制動(dòng)是機(jī)車運(yùn)行的基本工作狀態(tài)之一。當(dāng)列車需要減速、停車或在長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行需要限制列車的速度時(shí)，都必須采取制動(dòng)措施，以控制機(jī)車的運(yùn)行速度?，F(xiàn)代鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，在很大程度上取決于其制動(dòng)性能的好壞。隨著鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，客、貨運(yùn)量越來越大，列車牽引重量與運(yùn)行速度不斷提高。高速客運(yùn)及重載貨運(yùn)列車的發(fā)展對(duì)機(jī)車的制動(dòng)性能提出了更高的要求，以保證列車高速運(yùn)行時(shí)的安全性和可靠性。
1.電氣制動(dòng)的基本原理
電氣制動(dòng)是利用電機(jī)的可逆性原理。電力機(jī)車在牽引工況時(shí)，牽引電機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，軸上輸出牽引轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。電力機(jī)車在電氣制動(dòng)時(shí)，列車的慣性力帶動(dòng)牽引電機(jī)，此時(shí)牽引電機(jī)將做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將列車動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽敵鲋苿?dòng)電流的同時(shí)，在牽引電機(jī)軸上產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩并作用于輪對(duì)，形成制動(dòng)力使列車減速或在下坡道上限速。
2.電氣制動(dòng)的形式
根據(jù)電氣制動(dòng)時(shí)電能消耗的方式不同，電氣制動(dòng)存在電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)二種形式。如果電氣制動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生的電能利用電阻使之轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，稱之為電阻制動(dòng)。如果將電氣制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能重新反饋到電網(wǎng)去加以利用，稱之為再生制動(dòng)。
3.電氣制動(dòng)的優(yōu)越性
(1)提高了列車行車的安全性。列車除機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)外，由于配備了電氣制動(dòng)系統(tǒng)，因而提高了列車運(yùn)行的安全性。機(jī)械制動(dòng)通常是利用閘瓦與車輪的機(jī)械磨擦形成制動(dòng)力來降低機(jī)車的運(yùn)行速度，而機(jī)械摩擦系數(shù)隨著溫度升高明顯下降，因此機(jī)械制動(dòng)的性能和效果隨著列車速度、載重和長(zhǎng)度的提高而下降，且在高速時(shí)列車的機(jī)械制動(dòng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。電氣制動(dòng)則相反，速度越高制動(dòng)效果越明顯，而且與制動(dòng)時(shí)間無關(guān)。
(2)減少了閘瓦和車輪磨耗。機(jī)械制動(dòng)時(shí)，接觸表面溫度很高，閘瓦和輪緣的磨耗十分嚴(yán)重，因?yàn)闄C(jī)械制動(dòng)的磨耗主要決定于制動(dòng)力的強(qiáng)度，高速時(shí)需制動(dòng)強(qiáng)度大，磨耗就大，低速時(shí)相反。所以高速時(shí)用電制動(dòng)，低速度時(shí)用機(jī)械制動(dòng)可以大大降低機(jī)車車輛的車輪磨耗，大量節(jié)約制動(dòng)閘瓦。
(3)提高了列車下坡運(yùn)行速度。由于機(jī)械制動(dòng)時(shí)需在每次排風(fēng)制動(dòng)后，充風(fēng)緩解至少約1min待風(fēng)壓恢復(fù)后才能進(jìn)行下一次制動(dòng)，造成下坡速度波動(dòng)大，使列車的平均速度下降，而電制動(dòng)因其性能與制動(dòng)時(shí)間無關(guān)，由此可使列車下坡速度提高8%，因而可提高運(yùn)輸能力。
4.機(jī)車采用電氣制動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足的基本要求
(1)具有電氣穩(wěn)定性，并保證必要的機(jī)械穩(wěn)定性。
(2)具有廣泛的調(diào)節(jié)范圍，沖擊力小。
(3)機(jī)車由牽引狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電氣制動(dòng)狀態(tài)應(yīng)線路簡(jiǎn)單，操縱方便，具有良好的制動(dòng)性能，負(fù)載分配力求均勻。
5.穩(wěn)定性概念
(1)機(jī)械穩(wěn)定性：指機(jī)車牽引列車在正常運(yùn)行中，不會(huì)由于偶然原因引起的速度微量變化而使列車的穩(wěn)定運(yùn)行遭到破壞的能力。電氣制動(dòng)的機(jī)械穩(wěn)定性是指當(dāng)偶然原因使機(jī)車運(yùn)行速度增高(或降低)時(shí)，制動(dòng)力應(yīng)隨之增大(降低)，以保持原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
圖3-1 機(jī)械穩(wěn)定性分析
以圖3-1為例對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性條件進(jìn)行分析。設(shè)在電氣制動(dòng)工況下，機(jī)車在g點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，若現(xiàn)有一偶然因素使速度V有一增量ΔV，則對(duì)曲線1，由于其斜率為負(fù)，此時(shí)制動(dòng)力Bg'
實(shí)際上電力機(jī)車無論采用電阻制動(dòng)或再生制動(dòng)，其制動(dòng)特性在高速區(qū)，在保持制動(dòng)電流恒定的條件下，能滿足制動(dòng)特性曲線的變化率，故電氣制動(dòng)在高速區(qū)具有機(jī)械穩(wěn)定性。
(2)電氣穩(wěn)定性：指電傳動(dòng)機(jī)車在正常運(yùn)行中，具有這樣的能力――不會(huì)由于偶然因素緣故引起的電流微量變化，而使?fàn)恳姍C(jī)的電平衡狀態(tài)遭到破壞。電氣制動(dòng)的電氣穩(wěn)定性判別我們將在本章第二節(jié)和第五節(jié)詳細(xì)分析。