第四节机车的电气制动
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第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续４）
或者：
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续５）
２、制动范围
制动必须在OABCDE范围内 安全运行。安全运行区由５ 条限制曲线构成：
OA:最大励磁电流限制 AB:粘着限制曲线 BC:最大制动电流限制 CD:牵引电机的安全换向限制 DE:机车结构速度限制
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续8)
SS9电制动电路简化原理图
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续9)
SS9 机车电制动特性曲线 B=f(v)
第四节机车的电气制动
四、再生制动
１、再生制动的优点
① 节能10-15%； ② 制动范围宽，防滑性能好；
２、再生制动的不足
① 功率因数低，仅6G仅0.5; ② 谐波成份多，对电网污染大； ③ 控制系统复杂； ④ 采用全桥对控制可靠性要求高；丢失触发脉冲
恒流、恒速、恒功及粘着限制等控制。
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续1）
２、缺点
低速时制动力线性下降，使列车制停缓慢。 措施： ① 将电阻分级：高速时，电阻大；低速时，减小电阻，
提高制动力； ② 采用加馈电阻制动：低速时，在电枢内串联一个电
源与电枢电压相加，增大制动力电流，从而提高制 动力； ③ 与机械制动配合：高速时，采用电制动为主，低速 时配上机械制动，保证整车的制动力。
第四节机车的电气制动
二、主电路接地保护（自学）
问题１：为何设主路接地保护？ 主电路中，不同电位两点同时接地时，发生短 路。
问题２：接地继电器的接入点的如何选择？ 选择整流电路的负极接入。
问题３：为何要串入DC110V蓄电池？ 为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。
第四节机车的电气制动
二、主电路过Leabharlann Baidu压保护
④
到Ａ点时速度很低，Ｅ
很小，α＝90º,Ｕd=0。如
没有加馈制动，可ＯＡ下降，
是能耗电阻制动。如采加馈
制动，α<90º, Ｕd为正，
可恒制动力制停。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续5）
５、提高功率因数方法
① 采用不对称触发；
② 采用多段桥串联；
③ 加装功率因数补偿器。
④ ６、再生制动主电路
⑤
８K机车制动时，全
主电路电气设备在短路、过载、接地和过 压故障发生时，不至发生损坏或者减少损坏。
第四节机车的电气制动
第五节 主电路保护(续１)
第四节机车的电气制动
一、主电路短路保护
n １、电网侧电路短路保护 定义：电网侧绕组ＡX的A端或中间任何一点接地； 特征：短路阻抗很小，短路电流很大，上升很快； 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； 动作：电流超过400A时，互感器二次电流超过l０A，电
n 定义：整流元件击穿引起的短路； n 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； n 动作：一次侧电流超过400A时主断路器动作分断动
作。（SS1整流器有较大的短路过载能力。） n 过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保护；
n ４、牵引电动机闪络
n 定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致闪络短路， n 检测：电枢回路中的过流继电器57—62动作； n 动作：主断路器分断。
n １、过电压的种类 大气过电压：来自大气雷击的过电压，可达数百万伏，
由接触网或直接侵入车顶。（外部过电压） 操作过电压：硅元件换向或电所开关分合引起，电压幅
度较大气过压低。（内部过电压） ２、过电压吸收 ① 网侧放电间隙 ② 功能：110mm放电间隙，当遭雷击时，放电间间隙
击穿，将大气过压限制在90kV以下； ③ 问题：放电间隙动作后不能自恢复，变电所跳闸． ④ 现有氧化锌避雷器。
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续2）
３、电阻制动范围 制动时的基本方程：
其中：Cm-电机转矩常数 Ce-电势常数 得到转矩表达式：
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续３）
将制动力矩与转速转换至制动力和速度：
其中： m-电机的个数 μ-齿轮传动比 η-电机效率与齿轮传动效率之积
Dk-机车动轮直径
第四节机车的电气制动
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/29
第四节机车的电气制动
控桥再生接电机；半控桥
整流控制励磁电流。
⑥ 作业：
⑦ １、分析恒制动力，加馈 电阻制动过程，写出其电 网消耗功率表达式；
⑧ ２、分析再生制动时不对 称触为何可提高功率因数。
第四节机车的电气制动
第五节 主电路保护
问题：
1. 主电路保护类型有那些？
2.
短路、过载、接地和过压保护。
２为何要主电路要保护？
高速时为了提高功率因数保 持Ud最大，调节励磁电流调节 制动力，随速度减小，励磁电 流逐渐增大至最大值。高速时 控制受安全换向和制动功率限 制。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续4）
② AB段：调节逆变输出电 压ud
保持励磁电流最大ifmax不变，控 制α，调节Ud，保持恒制动力；
③ AD段：加馈电阻制动
快
第四节机车的电气制动
３ ① 机、车交上的流除辅辅助助压缩电机 源
采用直流驱动外，其它 辅助系统都用三相鼠笼 电动机来驱动。辅助交 流电路有三类。 ② 电容分相起动（８Ｇ） 电机单相供电
第四节机车的电气制动
３ ③ 旋、转交劈相流机 辅助电源(续１)
先通过劈相机将单相 电变为三相，再供辅助 电机使用。
第四节机车的电气制动
二、主电路过载保护
n 问题：过载与短路差别？
n 定义： 牵引或制动时，牵引电机回路超过最大值； n 检测：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器
动作；制动时，电机电流超过460A； n 动作：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器
57－62动作、主断路器分断；制动时，电机电流超 过460A,制动过流继电器79、80动作,励磁回路交流侧 电交接触器84打开。
第四节机车的电气制动
３、交流辅助电源(续２)
③ 三相静止逆变器
④ 特点：三相电压和电流 完全对称，辅助电机容 量小；可以实现软起动 和变负载运行，减少冲 击、噪声和能耗。
⑤
最早8K车使用，
现在ss7E。交流车普
遍采用。一台车上有多
台辅助逆变器，一台故
障时其负载分由其逆变
原理：先整流稳压为 DC600V直流，再逆变 为三相交流。
时容易发生再生颠覆。 ⑤ 对线路要求较高。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续１）
３、再生制动的原理
再生制动条件： ① 全控桥； ② α>90º; ③ 励磁电流反向；
其中：
Ｕm-a1x1绕组的电压峰值 Ｅ－发电机电势，ΣＲ－电枢回路电
阻之和，含稳定电阻Rst。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续２）
流继电器8动作，接通主断路器4的分闸线圈，主断路器分 断。 变电所动作：短路电流很大主断路器及变电所油开关均会 跳间；当车顶母线、瓷瓶对地放电或短路时，主断路器4 不会跳间，由牵引变电所执行保护。
第四节机车的电气制动
一、主电路短路保护（续１）
n ２、二次侧绕组短路
定义： 主变压器二次侧绕组的整段或一段由于内部或 外部接线心短路；
第四节机车的电气制动
第四节机车的电气制动
第六节 机车辅助电路
n １、机车辅助电路分类
① 直流辅助电路 ② 供车上电器控制和电子控制的直流电源。 ③ 交流辅助电路 ④ 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调的三相交
流电源。 ⑤ 客车供电辅助电路
⑥ 供客车用电的DC600V直流电源。
第四节机车的电气制动
检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； 动作：电流超过400A时主断路器动作分断。 但在9级以下绕组短路及一小段绕组短路时，由于一、
二次绕组匝比太大，二次侧短路电流虽高达数万安， 但网侧电流还达不到400A整定值，主断路器不会跳 闸。
第四节机车的电气制动
一、主电路短路保护（续２）
n ３、硅整流器击穿短路
第四节机车的电气制动
二 ① 、二次主侧R电C网路络 过电压保护
② 功能：Ｒ1C1-R4C4构成网络将内部操作过电及被 放电间隙释放的过电压进行吸收，将二次侧最高电 压限制在4.5kV。
③ 整流器换向RC 吸收 ④ 功能：吸收整流元件和换向过电压，电阻Ｒ同时可
以均压和释放电容电压的作用。 ⑤ 问题：１换向过电压的产生？ ⑥ 其它电力电子器件过电压吸收原理讨论： ⑦Ｃ ⑧ ＲＣ ⑨ ＲＣＤ。
Ｒst-稳定电阻的作用
电枢回路的电阻很小， Ud的微小变化会引起Ｉd的 变化很大，使控制困难。Rst 可以减少Ｉd 对Ｕd的敏感 性。但Rst太大会影响制动能 量的回收效果，所以要综合 考虑。
８Ｋ机车Rst=0.45Ω消耗 1/3的制动功率
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续3）
４、再生制动调节过程 再生制动分３个过程： ① BC段：调节励磁电流if
２、直流辅助电源
① 通常用的是DC110V,在 地铁或其它轨道车辆中 也有用DC24V,并且有 蓄电池作后备电源。供 电网没电时，给控制系 统供电；
② 传统相控电源
③
正常时整流器负载
供电，同时给蓄电池组
充电；电网无电或启动 时，蓄电池给负载供电。
第四节机车的电气制动
２、直流辅助电源（续１）
③ 新型的开关电源 体积和重量是相控的1／5; 电源的脉动小，调节速度
特点：过载能力强，便宜， 输出电压只在一网压下 对称。辅助电机容量大。
Ｙ型劈相机
原理：起动后，负序磁场 被削弱，气隙中只有正 序磁场，在三相绕组中 感应三相电势。
第四节机车的电气制动
３ ➢ Ｔ、型劈交相机流辅助电源(续２)
原理：两个绕组空间相差 90度，匝数比为:
因此，得到如图的三 相感应电势相量图．
第四节机车的电气制动
2020/11/29
第四节机车的电气制动
三、电阻制动
１、电阻制动的优点（相对与机械制动） ① 提高运行的安全性：可使列车高速运行时具有
较大的制动力，可快速停车； ② 可减小列车闸瓦与轮缘的磨损:100t/km/年; ③ 可提高列车的运行速度：下坡速度可提高8%; ④ 节能：下坡速度大，可充分利用下坡的势能； ⑤ 易于实现自动控制：可通过电子控制系统实现
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续6）
3、分级制动的效果
在低速时，RZ由 1.0005Ω降至0.6Ω时，恒 磁通控制，制动力增大；
4、加馈制动效果
在低速时，可通过加馈制 动恒制动力制停。
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续7)
5、电阻制动主电路
SS1机车6台电机共用一个整流电流，励磁绕组串联。
三、电阻制动（续４）
或者：
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续５）
２、制动范围
制动必须在OABCDE范围内 安全运行。安全运行区由５ 条限制曲线构成：
OA:最大励磁电流限制 AB:粘着限制曲线 BC:最大制动电流限制 CD:牵引电机的安全换向限制 DE:机车结构速度限制
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三、电阻制动（续8)
SS9电制动电路简化原理图
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续9)
SS9 机车电制动特性曲线 B=f(v)
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四、再生制动
１、再生制动的优点
① 节能10-15%； ② 制动范围宽，防滑性能好；
２、再生制动的不足
① 功率因数低，仅6G仅0.5; ② 谐波成份多，对电网污染大； ③ 控制系统复杂； ④ 采用全桥对控制可靠性要求高；丢失触发脉冲
恒流、恒速、恒功及粘着限制等控制。
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三、电阻制动（续1）
２、缺点
低速时制动力线性下降，使列车制停缓慢。 措施： ① 将电阻分级：高速时，电阻大；低速时，减小电阻，
提高制动力； ② 采用加馈电阻制动：低速时，在电枢内串联一个电
源与电枢电压相加，增大制动力电流，从而提高制 动力； ③ 与机械制动配合：高速时，采用电制动为主，低速 时配上机械制动，保证整车的制动力。
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二、主电路接地保护（自学）
问题１：为何设主路接地保护？ 主电路中，不同电位两点同时接地时，发生短 路。
问题２：接地继电器的接入点的如何选择？ 选择整流电路的负极接入。
问题３：为何要串入DC110V蓄电池？ 为了消除死区，保证任何一点接地时可以动作。
第四节机车的电气制动
二、主电路过Leabharlann Baidu压保护
④
到Ａ点时速度很低，Ｅ
很小，α＝90º,Ｕd=0。如
没有加馈制动，可ＯＡ下降，
是能耗电阻制动。如采加馈
制动，α<90º, Ｕd为正，
可恒制动力制停。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续5）
５、提高功率因数方法
① 采用不对称触发；
② 采用多段桥串联；
③ 加装功率因数补偿器。
④ ６、再生制动主电路
⑤
８K机车制动时，全
主电路电气设备在短路、过载、接地和过 压故障发生时，不至发生损坏或者减少损坏。
第四节机车的电气制动
第五节 主电路保护(续１)
第四节机车的电气制动
一、主电路短路保护
n １、电网侧电路短路保护 定义：电网侧绕组ＡX的A端或中间任何一点接地； 特征：短路阻抗很小，短路电流很大，上升很快； 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； 动作：电流超过400A时，互感器二次电流超过l０A，电
n 定义：整流元件击穿引起的短路； n 检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； n 动作：一次侧电流超过400A时主断路器动作分断动
作。（SS1整流器有较大的短路过载能力。） n 过渡硅机组二极管击穿采用快速熔断器保护；
n ４、牵引电动机闪络
n 定义：牵引电机换向器换向恶化可能导致闪络短路， n 检测：电枢回路中的过流继电器57—62动作； n 动作：主断路器分断。
n １、过电压的种类 大气过电压：来自大气雷击的过电压，可达数百万伏，
由接触网或直接侵入车顶。（外部过电压） 操作过电压：硅元件换向或电所开关分合引起，电压幅
度较大气过压低。（内部过电压） ２、过电压吸收 ① 网侧放电间隙 ② 功能：110mm放电间隙，当遭雷击时，放电间间隙
击穿，将大气过压限制在90kV以下； ③ 问题：放电间隙动作后不能自恢复，变电所跳闸． ④ 现有氧化锌避雷器。
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续2）
３、电阻制动范围 制动时的基本方程：
其中：Cm-电机转矩常数 Ce-电势常数 得到转矩表达式：
第四节机车的电气制动
三、电阻制动（续３）
将制动力矩与转速转换至制动力和速度：
其中： m-电机的个数 μ-齿轮传动比 η-电机效率与齿轮传动效率之积
Dk-机车动轮直径
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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控桥再生接电机；半控桥
整流控制励磁电流。
⑥ 作业：
⑦ １、分析恒制动力，加馈 电阻制动过程，写出其电 网消耗功率表达式；
⑧ ２、分析再生制动时不对 称触为何可提高功率因数。
第四节机车的电气制动
第五节 主电路保护
问题：
1. 主电路保护类型有那些？
2.
短路、过载、接地和过压保护。
２为何要主电路要保护？
高速时为了提高功率因数保 持Ud最大，调节励磁电流调节 制动力，随速度减小，励磁电 流逐渐增大至最大值。高速时 控制受安全换向和制动功率限 制。
第四节机车的电气制动
四、再生制动（续4）
② AB段：调节逆变输出电 压ud
保持励磁电流最大ifmax不变，控 制α，调节Ud，保持恒制动力；
③ AD段：加馈电阻制动
快
第四节机车的电气制动
３ ① 机、车交上的流除辅辅助助压缩电机 源
采用直流驱动外，其它 辅助系统都用三相鼠笼 电动机来驱动。辅助交 流电路有三类。 ② 电容分相起动（８Ｇ） 电机单相供电
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３ ③ 旋、转交劈相流机 辅助电源(续１)
先通过劈相机将单相 电变为三相，再供辅助 电机使用。
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二、主电路过载保护
n 问题：过载与短路差别？
n 定义： 牵引或制动时，牵引电机回路超过最大值； n 检测：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器
动作；制动时，电机电流超过460A； n 动作：牵引时，电流超过780A时，牵引过流继电器
57－62动作、主断路器分断；制动时，电机电流超 过460A,制动过流继电器79、80动作,励磁回路交流侧 电交接触器84打开。
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３、交流辅助电源(续２)
③ 三相静止逆变器
④ 特点：三相电压和电流 完全对称，辅助电机容 量小；可以实现软起动 和变负载运行，减少冲 击、噪声和能耗。
⑤
最早8K车使用，
现在ss7E。交流车普
遍采用。一台车上有多
台辅助逆变器，一台故
障时其负载分由其逆变
原理：先整流稳压为 DC600V直流，再逆变 为三相交流。
时容易发生再生颠覆。 ⑤ 对线路要求较高。
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四、再生制动（续１）
３、再生制动的原理
再生制动条件： ① 全控桥； ② α>90º; ③ 励磁电流反向；
其中：
Ｕm-a1x1绕组的电压峰值 Ｅ－发电机电势，ΣＲ－电枢回路电
阻之和，含稳定电阻Rst。
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四、再生制动（续２）
流继电器8动作，接通主断路器4的分闸线圈，主断路器分 断。 变电所动作：短路电流很大主断路器及变电所油开关均会 跳间；当车顶母线、瓷瓶对地放电或短路时，主断路器4 不会跳间，由牵引变电所执行保护。
第四节机车的电气制动
一、主电路短路保护（续１）
n ２、二次侧绕组短路
定义： 主变压器二次侧绕组的整段或一段由于内部或 外部接线心短路；
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第六节 机车辅助电路
n １、机车辅助电路分类
① 直流辅助电路 ② 供车上电器控制和电子控制的直流电源。 ③ 交流辅助电路 ④ 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调的三相交
流电源。 ⑤ 客车供电辅助电路
⑥ 供客车用电的DC600V直流电源。
第四节机车的电气制动
检测：网侧电流互感器7的网侧绕组； 动作：电流超过400A时主断路器动作分断。 但在9级以下绕组短路及一小段绕组短路时，由于一、
二次绕组匝比太大，二次侧短路电流虽高达数万安， 但网侧电流还达不到400A整定值，主断路器不会跳 闸。
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一、主电路短路保护（续２）
n ３、硅整流器击穿短路
第四节机车的电气制动
二 ① 、二次主侧R电C网路络 过电压保护
② 功能：Ｒ1C1-R4C4构成网络将内部操作过电及被 放电间隙释放的过电压进行吸收，将二次侧最高电 压限制在4.5kV。
③ 整流器换向RC 吸收 ④ 功能：吸收整流元件和换向过电压，电阻Ｒ同时可
以均压和释放电容电压的作用。 ⑤ 问题：１换向过电压的产生？ ⑥ 其它电力电子器件过电压吸收原理讨论： ⑦Ｃ ⑧ ＲＣ ⑨ ＲＣＤ。
Ｒst-稳定电阻的作用
电枢回路的电阻很小， Ud的微小变化会引起Ｉd的 变化很大，使控制困难。Rst 可以减少Ｉd 对Ｕd的敏感 性。但Rst太大会影响制动能 量的回收效果，所以要综合 考虑。
８Ｋ机车Rst=0.45Ω消耗 1/3的制动功率
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四、再生制动（续3）
４、再生制动调节过程 再生制动分３个过程： ① BC段：调节励磁电流if
２、直流辅助电源
① 通常用的是DC110V,在 地铁或其它轨道车辆中 也有用DC24V,并且有 蓄电池作后备电源。供 电网没电时，给控制系 统供电；
② 传统相控电源
③
正常时整流器负载
供电，同时给蓄电池组
充电；电网无电或启动 时，蓄电池给负载供电。
第四节机车的电气制动
２、直流辅助电源（续１）
③ 新型的开关电源 体积和重量是相控的1／5; 电源的脉动小，调节速度
特点：过载能力强，便宜， 输出电压只在一网压下 对称。辅助电机容量大。
Ｙ型劈相机
原理：起动后，负序磁场 被削弱，气隙中只有正 序磁场，在三相绕组中 感应三相电势。
第四节机车的电气制动
３ ➢ Ｔ、型劈交相机流辅助电源(续２)
原理：两个绕组空间相差 90度，匝数比为:
因此，得到如图的三 相感应电势相量图．
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三、电阻制动
１、电阻制动的优点（相对与机械制动） ① 提高运行的安全性：可使列车高速运行时具有
较大的制动力，可快速停车； ② 可减小列车闸瓦与轮缘的磨损:100t/km/年; ③ 可提高列车的运行速度：下坡速度可提高8%; ④ 节能：下坡速度大，可充分利用下坡的势能； ⑤ 易于实现自动控制：可通过电子控制系统实现
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三、电阻制动（续6）
3、分级制动的效果
在低速时，RZ由 1.0005Ω降至0.6Ω时，恒 磁通控制，制动力增大；
4、加馈制动效果
在低速时，可通过加馈制 动恒制动力制停。
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三、电阻制动（续7)
5、电阻制动主电路
SS1机车6台电机共用一个整流电流，励磁绕组串联。