摘　要：電氣制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩，作為制動(dòng)力使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電氣制動(dòng)是交流傳動(dòng)車(chē)輛安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。全面分析了應(yīng)用于交流傳動(dòng)車(chē)輛的各種電氣制動(dòng)方式的原理、應(yīng)用范圍以及制動(dòng)效果,并以實(shí)例分析了各種制動(dòng)方式在交流傳動(dòng)車(chē)輛制動(dòng)中的應(yīng)用。文章發(fā)表在《社會(huì)科學(xué)家》上，是社科論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：交流傳動(dòng)車(chē)輛, 電氣制動(dòng), 制動(dòng)力分配

　　電氣制動(dòng)的方法包括反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、電容制動(dòng)、再生制動(dòng)(也叫反饋制動(dòng)、回饋制動(dòng)、發(fā)電回饋制動(dòng))。對(duì)于交流電機(jī)而言,可使用的電力制動(dòng)方式除了再生制動(dòng), 還有反接制動(dòng)和能耗制動(dòng),但在交流傳動(dòng)車(chē)輛中一般不采用。本文分析了各種電氣制動(dòng)方式在交流傳動(dòng)車(chē)輛制動(dòng)中的應(yīng)用。

　　1 　車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力分配

　　德國(guó)ICE —V 列車(chē)采用復(fù)合制動(dòng)方式,其制動(dòng)力分配試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2 。由圖2 可知,列車(chē)制動(dòng)時(shí), 高速區(qū)列車(chē)制動(dòng)以軌道渦流制動(dòng)為主,再生制動(dòng)由于處于弱磁區(qū),隨轉(zhuǎn)速不斷降低而逐漸增大,總制動(dòng)力不足可采用盤(pán)形摩擦制動(dòng)補(bǔ)償;速度降至基速后(圖2 中基速對(duì)應(yīng)列車(chē)運(yùn)行速度162 km/ h) ,再生制動(dòng)力增值到最大;低速下則以盤(pán)形摩擦制動(dòng)為主。

　　上海軌道交通3 號(hào)線(xiàn)(明珠線(xiàn)) 車(chē)輛的牽引、制動(dòng)特性曲線(xiàn)如圖3 所示。城軌車(chē)輛的速度較低,車(chē)輛均采用再生制動(dòng)和閘瓦摩擦制動(dòng)的復(fù)合方式。在大部分的速度范圍內(nèi),均以電氣制動(dòng)為主,速度在5 km/ h 以下時(shí)采用空氣制動(dòng)。

　　2 　電力制動(dòng)分析

　　力制動(dòng)指牽引電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的電磁制動(dòng)力。當(dāng)交流異步電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電工況下,電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作用方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反,電磁轉(zhuǎn)矩使得電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài),轉(zhuǎn)子減速,牽引電機(jī)軸輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋０凑罩苿?dòng)能量的不同產(chǎn)生方式,電力制動(dòng)可分為反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)及再生制動(dòng)。

　　2. 1 　電力制動(dòng)原理分析

　　異步電機(jī)在牽引[3 ] 和制動(dòng)工況下的磁鏈?zhǔn)噶繄D如圖4。在牽引工況下,定子磁鏈ψs 帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁鏈ψr 旋轉(zhuǎn),定子磁鏈在空間位置上超前轉(zhuǎn)子磁鏈,電機(jī)輸出正轉(zhuǎn)矩。在制動(dòng)工況下,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率超過(guò)定子頻率,轉(zhuǎn)子電流與牽引狀態(tài)下方向相反,使得氣隙磁場(chǎng)幅值增大。為保持氣隙磁場(chǎng)恒定,定子電流需要反向以減小氣隙磁場(chǎng),定子電流流向中間直流環(huán)節(jié), 在空間位置上滯后于轉(zhuǎn)子電流,電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩( Tem) 可由定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的叉積得到。B點(diǎn),電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值,電機(jī)將在負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩共同作用下迅速運(yùn)行至C 點(diǎn)。如果對(duì)電機(jī)繼續(xù)供電,則電機(jī)進(jìn)入反向牽引工況。在反接制動(dòng)瞬間,電機(jī)將產(chǎn)生很大的制動(dòng)電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如處理不當(dāng),電機(jī)將發(fā)生反向行駛。從安全角度考慮,電力傳動(dòng)車(chē)輛上均不使用反接制動(dòng)。

　　2. 3 　能耗制動(dòng)

　　能耗制動(dòng)時(shí)切斷三相交流電源,并在定子中通入直流電源產(chǎn)生恒定的靜止磁場(chǎng)。該靜止磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,其方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。牽引工況與能耗制動(dòng)工況下的電磁與轉(zhuǎn)矩關(guān)系如圖6 所示。

　　在實(shí)際運(yùn)行中,要改變電磁轉(zhuǎn)矩,可以通過(guò)改變定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的相位關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　3 　電磁渦流制動(dòng)

　　電磁渦流制動(dòng)是利用電磁渦流在磁場(chǎng)下產(chǎn)生勞倫磁力,而勞倫磁力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反。電磁渦流制動(dòng)具有無(wú)摩擦、無(wú)噪聲、體積小、制動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)。目前車(chē)輛利用電磁渦流制動(dòng)的方式主要有盤(pán)形渦流制動(dòng)和軌道直線(xiàn)渦流制動(dòng)。

　　3. 1 　盤(pán)形渦流制動(dòng)

　　盤(pán)形渦流制動(dòng)利用安裝在車(chē)軸上的圓盤(pán)切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生渦流和勞倫磁力。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的機(jī)理可分為電磁渦流制動(dòng)和永磁渦流制動(dòng)。

　　日鐵新干線(xiàn)的高速電動(dòng)車(chē)組采用的電磁渦流制動(dòng)原理如圖8 所示。圖中, IF 為勵(lì)磁電流, 使電磁鐵心在制動(dòng)工況下產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng); n 為輪對(duì)旋轉(zhuǎn)速度; TB 為制動(dòng)力。電磁渦流制動(dòng)裝置安裝于電動(dòng)車(chē)組的拖車(chē)上,利用相鄰車(chē)輛牽引電機(jī)的主電路電源作為勵(lì)磁電源。

　　永磁渦流盤(pán)形制動(dòng)利用永磁鐵代替電磁鐵線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁場(chǎng),制動(dòng)盤(pán)在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流阻止磁場(chǎng)增加,產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。日本鐵道綜合研究所試驗(yàn)的永磁渦流盤(pán)形制動(dòng)裝置原理如圖9 所示。永磁渦流制動(dòng)裝置的制動(dòng)盤(pán)安裝于轉(zhuǎn)軸上,定子為永磁圓盤(pán)。永磁圓盤(pán)分為內(nèi)圈圓盤(pán)和外圈圓盤(pán),配置有內(nèi)、外兩圈磁軛。兩圈磁軛內(nèi)均交錯(cuò)放置N 極和S 極的永久磁鐵。車(chē)輛正常運(yùn)行時(shí),外圈和內(nèi)圈的永磁鐵極性為異性排列在一起,磁通在極片和磁軛內(nèi)構(gòu)成閉合磁路、不穿越制動(dòng)圓盤(pán),因而不產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。車(chē)輛制動(dòng)時(shí),內(nèi)、外圈的永磁鐵極性為同性排列,永磁鐵通過(guò)極片和制動(dòng)圓盤(pán)構(gòu)成磁路。制動(dòng)盤(pán)隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生渦流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,改變極片相對(duì)位置可以調(diào)節(jié)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。

　　兩種渦流制動(dòng)中,電磁渦流盤(pán)型制動(dòng)的制動(dòng)功率大,但設(shè)備較多,已在日本新干線(xiàn)得以廣泛應(yīng)用; 永磁渦流盤(pán)型制動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但由于目前制動(dòng)功率受到一定限制,尚處于試驗(yàn)階段。

　　3. 2 　軌道直線(xiàn)渦流制動(dòng)

　　軌道直線(xiàn)渦流制動(dòng)通過(guò)對(duì)安裝于轉(zhuǎn)向架兩側(cè)車(chē)輪之間的條形磁鐵勵(lì)磁,在鋼軌上產(chǎn)生渦流使車(chē)輛制動(dòng)。具有無(wú)摩擦、制動(dòng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),軌道直線(xiàn)渦流制動(dòng)裝置可增加車(chē)輛軸重,提高車(chē)輛粘著力。其原理圖見(jiàn)圖10 。制動(dòng)狀態(tài)時(shí),由于電磁鐵的N 極和S 極相對(duì)于鋼軌的運(yùn)動(dòng),在鋼軌內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng),使鋼軌頭部產(chǎn)生渦流,渦流與電磁鐵相互作用, 產(chǎn)生一個(gè)垂直于鋼軌面的吸引力和一個(gè)與車(chē)輛運(yùn)行方向相反的制動(dòng)力;垂直于軌面的力可增加車(chē)輛的粘著力,與車(chē)輛運(yùn)行方向相反的力就是電磁渦流制動(dòng)力。但軌道渦流制動(dòng)如果要得到很大的渦流制動(dòng)力,則需要很龐大的制動(dòng)裝置。這種軌道渦流制動(dòng)裝置應(yīng)用于上海磁浮列車(chē)的制動(dòng)控制系統(tǒng)中[4 ] 。

　　發(fā)表社科論文多少錢(qián)?請(qǐng)點(diǎn)擊咨詢(xún)我們的網(wǎng)站編輯：《社會(huì)科學(xué)家》是中共桂林市委主管、桂林市社科聯(lián)主辦、《社會(huì)科學(xué)家》雜志社承辦的綜合性哲學(xué)社會(huì)科學(xué)理論期刊，創(chuàng)刊于1986年，郵發(fā)代號(hào)：48-48。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 　徐國(guó)卿. 城市軌道交通車(chē)輛電力傳動(dòng). 上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,2003

　　2 　王振民. 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998

　　3 　吳峻. 鼠籠電機(jī)再生制動(dòng)狀態(tài)分析與控制. 微電機(jī),2002(3) :60

　　4 　朱仙福. 磁懸浮列車(chē)的渦流制動(dòng)問(wèn)題. 機(jī)車(chē)電傳動(dòng),2001(4) :33

　　5 　內(nèi)田等(日). 永磁渦流盤(pán)形制動(dòng)裝置的基本特性. 變流技術(shù)與電力牽引,2001(4) :28

　　6 　胡波. 高速列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)電空轉(zhuǎn)換單元的研究[ 學(xué)位論文] . 上海: 同濟(jì)大學(xué)電氣工程系,2003 :18