：《社會科學家》是中共桂林市委主管、桂林市社科聯主辦、《社會科學家》雜志社承辦的綜合性哲學社會科學理論期刊，創刊于1986年，郵發代號：48-48。
參考文獻
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