机车电传动与控制4

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3、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 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。 （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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内燃机车电阻制动电路
RZ
RZ
RZ
RZ
RZ
RZ
1M
2M
3M
4M
5M
6M
G
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 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：
（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。
（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。
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2、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 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19km／h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。
当IDZ=C 时，MD与nD成反比
制动力B、机车速度V与制动转矩MD、转速nD的关系：
B
=
2Z ⋅ μ DLηCD
⋅ MD
V
=
60πDL μ ⋅103
⋅ nD
式中 Z——牵引电动机台数；DL——机车动轮直径（m）； ηCD——传动效率，等于牵引电动机的效率与齿轮传动效率的乘积； μ——齿轮传动比。
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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
电机的电磁转矩公式为：
IDL
+
φD
IDZ nD
E
MD = CmφDIDZ 制动电路的电势平衡方程式：
E = CenDφD
RZ
= IDZ (RZ +ΣRD) = IDZR'Z
-
MD
图5-2 制动工况下的电动机
式中 E—电动机产生的电势（V）；
μj
=
0.25 + 8 100 + 20V
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二、制动工况范围
B
M
A N
E K
G
0 V`T VT
VK
Vmax
图5-4 电阻制动特性范围
电阻制动特性范围主要受5种 因素的限制： （1）最大励磁电流限制：OA （2）最大制动电流限制：AE （3）换向条件限制：EG （4）机车粘着力限制：MN （5）机车最高速度限制：GVmax
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3、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
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）。
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一、牵引电动机的制动工况
由前两式可推导得：
MD
=
CeCM R'Z
⋅
φΒιβλιοθήκη Baidu
2 D
⋅
nD
当фD=C 时，MD与nD成正比
MD
=
CM
⋅
R'
Z
⋅
I
2 DZ
Cc
⋅
1 nD
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2、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／h 左右，制动力和励磁电流都达到其最大值。 （3）在38 km／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 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。
机车电传动与控制
第四章 电阻制动
黄海凤
第一节 电阻制动的基本概念
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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 牵引电动机按发电机工况运转，产生与机车运行 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。
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二、制动工况范围
（5）受换向火花限制的制动特性
将影响电机换向的电抗电势计算公式er = KIDZV代入式中得：
B
=
3.6
er2
ηCD
R'Z Z ⋅ K 2V
3
⋅
制动力B与速度V的三次方成反比，可见此曲线比恒制动电
流所得曲线要陡。
（6）受机车最高速度Vmax的限制 （7）受机车粘着力的限制：Fμ = 1000μjP 式中 μj——轮对与钢轨之间的粘着系数，
（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 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 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。
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 内燃机车电阻制动电路
4B
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。 （2）6台牵引电动机的串励绕组串联起来，由牵引发电机通
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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 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 2RZD和5RZD，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。
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。
（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。
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1、东风4B型机车电阻制动的特点
V
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三、三种制动特性
1．恒励磁线性制动特性 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， 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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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 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。显然这是一种比较理想的制动特性，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
速运行时制动力太小，电阻制动一般不能单独用来停车 制动。
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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； （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 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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2、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50km/h，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。
（2）在制动电流不变情况下，制动力B与机车速度V的关系：
B
=
3.6
I
2 DZ
⋅
R'Z ⋅Z
⋅
1
ηCD
V
保持IDZ不变，并视其余参数为常数，则B和V成反比，即双
曲线关系。但IDZ受最大制动电流的限制。
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二、制动工况范围
（3）在最大励磁电流和最大制动电流时的最大制动力
Bmax
=
19Z
μI DZ max ηCD ⋅ DL
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二、制动工况范围
根据前4个公式可推导出下列一些主要的计算公式。
（1）在励磁电流不变的情况下，制动力B与机车速度V的关系：
B
=
101
Zμ 2Ce ηCD R'Z DL2
Φ 2DV
若励磁电流不变，则从空载及负载特性上得到的ΦD也几乎不 变，因此B和V成正比，即成线性关系。但ΦD 受最大励磁电 流的限制。
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一、牵引电动机的制动工况
电动机的制动特性曲线
M
φD1
ΦD1＞ΦD2＞ΦD3＞ΦD4＞ΦD5
φD2
ID1＞ID2＞ID3＞ID4
φD3
φD4
φD5
ID1
ID4 ID3
ID2
0
nD
图5-3 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 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。
Φ Dmax
说明最大制动力只与最大励磁电流和最大电枢电流有关，与
制动电阻无关。
（4）在最大制动力时的速度VT
VT
=
0.189
DL I DZ max R'Z
μΦ max
VT随制动电阻R‘Z而变化，如当R’Z减小时，所对应的VT也相 应变低。因此有时为了扩大电阻制动的使用范围，常常通过
改变R’Z阻值的办法来提高低速区的制动力。
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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： 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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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 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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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 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