4.2直流牽引傳動(dòng)電制動(dòng)和交流牽引傳動(dòng)電制動(dòng)城軌車(chē)組的制動(dòng)系統(tǒng)是由作為電機(jī)牽引傳動(dòng)的動(dòng)力制動(dòng)—也稱(chēng)電制動(dòng)，和壓縮空氣制動(dòng)—簡(jiǎn)稱(chēng)空氣制動(dòng)兩部分組成的。電牽引傳動(dòng)根據(jù)采用的牽引電機(jī)的不同，分為直流電機(jī)牽引傳動(dòng)和交流電機(jī)牽引傳動(dòng)兩種。北京地鐵列車(chē)現(xiàn)已全部改為交流電機(jī)牽引傳動(dòng)。（一）斬波調(diào)壓調(diào)速PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。PWM（PulseWidthModdulation）譯為脈寬調(diào)制。制動(dòng)是把車(chē)輛的速度調(diào)低，是在速度調(diào)低過(guò)程中對(duì)減速度的有效控制。因此，與牽引工況調(diào)速一樣，在制動(dòng)工況時(shí)對(duì)電制動(dòng)的調(diào)速控制是必須把握住的，在不同的載荷、不同的軌道狀態(tài)、不同的可用功率情況下，最大限度的利用電制動(dòng)力，以達(dá)到需要的快速、準(zhǔn)確停車(chē)。采用斬波器調(diào)壓方式，使再生電流可返回電網(wǎng)，只有當(dāng)電網(wǎng)網(wǎng)壓過(guò)高或因某種原因而不能吸收時(shí)才投入電阻能耗，再生和電阻制動(dòng)能平滑過(guò)渡。我國(guó)城市輕軌地鐵供電主要是DC1500V的架空線或DC750V、DC1500V的第三軌供電方式。采用直流電機(jī)牽引，牽引時(shí)從供電到用電是DC→DC再生制動(dòng)時(shí)從電機(jī)發(fā)電到電網(wǎng)也是DC→DC。這種直流電之間的轉(zhuǎn)換是調(diào)節(jié)直流平均電壓，在電力電子學(xué)中稱(chēng)斬波。圖4-6是一直流電機(jī)M、端電壓Ua受PWM控制的原理圖。（一）斬波調(diào)壓調(diào)速圖4-6直流電機(jī)M端電壓Ua受PWM控制的原理圖。直流牽引電機(jī)斬波調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)牽引工況牽引工況下，簡(jiǎn)化原理如圖4-9所示。牽引接觸器1K9、1K10閉合，制動(dòng)接觸器1K11打開(kāi)，直流牽引電機(jī)1M1、1M2和1M3、1M4均為串勵(lì)。此時(shí)若1K1、1K2閉合而1K3、1K4打開(kāi)，1K5、1K6閉合而1K7、1K8打開(kāi)，設(shè)電機(jī)為正轉(zhuǎn)，電流和電樞反電動(dòng)勢(shì)方向相反，則為向前牽引工況；若將1K1、1K2打開(kāi)而1K3、1K4閉合，將1K5、1K6打開(kāi)而1K7、1K8閉合，則直流電機(jī)電樞端電壓極性改變，電機(jī)反轉(zhuǎn)，電樞反電動(dòng)勢(shì)方向也反向，電樞電流與電樞反電動(dòng)勢(shì)方向仍相反，因而，動(dòng)車(chē)由向前牽引變?yōu)橄蚝筮\(yùn)轉(zhuǎn)，為反向牽引工況。牽引工況下，無(wú)論牽引電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，均可調(diào)節(jié)降壓PWM斬波器主管V1、V2的占空比來(lái)改變電機(jī)的電樞端電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制動(dòng)車(chē)的運(yùn)行速度。斬波器的工作方式是定頻調(diào)頻，斬波器的兩個(gè)GTO晶閘管（V1、V2主管）輪流工作，斬波器輸出為兩相一重，每相頻率為250Hz，斬波器輸出頻率為500Hz，PWM降壓輸出電壓波形如圖4-6所示。在這里實(shí)際使用的占空比α調(diào)節(jié)范圍為0.05≤α≤0.95。（二）直流牽引電機(jī)斬波調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)圖4-9向前牽引工況簡(jiǎn)化原理圖直流牽引電機(jī)斬波調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)工況制動(dòng)工況下，簡(jiǎn)化原理如圖4-10所示。此時(shí)將牽引接觸器1K9、1K10打開(kāi)，將制動(dòng)接觸器1K11閉合。若圖4-11中1K1、1K2閉合，1K5、1K6閉合，而1K3、1K4打開(kāi)，1K7、1K8打開(kāi)，則為向前運(yùn)行的制動(dòng)工況。在向前牽引工況時(shí)，直流牽引電機(jī)電樞反電動(dòng)勢(shì)的方向如圖4-9中+、-號(hào)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)換為向前運(yùn)動(dòng)中的制動(dòng)工況時(shí)，電路被改接成圖4-10。此時(shí)，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)向未變，勵(lì)磁方式由串勵(lì)被改成為交叉式他勵(lì)，勵(lì)磁電流方向也未變，因而直流電機(jī)的電樞反電動(dòng)勢(shì)方向仍不變。所形成的電流回路如圖中箭頭方向所示，電流方向與電樞電動(dòng)勢(shì)方向一致了，因而直流牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)工況，而產(chǎn)生電制動(dòng)力。（二）直流牽引電機(jī)斬波調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)圖4-10向前運(yùn)行中的制動(dòng)工況簡(jiǎn)化原理圖4.2直流牽引傳動(dòng)電制動(dòng)和交流牽引傳動(dòng)電制動(dòng)交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)在軌道車(chē)輛牽引動(dòng)力領(lǐng)域交流電機(jī)目前占據(jù)主導(dǎo)地位，交流電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是不易受干擾，維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)很少，但它的調(diào)速控制遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜。隨著牽引控制技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)產(chǎn)品的不斷升級(jí)，交流電機(jī)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用非常普及。交流調(diào)壓變頻車(chē)輛的傳動(dòng)與控制由受電弓、高速斷路器HSCB、牽引逆變器VVVF、牽引控制單元DCU/UNAS、牽引電機(jī)、制動(dòng)電阻等組成，并采用微機(jī)控制系統(tǒng)。其中，VVVF牽引逆變器采用PWM脈寬調(diào)制模式，將直流電逆變成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電，平行供給車(chē)輛四臺(tái)交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)列車(chē)的牽引、制動(dòng)功能。采用交流異步電機(jī)作為牽引電機(jī)，那么輕軌地鐵的直流供電在牽引時(shí)，是直流電到交流用電：DC→AC，電制動(dòng)時(shí)是交流發(fā)電到直流電網(wǎng)用電：AC→DC。但是在交流電傳動(dòng)變頻調(diào)速中，變頻的同時(shí)也必須協(xié)調(diào)地改變電機(jī)的端電壓，否則電機(jī)將出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁或欠勵(lì)磁。因此交流電傳動(dòng)中的變頻實(shí)際上是又變壓（VariableVoltage—VV）又變頻（VariableFrequency），即變壓變頻技術(shù)VVVF。（見(jiàn)圖4-11）我們通常所說(shuō)輕軌地鐵車(chē)輛采用VVVF新技術(shù)。交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-11DC-AC變換示意圖交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)交流電PWM控制的基本原理：在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量是指窄脈沖的面積。這里所說(shuō)的效果基本相同，是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅立葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。如圖4-12所示，圖4-12（a）為矩形脈沖，圖4-12（b）為三角形脈沖，圖4-12（c）為正弦半波脈沖，它們的面積（即沖量）都等于1。把它們分別加在具有相同慣性的同一環(huán)節(jié)上，輸出響應(yīng)基本相同。脈沖越窄，輸出的差異越小。二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-12形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)上述結(jié)論是PWM控制的重要理論基礎(chǔ)。下面來(lái)分析如何用一系列等幅而不等寬的脈沖代替正弦半波。把圖4-13（a）所示的正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，這個(gè)脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積相等，就得到圖4-13（b）所示的脈沖序列，這就是PWM波形?？梢钥闯觯髅}沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。所以對(duì)于單極性一個(gè)完整的正弦波可見(jiàn)圖4-14。二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-13PWM控制基本原理示意圖二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-14單極性PWM控制方式原理圖4-15雙極性PWM控制方式原理二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)對(duì)于雙極性的見(jiàn)圖4-15。而在實(shí)際應(yīng)用中是三相交流電，如三相交流異步電機(jī)，主電路一般采用三相橋式逆變電路如圖4-16所示，其控制方式中，一般也需是雙極性的。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角載波uc，三相調(diào)制信號(hào)uru，urv和urw的相位依次相差120度，U、V和W各相功率開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。因涉及電力電子技術(shù)中很多知識(shí)，本書(shū)介紹一些必要的最基本概念，便于理解電制動(dòng)是如何產(chǎn)生的。二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-16三相PWM逆變電路波形二.交流牽引傳動(dòng)的電制動(dòng)圖4-17為一節(jié)地鐵動(dòng)車(chē)三相交流傳動(dòng)主電路原理簡(jiǎn)圖。它表示出從DC1500V輸電到該車(chē)4個(gè)電機(jī)的情況，它是一臺(tái)逆變器拖帶4臺(tái)電機(jī)（1C4M）。圖4-17三相交流傳動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖在電制動(dòng)工況時(shí)，通過(guò)對(duì)KM1～KM3直流接觸器和V1～V9開(kāi)關(guān)元件的控制使交流電機(jī)轉(zhuǎn)變成交流發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并控制其大小，生成的三相交流電通過(guò)逆變器（VVVF中的六個(gè)二極管組成的橋式整流電路）變成直流電返回電網(wǎng)?，F(xiàn)代城軌車(chē)輛，交流牽引傳動(dòng)的控制方式很多，目