城轨制动系统维护与检修单元三 习题答案

单元三动力制动和电磁制动

课题一动力制动

1.按照直流制和交流制列车的电阻制动电路结构图，归纳出两种城市轨道交通车辆电阻制动的异同点。

答：1）直流制列车电阻制动的原理：

再生制动失败，列车主电路会自动切断反馈电路转入电阻制动电路。这是由列车运行电能转换成的电能将全部消耗在列车上的电阻器中，转变为热能散发到大气中去。因此，电阻制动又称为能耗制动。上图所示为一个直流斩波控制电阻制动电路。斩波控制器（GTO）按制动控制指令不断改变导通角，调节制动电压和电流的大小。电路中的电阻（R7～R9）也根据制动电流调节需要，按照车速的逐步减低而逐级短接，最后全部切除。

但是直流斩波控制电阻制动电路也有多种，不完全相同。北京地铁DK型列车的主电路采用的是直流斩波器调阻和串接直流电动机方式，其动力（电气）制动是纯电阻制动。它的动力制动调节方法与上海直流制列车的直流斩波控制电阻制动电路不同：斩波器通过控制导通角改变制动电路中某个制动电阻的电阻值，以此调节制动电流，使列车保持制动力恒定。这种制动电路的缺点是不能进行再生制动。

2）交流制列车电阻制动的原理

如上图所示，城轨车辆每节动车装备有一个三相调频调压逆变器（VVVF）、一个牵引控制单元（DCU）、一个制动电阻、四个自冷式三相交流电动机M1、M2、M3、M4（每轴一个，互相并联）。

如果制动列车所在的接触网供电区段内无其他列车吸收电制动能量，VVVF则将能量反馈在线路电容上，使电容电压XUD迅速上升，当XUD达到最大设定值1800V时，DCU启动能耗斩波器模块A14的门极关断晶闸管GTO:V1，GTO打开制动电阻R B，制动电阻R B与电容并联，将发电机上制动能量转变成热能消耗掉，此过程称为电阻制动（亦称能耗制动）。电阻制动能单独满足常用制动的要求。电阻制动的结构示意图。

3）两种城市轨道交通车辆电阻制动的异同点

交流制列车电阻制动的原理与直流制列车基本相同，只是控制设备不仅有直流斩波器，还有三相逆变器；不仅要调节制动电流、电压，还要调节频率。

课题二电磁制动

1.按照轨道电磁制动器的结构示意图，归纳出磁轨制动系统的构成、各部件的作用以及工作原理

答：磁轨制动又称为轨道电磁制动，是一种很传统的制动方式。磁轨制动系统由下列主要部件组成：1-电磁铁；2-升降风缸；3-钢轨；4-转向架构架侧梁；5-磨耗板。

磁轨制动方式是在转向架前后两轮对之间的侧梁下装置升降风缸，风缸顶端装有一个电磁铁靴。电磁铁靴包括电磁铁和磨耗板。电磁铁靴悬挂安装在距轨面适当高度处，制动时电磁铁靴落下，并接通励磁电源使之产生电磁吸力，电磁铁靴吸附在钢轨上，并通过磨耗板与轨道摩擦产生制动作用。这种制动不受轮轨间黏着系数的限制，能在保证旅客舒适性的条件下有效地缩短制动距离。但磨耗板与轨道摩擦会产生很大的热量，对钢轨的磨损也很大。这种装置在有轨电车和轻轨上使用较多，因为其制动距离短，而且简单可靠。由于磁轨制动能获得较大的制动力并且与轮轨间黏着系数无关，所以在高速动车上通常装有磁轨制动，但仅在紧急制动时使用。

2.按照电磁涡流盘形制动和轨道直线涡流制动原理示意图，归纳出电磁涡流盘形制动和轨道直线涡流制动系统的的异同点。

答：（1）电磁涡流盘形制动

日本新干线的高速电动车组采用的电磁涡流盘形制动原理也可用上图说明。该图中I F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；T B为制动力。电磁涡流盘形制动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，利用安装在车轴上的圆盘切割磁力线产生涡流和洛伦兹力。

（2）轨道直线涡流制动

当处于制动状态时，由于电磁铁的N极和S极相对于钢轨的运动，在钢轨内产生交变的磁场，使钢轨头部产生涡流，涡流与电磁铁相互作用，产生一个垂直于钢轨面的吸引力和一个与车辆运行方向相反的制动力；垂直于轨面的力可增加车辆的黏着力，与车辆运行方向相反的力就是电磁涡流制动力。

（3）电磁涡流盘形制动和轨道直线涡流制动系统的的异同点

盘形涡流制动结构类似机械盘形制动，但没有制动圆盘与闸片之间的磨耗。对列车制动来说，还需受到轮轨黏着系数的限制。虽然因没有摩擦部件而有利于实现无维修化，但在低速时制动力会急剧衰减。另外，由于是通过在盘中产生涡流来得到制动力的，所以高速时制动产生的热量很大，因此在盘的中间设有

散热孔。

轨道直线涡流制动通过对安装于转向架两侧车轮之间的条形磁铁励磁，在钢轨上产生涡流使车辆制动，具有无摩擦、制动迅速等优点。同时，轨道直线涡流制动装置可增加车辆轴重，提高车辆黏着力。当处于制动状态时，由于电磁铁的N极和S极相对于钢轨的运动，在钢轨内产生交变的磁场，使钢轨头部产生涡流，涡流与电磁铁相互作用，产生一个垂直于钢轨面的吸引力和一个与车辆运行方向相反的制动力；垂直于轨面的力可增加车辆的黏着力，与车辆运行方向相反的力就是电磁涡流制动力。但轨道涡流制动如果要得到很大的涡流制动力，则需要很庞大的制动装置。