城市轨道交通车辆再生制动技术及效能

在各种形式的制动中，电气制动是一种较理想的动力制动方式，它是建立在电动机的工作可逆性基础上的。在牵引工况时，电动机从接触网吸收电能，将电能转换为机械能，产生牵引力，使列车加速或在上坡的线路上以一定的速度运行；在制动工况时，列车停止从接触网受电，电动机改为发电机工况，将列车运行的机械能转换为电能，产生制动力，使列车减速或在下坡线路上以一定的限速度运行。

车辆进行电气制动时，首先应该是再生制动，即向供电网反馈电能。如果触网电压过高或同一供电区段无其他车辆吸收反馈能量，则电路转为电阻制动，把能量消耗在电阻器上。

图12-1所示为上海地铁一号线直流制列车的再生制动示意图。该列车主电路采用直流斩波器调压和串接直流电动机方式。直流斩波器调压和串接直流电动机的牵引方式将在列车牵引技术课程中讲述，这里只介绍制动工况。当一个直流斩波器控制的“两串两并”四个电动机的主电路由牵引工况转换成电制动工况时，原先的各自电枢和励磁绕组串联的两个支路，现在转换成交叉励磁，也就是电动机自己的励磁绕组去激励另一支路的电动机电枢，而另一支路电动机的励磁绕组来激励本机电枢。采用这种交叉励磁方法的目的是提高电路的电气稳定性。虽然这种交叉励磁电路看起来具有他励（对每一组的电枢绕组而言）的性质，但由于电动机型号和参数相同，实际上还是具有串励的特性，因为励磁绕组与电枢还是串联连接，只不过不是同一电动机的罢了。在制动回路中还需接入一个预励磁电路，因为当回路由牵引工况转为制动工况时，原先剩磁方向必须改变，为此必须对电动机预先他激励磁，以便使电动机建立起发电机工况的初始电压。

图12-1 直流制列车的再生制动示意图

再生制动电路工作时，斩波器导通，制动电流流过各个电动机电枢、励磁线圈、平波电抗器（1L3）和制动电阻，使电动机建立起电枢电势，从而使平波电抗器也建立起感应电势；当斩波器关闭，电路通过二极管（V5）续流，电枢电势与平波电抗器上的感应电势（此时感应电势的方向改变）叠加，向电网馈电。如果这时网上有负载（如本列车的辅助电源）或其他列车在附近，则可以作为负载吸收电能，再生制动成功；如果电网不吸收电能，网压太高，则再生制动失败，由制动电阻吸收电能，转为电阻制动。(www.xing528.com)

在最近的十几年，由于城市轨道交通车辆乘坐舒适性的提高，列车客室空调消耗的能量已大大增加，客室内乘客服务设施（如报站显示器、广告电视屏）的耗能也日渐增多，使得列车辅助电源用量大为增加。因此，再生制动的能量被本车辅助电源消耗吸收的比例已占到80%左右，而反馈到电网上可供其他列车使用的能量已经很少了。这样一来，再生制动的节能效果非常明显，而由制动电阻消耗的能量也相对减少了。

从上述描述中可以看到，实施再生制动必须满足以下两个条件：

1）再生（反馈）电压必须大于电网电压。

2）再生电能可由本列车的辅助电源吸收，也可以由同一电网的其他列车吸收，这一条件不能由再生制动车辆自己创造，而取决于外界运行条件。