磁场反接制动在煤矿蓄电池机车上的应用
关键字：
蓄电池电力机车/电制动/磁场反接
浏览次数：1522发表时间：2015-05-29 00:00:00.0
磁场反接制动在煤矿蓄电池机车上的应用
胡学林，骆开源
(西南交通大学蛾眉校区，四川峨眉山614202)
摘要：煤矿蓄电池机车经过改造实现平稳的磁场反接制动是可行而有效的。分析了磁场反接制动的机械特性，给出了相关电路参数计算，最后给出了改进的电路设计。现场运行结果表明这种设计具有很好的制动性能并满足安全要求。
关键词：蓄电池电力机车；电制动；磁场反接
中图分类号：TD524文献标志码：A文章编号：1003-0794(2007)0l-0142-03
Application in Mine Battery Locomotive of Anti-connect
Field to Stop- motion
HU Xue-lin, LUO Kai- yuan
(Southwest Traffic University Branch of Emei, Eaneishan 614202, China)
Abstract: Through improvement, the method of anti-connect field to stop-motion of mine battery locomotive can be realized steadily. Analyze machine, characteristic of anti-connect field to stop-motion and parameter compute and design of circuit are given by study. The results from onsite applications have been proved its good performance and meets the demand of safety.
Keywords: battery locomotive; electric stop-motion; anti-connect field
0引言
煤矿小型电力机车如2．5t、5t机车，重载下坡时只有机械制动。当机械制动力不够，或急需机车减速或制动时，司机常用打反向器(反接磁场)再加正向电压，利用电动机产生的冲击反转矩作为机车制动力，称之为磁场反接制动，是电制动的一种方式。此时电机电流
由于磁场电流反向，磁通反向，电机转速方向不变，因此电势E与蓄电池电压Ud同向，而Rs很小(<0．05Ω)。由式(1)知，在反接制动时将产生很大的冲击电流。对一台2．5t机车，在额定情况下设 Ud≈E=50V，Rs=0．05Ω，电机回路电感Ld=15 mH，经计算在反接制动瞬间电流上升率可达到 di/dt=1000A/ms以上；而电机转矩
式中 CM——电机转矩常数。
因磁通反向而成为制动反转矩。在大电流冲击的同时，将产生很大的制动转矩。如考虑磁路饱和和滞后，磁通φ未变的条件下，制动转矩将为额定转矩的10倍以上，显然电流和转矩的巨大冲击会造成机车机电装置的损害，所以上述直接反接制动操作虽然简单有效，但从安全出发应视为违章操作。
值得注意的是对于小型矿用电力机车，增加电制动功能实用而有必要，尤其磁场反接电制动方式不论从制动效果和电路改造成本，只要对制动电流加以控制，仍是较好的选择。
1磁场反接制动电路原理分析
由图1，机车牵引时开关K1、K2、K5闭合，K2、 K4、K6断开，转速n和转矩M为同方向(设为顺时针方向)；反接制动时K1、K3、K5断开而K2、K4、K6闭合，使磁场反接且在回路中接人电阻Rt限流，外加电压Ud和回路电流的方向并不改变。由于磁场反接使电势E与Ud同向，而转矩M作用方向与转速 n相反而成为制动转矩。Rz串人使电流对2．5t机车
Ud=50V，额定电流，IH=102A，由式(5)计算Rz≈0．82Ω。
将式(4)和式(2)代入式(3)得磁场反接制动时电动机轴上制动转矩
对于直流串激电动机磁通φ是随电流Id变化的，为便于分析，先取2个特殊点，设在正向转速no时刻实施制动，如图2中曲线l上的A点。若‰大于或等于额定转速nH，由式(2)知电路接通瞬间E≥Ud，并由式(4)知，d≥IdH因此可认为电机磁路接近饱和．磁通φ近似不变，则由式(6)可计算出Mzo值；且当n≥no有Mz∝n，所以A点以上曲线1近似直线。
如电动机完全停转，即n=0，如图2中曲线1上的日点，因E=0，由式(4)，d≤IdH／2，此时可认为磁路不饱和，磁通随电流正比下降，由式(3)则有Mz≤MH/4，成为电机反转的驱动转矩。
而在2个特殊点A、B之间Mz、n的变化与直流串激电动机机械特性曲线大致相符。由上述分析得到直流串激电动机在磁场反接工况的机械特性曲线如图2曲线l.
由曲线1看出：(1)在较高的速度下磁场反接制动时，产生正比于速度的制动力，随速度降低制动力减小，因此电制动过程是稳定的；(2)由于电阻Rz的串人，最大电流被限定在1．2IdH以下，保证了机车的安全运行。由式(4)和式(6)可看出，电制动过程中蓄电池只负担了近一半的功耗，其余的能量来自于机车的动能，经济性较好。
2在现有机车上增加磁场反向制动功能的电路装置改造
以目前广泛使用的斩波调速2．5t矿用蓄电池电力机车为例，该车司机控制器上有2个操作手柄，即“正、反向转换手柄”和“调速手柄”。它们在机械上是互锁的，只有当调速手柄在“零”位时才能扳动转向手柄改变机车运行方向。因此可在正、反向转换手柄上增加一个“反接制动”挡位。该挡位下的触头闭合表和实现的电路原理如图3和表l所示。
电路图3中的开关ZK、K1～K5改造前已有，实现磁场反接制动只需增加K6、K7和电阻Rz。
3结语
本文提出了在矿用蓄电池电力机车上增设磁场反接制动的设计方案，以改善蓄电池矿用电力机车制动特性，克服司机打反向器(反接磁场)再加正向电压产生大电流并使电动机产生冲击反转矩的制动方式，实现机车平稳的电制动。根据运用经验和分析，给出了串接电阻Rz的计算，推出了磁场反接制动的机械特性。同时也给出了在现有机车上引入磁场反接制动的电路和开关控制表，改造难度不大。与原机车相比只增加了一挡反向制动，不改变司机的操作习惯，而且实现电制动操作更简单，与原有的机械制动相配合制动更稳定。
参考文献：[1]杨宗豹．电机拖动基础[K]．北京：冶金工业出版社，1986．
