1、内燃机车电力传动（四）第一节第一节 电阻制动的基本概念电阻制动的基本概念 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，其所产生的电能，通过制动电阻，转换成热能，散失于大气中。由于这是依靠电阻来消耗列车的动能，所以称为电阻制动。 实践证明：采用电阻制动可以提高列车在下坡道上的运行速度；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；同时，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。但必须指出，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
2、，电阻制动一般不能单独用来停车制动。 v内燃机车电阻制动电路内燃机车电阻制动电路 机车在某一速度下从牵引工况迅速过渡到电阻制动工况，主电路必须进行下列转换： （1）使牵引电动机电枢回路与牵引发电机断开； （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； （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。 F RZ RZ RZ RZ RZ RZ 1D 2D 3D 4D 5D 6D 图51 东风4型内燃机车电阻制动的电气原理图 v制动力的调节制动力的调节 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
3、= CmDIDZ 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D ；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； （2）改变牵引发电机的励磁电流，一般要通过变换发电机和励磁机的励磁控制电路来实现。 此外，也可通过改变制动电阻RZ的方法来调节制动电流和制动力。第二节第二节 电阻制动特性电阻制动特性一、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： MD = CmDIDZ （4-1） 制动电路的电势平衡方程式；ED =
4、CenDD = IDZ (RZ +RD) = IDZRZ （4-2）由上两式可推导得： （4-3） （4-4）制动力： （4-5） 速度： （4-6）DDZMeDnRCCM2DcDZZMDnCIRCM12MD nD IDZ ED IDL + - RZ D MD nD 0 A B C D E D1D2 IDZ1IDZ2 D1 D2 IDZ1 IDZ2 图52 制动工况下的电动机 图53 电动机的制动特性 DCDLMDZB2DLnDV31060二、制动工况范围二、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
5、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。进行制动特性范围计算时，需有下列原始数据： 牵引电动电枢绕组发热所允许的最大电枢电流； 牵引电动机励磁绕组发热所允许的最大励磁电流； 牵引电动机的空载和负载特性曲线； 牵引电动机的结构参数Ce、CM； 机车最大速度； 制动电阻值； 机车传动参数，如动轮直径、齿轮传动比等。 v制动工况限制条件制动工况限制条件 根据公式（4-3）或式（4-4）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 （4-7）若励磁电流不变，则从空载及
6、负载特性上得到的 也几乎不变，因此B和V成正比，即成线性关系。 受最大励磁电流的限制。（2）在制动电流不变情况下，制动力B与机车速度V的关系 （4-8） 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。IDZ受最大制动电流的限制。（3）在最大励磁电流和最大制动电流时的最大制动力由式（4-7）（4-8）导出 （4-9）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。 VDRCZBDLZCDe222101DVZRIBCDZDZ16 . 32maxmaxmax19DLCDDZDIZBDv制动工况限制条件制动工况限制条件（4）在最大制动力时的速度VT同样由式（4-7）（
7、4-8）导出： （4-10）最大制动力时的速度VT随制动电阻RZ而变化，如当RZ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，常常通过改变制动电阻值的办法来提高低速区的制动力。（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（4-8）得： （4-11）制动力B与速度V的三次方成反比，可见此曲线比式（4-8）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：Fn = 1000Pmaxmax189. 0 xDZLTRIDV3226 . 3VKZReBCDZrv电阻制动特性范围电阻制动特性范围B V M N A
8、E G K VK Vmax VT 0 图54 电阻制动特性范围 VT RZ减小 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三、三种制动特性三、三种制动特性1恒励磁线性制动特性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 55 恒励磁制动特性 图 56 东风型内燃机车电阻制动特性 2恒制动
9、电流制动特性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 57 恒流制动特性 图 58 东风4型风燃机车电阻制动特性 3恒速制动特性恒速制动特性 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。但这种制动特性，只有在制动功率足够大的时候才有意义。 图
10、59 恒速制动特性 图 510 B80T 电力机车电阻制动特性 第四节第四节 内燃机车电阻制动电路内燃机车电阻制动电路 1、东风、东风4B型机车电阻制动的特点型机车电阻制动的特点 （1）6台牵引电动机换接成他励发电机，每台电机向对应的制动电阻1RZ6RZ供电。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L的励磁电流由晶体管斩波器T7控制，以调节制动力。 （2）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。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
11、磁电流。 （3）在电阻制动主电路中布置有l6RZC主触头，在规定的速度（22土2kmh）下闭合，将全部制动电阻短路一半。在短路制动电阻过程中，同时相应地降低励磁电流。随机车速度的降低，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19kmh。 （4）在制动电阻5RZ的抽头上接入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。2东风东风4B型机车的制动特性型机车的制动特性 图 511 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） 。 5080km/h：受换向
12、条件限制，制动电流由最大值650A下降到450A（客运机车到100km/h时降为500A）。 5038km/h：进行恒制动电流控制，制动电流维持最大值650A。 3822土2kmh ：进行恒励磁电流控制，保持励磁电流最大值750A。 22土2kmh 进行二级制动转换：将励磁电流降低，短路一半制动电阻，使制动电流达650A。 22土2 19km/h：进行恒制动电流控制，制动电流保持最大值650A。 190km/h：进行恒励磁电流控制，保持励磁电流最大值750A。3东风东风4B型机车电阻制动控制箱的工作原理型机车电阻制动控制箱的工作原理 v电阻制动原理 东风4B型机车电阻制动控制箱原理框图如图51
13、2所示。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。所以框图的左测绘出了与柴油机转速及机车速度成正比的传感器输出信号电压，与柴油机转速成正比的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。与机车速度成正比的信号电压经整流后，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50kmh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。 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IZ1IZ6及IL组成。IZ1IZ6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。 制动控制箱对制动力的调节与控制是通过对励磁机的励磁电流的控制来实现的。而对励磁电流控制的执行元件是晶体三极管T7，它实际上是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。v定频调宽斩波器的工作原理定频调宽斩波器的工作原理v斩波电路的波形斩波电路的波形图 514 斩波电路的波形
