淺談SS7型機車再生制動

李 瑜

（寶雞鐵路技師學院，陜西 寶雞 721300）

SS7型機車是一種為山區(qū)和小曲線線路設計的機車，目前在西安鐵路局、蘭州鐵路局等路局運行情況非常好。它的軸列式為B0-B0-B0，固定軸距短方便機車通過曲線。該型機車采了多種新技術，如晶閘管相控無級調(diào)壓、復勵電動機、無級磁場削弱等。其中電氣制動采用了制動效果既好又節(jié)能的再生制動[1]。由于機車運行的特殊性，最近幾年再生制動在機車上才開始大范圍應用。機車牽引時牽引電機作為電動機工作，再生制動時牽引電機作為發(fā)電機工作，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。當機車實施再生制動時，由于發(fā)電機所發(fā)的電隨機車速度變化而變化。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，從而對運行在同一分相區(qū)的電力機車的正常運行造成影響，所以再生制動技術一直沒有得到大范圍應用。隨著科學技術的飛速發(fā)展，特別是大功率、高可靠性電力電子器件技術和控制技術的飛速發(fā)展，人們對于變流器輸出的交流電的控制技術越來越成熟，因此我國在SS7機車上真正開始采用再生制動這種先進的制動技術。

SS7型電力機車采用二段橋相控無級調(diào)壓整流電路，二段橋由一個全控橋和一個半控橋串聯(lián)而成。其中半控橋只起調(diào)壓整流的作用，而全控橋在牽引時可以當半控橋使用，進行調(diào)壓整流，在制動時可以產(chǎn)生再生制動，低速時可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧羽侂娮柚苿樱詽M足不同的需求[1]。

這里首先解決一個問題：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和加饋電阻制動，它不能用于再生制動。下面就對這一點分兩種模態(tài)進行分析和說明，參見圖1。

1）晶閘管關閉模態(tài)

這時牽引電動機當發(fā)電機運行，所發(fā)出的電經(jīng)過一側(cè)的二極管形成回路，產(chǎn)生制動電流，這個電流在磁場的作用下再產(chǎn)生與運行方向相反的制動力使機車制動，從而實現(xiàn)電阻制動。

2）晶閘管開通模態(tài)

這時牽引電動機當發(fā)電機運行，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)生制動力。此時牽引電機發(fā)的電和調(diào)壓整流的電屬于串聯(lián)，兩個電壓相互疊加。這時形成的電流大，一般在低速制動時，用來加大制動力。這就是加饋電阻制動。

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

圖1

圖2

下面再分析全控橋是如何實現(xiàn)再生制動的，如圖2所示。

當機車制動時，牽引電動機當發(fā)電機運行，晶閘管承受正向電壓時，晶閘管觸發(fā)導通，使電流流到調(diào)壓繞組的正極，由負極流出。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)生電壓極性隨時間變化的交流電。所以當調(diào)壓繞組a1為正極、x1為負極時，控制開通晶閘管T1、T4。此時電路中的電流流向為：T4—a1—x1—T1。當調(diào)壓繞組a1為負極、x1為正極時，控制開通晶閘管T2、T3。此時電路中的電流流向為：T2—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，所以要求牽引電動機轉(zhuǎn)變的發(fā)電機發(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]。

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

1）調(diào)勵磁電流

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

2）調(diào)逆變電壓

當機車速度降低到，勵磁電流最大值后，速度仍要降低，那么就不能再調(diào)勵電流了，這時，磁場已經(jīng)達到滿磁場，當機車速度再降低時，就應隨速度的降低而調(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，此時發(fā)電機所發(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)電壓不會產(chǎn)生波動。

3）加饋電阻制動

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

從以上的分析可以看出，SS7機車采用的再生制動技術，隨了平時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)閷嶋H的過程中，遇到的問題，這些問題都是靠科學技術的發(fā)展，才逐步得到解決的，因此大家應該努力學習，學習先進的科學技術知識，不斷更新和提高自己的知識水平，不能只停留在現(xiàn)在，特別是電力機車的技術，每一種機車都可以說不一樣，從每種機車中我們都能學習到新知識、新技術，特別是新型機車，現(xiàn)在我國正在大力發(fā)展交-真-交機車，這種機車和現(xiàn)在的直流機車在基本原理方面已經(jīng)不一樣了，所以應該重新進行學習，盡快掌握這種機車的知識，適應現(xiàn)代化鐵路的發(fā)展，培養(yǎng)出能適應現(xiàn)代鐵路發(fā)展的新型技術人才。

［1］楊永林.韶山7E型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2004,9.

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