机车电传动与控制4
机车电传动与控制
第四章电阻制动
黄海凤
第节电阻制动的基本概念第一节
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电阻制动工况
内燃机车在制动工况时列车的惯性力带动内燃机车在制动工况时，列车的惯性力带动牵引电动机按牵机按发电机工况机运转，产生与机车运行转产机车
方向相反的制动力，制动列车；所产生的电能，通过制动电阻，转换成热能，散失于大气中。由于是依靠电阻来消耗列车的动能，所以称为电阻制动。制动
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电阻制动的优势
1、采用电阻制动可以提高列车在下坡道上的运行速度；
2、大大降低机车车辆轮箍的磨耗；大量节省制动闸瓦；最
小限度地使用空气制动使闸瓦轮箍的发热减小因小限度地使用空气制动，使闸瓦、轮箍的发热减小，因而提高了使用闸瓦时的制动效果；
3、由于列车上配备了两套制动系统，因而更能保证列车安
全运行。
必须指出，由于电阻制动功率的限制，以及机车低速运行时制动力太小，。
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内燃机车电阻制动电路
从牵引工况迅速过渡到电阻制动工况，主电路须进行下列转换：
（1）使牵引电动机电枢回路与牵引发电机+整流装置断开；（1）使牵引电动机电枢回路与牵引发电机+整流装置断开
（2）将牵引电动机的励磁绕组与牵引发电机接通，建立磁场，使旋转着的牵引电动机变为他励发电机工况；由于制动转矩与牵引转矩反向若电枢电流方向不变则励磁电流必转矩与牵引转矩反向，若电枢电流方向不变，则励磁电流必须反向；
（3）在牵引电动机电枢回路中接入制动电阻，使其电能消耗于制动电阻上。
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内燃机车电阻制动电路
RZ
1M
GRZRZ2MRZ3M4MR5MRZ6M
图5-1 内燃机车电阻制动的电气原理图
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制动力的调节
对制动力的调节实际上是对牵引电动机电磁转矩进行调节根据电磁转矩公式：MD=CmφDIDZ节。根据电磁转矩公式：
可知，改变MD值的大小只能通过两种方法：一是变化电动机的磁通值φD；二是改变制动电流值二是改变制动电流值IDZ。
在内燃机车上，广泛采用调节牵引发电机电压，以改变牵引电动机励磁电流及制动电流来调节制动力的方法：牵引电动机励磁电流及制动电流来调节制动力的方法
（1）改变柴油机—发电机组的转速，即改变司机控制器手柄位——制动级位。
（2）改变牵引发电机的励磁电流，一般要通过变换牵引发电机励磁机的励磁控制电路来实现。电机－励磁机的电路来实现
（3）也可通过有级地改变制动电阻RZ的方法来调节制动电流和制动力流和制动力。
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第二节制动特性及其范围
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一牵引电动机的制动工况一、牵引电动机的制动工况
电机的电磁转矩公式为：
IDL
+IDZnDMD=CmφDIDZ制动电路的电势平衡方程式：E=CenDφDφD
-DERZ=IDZ(RZ+ΣRD)=IDZR'Z式中E—电动机产生的电势（V）；
RZ—制动电阻（Ω）；
ΣRD—电枢绕组和联接导线的电阻；R'Z—制动电路总电阻（RZ+ΣRD）；nD—电动机转速（r/min）。）
西南交通大学图5-2 制动工况下的电动机
一、牵引电动机的制动工况
电动机的制动特性曲线
MφD1
φD2
φD3
φD4
φD5
ID3ID2ID1
nDΦD1＞ΦD2＞ΦD3＞ΦD4＞ΦD5ID1＞ID2＞ID3＞ID4ID40
图55-33 电动机的制动特性
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二、制动工况范围
由制动特性曲线可知制动力的大小与机车速度电由制动特性曲线可知，制动力的大小与机车速度、电动机的制动电流和励磁电流有关。由于这些参数都有一定的限制，同时考虑到在高速运行时，牵引电动机还受到换向火花及机车结构强度的限制，因此制动力的大小有定向火花及机车结构强度的限制，因此制动力的大小有一定的限制范围。在设计制动装置时，须先计算预期的制动特性范围。
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二、制动工况范围
进行制动特性范围计算时需有下列原始数据进行制动特性范围计算时，需有下列原始数据：
¾牵引电动电枢绕组发热所允许的最大电枢电流；
¾牵引电动机励磁绕组发热所允许的最大励磁电流；
¾牵引电动机的空载和负载特性曲线；
¾牵引电动机的结构参数Ce、CM；
¾机车最大速度；
¾制动电阻值；
¾机车传动参数，如动轮直径、齿轮传动比等。
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二制动工况范围二、制动工况范围
电阻制动特性范围主要受5种
BMA
N因素的限制：（1）最大励磁电流限制：）最大励磁电流限制OA
（2）最大制动电流限制：AE
E
K（3）换向条件限制：EGG（4）机车粘着力限制：MN（5）机车最高速度限制：GVmax
V0V`TVTVKVmax
图5-4 电阻制动特性范围
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三三种制动特性三、三种制动特性
1．恒励磁线性制动特性
相应每恒定励磁电流下的制动特性曲线励磁电流愈相应每一恒定励磁电流下的制动特性曲线，励磁电流愈大，直线的斜率也愈大。这种线性制动特性的制动力随机车速度提高而成正比例地增加因此具有较好的机械稳定性，速度提高而成正比例地增加，因此具有
适合于机车在下坡道上调节列车运行速度的要求。 图5—5 恒励磁制动特性 图5—6 东风型内燃机车电阻制动特性
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2．恒制动电流制动特性
每一条双曲线相应为每一恒定制动电流下的制动特性曲线制动电流愈大双曲线的位置愈高这种制动特性的制线，制动电流愈大，双曲线的位置愈高。这种制动特性的制动力在宽阔的速度范围内随速度升高而降低，因此机械稳定性较差。但这种制动特性能充分利用制动功率。
图5—7 恒流制动特性 图5—8 东风4型风燃机车电阻制动特性
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3
恒速制动特性3．恒速制动特性
每一条近似垂直的直线相应为每一制动手柄位的制动特性曲线只要将制动手柄放在速度给定值处则不管列特性曲线。只要将制动手柄放在速度给定值处，则不管列车运行条件如何变化，其制动力自动与加速力相平衡，保持恒定速度运行显然这是种比较理想的制动特性，对持恒定速度运行。显然这是一种对稳定列车下坡速度十分有利。但需要足够大的制动功率。
图5—9 恒速制动特性 图5—10 BЛ80T电力机车电阻制动特性
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第四节内燃机车电阻制动电路
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一、东风、东风4B内燃机车电阻制动电路
1、东风4B型机车电阻制动的特点
（1）6台牵引电动机在电阻制动工况下换接成他励发电机，每台电机向对应的制动电阻1RZ～6RZ供电。供电
（2）6台牵引电动机的串励绕组串联起来，由牵引发电机通过硅整流装置提供励磁电流。励磁机的励磁电流由110V电源经晶体管斩波器T7控制，以调节制动力。控制以调节制动力
（3）以柴油机转速传感器2CF作为制动电流和制动励磁电流的给定信号源；以机车速度传感器3CF作为低速时短接制动电阻以扩大电阻制动应用范围的动作速度信号源电阻、以扩大电阻制动应用范围的动作速度信号源。
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1、东风东风4B型机车电阻制动的特点
（4）以霍尔元件检测器检测电阻制动工况下的制动电流和制动励磁电流。
（5）在电阻制动主电路中布置有l～6RZC主触头，在规定的主触头在规定的速度（22土2km／h）下闭合，将全部制动电阻短路一半。为避免制动电流和制动力的突变，必须同时相应地降低励磁电流然后再调节励磁电流随机车速度的降低而逐渐增加在流，然后再调节励磁电流随机车速度的降低而逐渐增加，在保持恒流制动的工况下使制动力逐渐达到最大值，这时的机车速度约为19km／h。
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1、东风4B型机车电阻制动的特点
（6）为使电阻制动电流不超过规定的最大值（650A），在制动电阻5RZ的抽头上，接入了制动过流继电器线圈ZLJ。当发生制动过流时ZLJ动作，使励磁机励磁电路中的主触点断生制动过流时，动作使励磁机励磁电路中的主触点断开，对电阻制动主电路进行保护。
（7）在2RZ和5RZ上抽头处各接一台制动电阻通风机电动机22RZD和5RZD，并在这两台电动机的励磁绕组和制动电阻的并在这两台电动机的励磁绕组和制动电阻的联接点之间，接有风速继电器FSJ线圈，以确保制动电阻的通风冷却。
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2、东风东风4B型机车的制动特性
图5-11 东风4B型机车的电阻
制动特性
（a）IL=f（V）；
（b）IZ=f（V）；
（c）B=f（V）。
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2、东风东风4B型机车的制动特性
（1）机车速度50～80km/h高速范围内，牵引电动机励磁电流IL整定为740A，制动电流按最大值整定为650A；在50km／h时为最大值650A；速度高于速度高于50km/h50k/h，考虑到电机可能受到的考虑到电机可能受到的换向限制，制动电流开始下降，到80km／h时降为450A。而东风4B客运机车到100km／h时降为500A。由于电机特性的分散性各台机车的平均制动电流将会有所差异散性，各台机车的平均制动电流将会有所差异。
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2、东风东风4B型机车的制动特性
（2）车速降至50km／h以下，控制励磁电流，实现恒流（制动电流）控制，这时励磁电流和制动力都随机车速度的下降而上升制动电流维持不变直至机车速度下降至38km而上升，制动电流维持不变。直至机车速度下降至38k／h左右，制动力和励磁电流都达到其最大值。
（3）在38km／h以下，因为励磁电流已达最大允许值740A，因此在此以下范围内只能保持此最大励磁电流进入恒励磁因此在此以下范围内只能保持此最大励磁电流，进入控制区段，在此区段内制动电流IZ和制动力B随机车速度的降低而呈线性下降。
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2、东风东风4B型机车的制动特性
（4）为提高低速下的制动电流和制动力，当机车速度降至22土2km／h时，自动接通二级制动电空阀，将制动电阻短路一半并瞬间将制动励磁电流降低此后制动电流跳变并维持半，并瞬间将制动励磁电流降低。此后制动电流跳变并维持在恒流（650A）制动状态，随着机车速度的降低，励磁电流逐渐增加，制动力逐渐增加。
（5）当机车速度降至19km19／h时，制动力时制动力B和制动励磁电流又达到其最大值。此后机车速度继续降低，则制动力和制动电流又呈线性下降，而保持恒励磁电流控制工况。
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3、东风东风4B型机车电阻制动控制箱的工作原理
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3、东风4B型机车电阻制动控制箱的工作原理
根据机车不同的运行速度对电阻制动力的要求而进行的恒制动电流及恒励磁电流的控制。
（1）与柴油机转速成正比的传感器输出信号电压经整流后作为励磁电流和制动电流的基准信号即随着司机手柄位的作为励磁电流和制动电流的基准信号，即随着司机手柄位的提升，柴油机转速升高，相应的励磁和制动电流基准信号也增加。增加
（2）与机车速度成正比的传感器输出信号电压经整流后，一路作为两级电阻制动转换继电器J2的控制信号；一路经变换后作为机车高速限流的控制信号，传送到或门W1。当机车速度高于50km／h时，由它代替柴油机转速传感器给出制动电流恒流基准信号电压。
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3、东风东风4B型机车电阻制动控制箱的工作原理
（3）制动电流和制动励磁电流的反馈信号由霍尔元件组成的检测器IZ1～IZ6及IL组成。IZ1～IZ6分别检测六个独立的电阻制动主回路中的制动电流，并将其中绝对值最大的一个作为制动电流反馈信号与基准信号进行比较。
（4）通过对励磁机的励磁电流的控制来实现对制动力的调节与控制。对励磁电流控制的执行元件是晶体三极管T7——定频调宽斩波器的一个电子开关。其基极高电位的时间间隔取决于或门W2输出信号电压的高低。或门W2是选择制动电流偏差信号电压与励磁电流偏差信号电压间绝对值较小的一个作为其输出信号个作为其输出信号。
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Theend！The end！
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