淺談SS7型機(jī)車再生制動(dòng)

李 瑜

（寶雞鐵路技師學(xué)院，陜西 寶雞 721300）

SS7型機(jī)車是一種為山區(qū)和小曲線線路設(shè)計(jì)的機(jī)車，目前在西安鐵路局、蘭州鐵路局等路局運(yùn)行情況非常好。它的軸列式為B0-B0-B0，固定軸距短方便機(jī)車通過(guò)曲線。該型機(jī)車采了多種新技術(shù)，如晶閘管相控?zé)o級(jí)調(diào)壓、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)、無(wú)級(jí)磁場(chǎng)削弱等。其中電氣制動(dòng)采用了制動(dòng)效果既好又節(jié)能的再生制動(dòng)[1]。由于機(jī)車運(yùn)行的特殊性，最近幾年再生制動(dòng)在機(jī)車上才開(kāi)始大范圍應(yīng)用。機(jī)車牽引時(shí)牽引電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)工作，再生制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，所發(fā)的電能經(jīng)變流器處理后回饋到電網(wǎng)上，大大的節(jié)約了電能。

我國(guó)電氣化鐵路一直采用額定電壓為25kV的單相工頻交流供電，網(wǎng)壓最高29kV，最低19kV。當(dāng)機(jī)車實(shí)施再生制動(dòng)時(shí)，由于發(fā)電機(jī)所發(fā)的電隨機(jī)車速度變化而變化。這樣就有可能使回饋到電網(wǎng)的電壓對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生很大的影響，使電網(wǎng)電壓發(fā)生大的波動(dòng)，從而對(duì)運(yùn)行在同一分相區(qū)的電力機(jī)車的正常運(yùn)行造成影響，所以再生制動(dòng)技術(shù)一直沒(méi)有得到大范圍應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大功率、高可靠性電力電子器件技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于變流器輸出的交流電的控制技術(shù)越來(lái)越成熟，因此我國(guó)在SS7機(jī)車上真正開(kāi)始采用再生制動(dòng)這種先進(jìn)的制動(dòng)技術(shù)。

SS7型電力機(jī)車采用二段橋相控?zé)o級(jí)調(diào)壓整流電路，二段橋由一個(gè)全控橋和一個(gè)半控橋串聯(lián)而成。其中半控橋只起調(diào)壓整流的作用，而全控橋在牽引時(shí)可以當(dāng)半控橋使用，進(jìn)行調(diào)壓整流，在制動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生再生制動(dòng)，低速時(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧羽侂娮柚苿?dòng)，以滿足不同的需求[1]。

這里首先解決一個(gè)問(wèn)題：為什么一定要用全控橋而不采用半控橋呢？原因是半控橋只能用于電阻制動(dòng)和加饋電阻制動(dòng)，它不能用于再生制動(dòng)。下面就對(duì)這一點(diǎn)分兩種模態(tài)進(jìn)行分析和說(shuō)明，參見(jiàn)圖1。

1）晶閘管關(guān)閉模態(tài)

這時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，所發(fā)出的電經(jīng)過(guò)一側(cè)的二極管形成回路，產(chǎn)生制動(dòng)電流，這個(gè)電流在磁場(chǎng)的作用下再產(chǎn)生與運(yùn)行方向相反的制動(dòng)力使機(jī)車制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電阻制動(dòng)。

2）晶閘管開(kāi)通模態(tài)

這時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，所發(fā)出的電和調(diào)壓整流橋所調(diào)的電壓相疊加，形成回路，從而產(chǎn)生制動(dòng)力。此時(shí)牽引電機(jī)發(fā)的電和調(diào)壓整流的電屬于串聯(lián)，兩個(gè)電壓相互疊加。這時(shí)形成的電流大，一般在低速制動(dòng)時(shí)，用來(lái)加大制動(dòng)力。這就是加饋電阻制動(dòng)。

從上面的分析大家可以看出，不管晶閘管是開(kāi)通還是關(guān)斷，都不可能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，即沒(méi)有電能反饋到電網(wǎng)上。晶閘管關(guān)斷時(shí)是電阻制動(dòng)，晶閘管開(kāi)通時(shí)是加饋電阻制動(dòng)。

圖1

圖2

下面再分析全控橋是如何實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)的，如圖2所示。

當(dāng)機(jī)車制動(dòng)時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，晶閘管承受正向電壓時(shí)，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，使電流流到調(diào)壓繞組的正極，由負(fù)極流出。變壓器只能傳輸交流電，所以必須在變壓器的副邊繞組上產(chǎn)生電壓極性隨時(shí)間變化的交流電。所以當(dāng)調(diào)壓繞組a1為正極、x1為負(fù)極時(shí)，控制開(kāi)通晶閘管T1、T4。此時(shí)電路中的電流流向?yàn)椋篢4—a1—x1—T1。當(dāng)調(diào)壓繞組a1為負(fù)極、x1為正極時(shí)，控制開(kāi)通晶閘管T2、T3。此時(shí)電路中的電流流向?yàn)椋篢2—x1—a1—T3。這樣做的目的就是為了給電網(wǎng)反饋電能，由于電能要回饋到電網(wǎng)上，所以要求牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變的發(fā)電機(jī)發(fā)的電壓，要比調(diào)壓整流橋輸出的電壓高。那么兩者的電壓差，這部分電能就能反饋到電網(wǎng)上[2]。

為了使再生制動(dòng)的電能既能反饋到電網(wǎng)上，又不引起電網(wǎng)波動(dòng)過(guò)大。就要求反饋到電網(wǎng)的電壓不變。如何來(lái)做到這一點(diǎn)呢？由于發(fā)電機(jī)輸出電壓高低隨機(jī)車速度的變化而變化，因此把再生制動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程分為三步。

1）調(diào)勵(lì)磁電流

此時(shí)機(jī)車速度很高，如果這時(shí)直接反饋到電網(wǎng)必然引起電網(wǎng)波動(dòng)過(guò)大。因此需要調(diào)節(jié)一下，此時(shí)將全控橋晶閘管相位全開(kāi)放，那么全控橋輸出的電壓就是它的最大值并保持不變。但機(jī)車速度有變化，速度最高時(shí)，磁場(chǎng)削弱最深，隨著速度的降低，慢慢將勵(lì)磁電流調(diào)大，使發(fā)電機(jī)發(fā)的電壓保持不變。這樣就能保證反饋到電網(wǎng)的電壓是一個(gè)定值。即不會(huì)影響電網(wǎng)波動(dòng)。

2）調(diào)逆變電壓

當(dāng)機(jī)車速度降低到，勵(lì)磁電流最大值后，速度仍要降低，那么就不能再調(diào)勵(lì)電流了，這時(shí)，磁場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到滿磁場(chǎng)，當(dāng)機(jī)車速度再降低時(shí)，就應(yīng)隨速度的降低而調(diào)節(jié)全控橋的相位，使全控橋的調(diào)壓整流電壓逐步下降，此時(shí)發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電壓和調(diào)壓整流的電壓的差值保持不變。即反饋到電網(wǎng)的電能不變，電網(wǎng)電壓不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。

3）加饋電阻制動(dòng)

當(dāng)全控橋的輸出的電壓調(diào)到0時(shí)，機(jī)車速度仍然在降低，此時(shí)的電能就沒(méi)有必要再反饋到電網(wǎng)上了。所以當(dāng)機(jī)車速度很低時(shí)，改再生制動(dòng)為加饋電阻制動(dòng)，使機(jī)車在低速區(qū)仍有較大的制動(dòng)力。

從以上的分析可以看出，SS7機(jī)車采用的再生制動(dòng)技術(shù)，隨了平時(shí)大家了解的基本原理外，還需要很多的工作要做。這些工作都是把理論變?yōu)閷?shí)際的過(guò)程中，遇到的問(wèn)題，這些問(wèn)題都是靠科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，才逐步得到解決的，因此大家應(yīng)該努力學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，不斷更新和提高自己的知識(shí)水平，不能只停留在現(xiàn)在，特別是電力機(jī)車的技術(shù)，每一種機(jī)車都可以說(shuō)不一樣，從每種機(jī)車中我們都能學(xué)習(xí)到新知識(shí)、新技術(shù)，特別是新型機(jī)車，現(xiàn)在我國(guó)正在大力發(fā)展交-真-交機(jī)車，這種機(jī)車和現(xiàn)在的直流機(jī)車在基本原理方面已經(jīng)不一樣了，所以應(yīng)該重新進(jìn)行學(xué)習(xí)，盡快掌握這種機(jī)車的知識(shí)，適應(yīng)現(xiàn)代化鐵路的發(fā)展，培養(yǎng)出能適應(yīng)現(xiàn)代鐵路發(fā)展的新型技術(shù)人才。

［1］楊永林.韶山7E型電力機(jī)車[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004,9.

［2］王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001,6.