4.2直流牽引傳動電制動和交流牽引傳動電制動城軌車組的制動系統是由作為電機牽引傳動的動力制動—也稱電制動，和壓縮空氣制動—簡稱空氣制動兩部分組成的。電牽引傳動根據采用的牽引電機的不同，分為直流電機牽引傳動和交流電機牽引傳動兩種。北京地鐵列車現已全部改為交流電機牽引傳動。（一）斬波調壓調速PWM控制技術是利用半導體開關器件的導通和關斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術。PWM（PulseWidthModdulation）譯為脈寬調制。制動是把車輛的速度調低，是在速度調低過程中對減速度的有效控制。因此，與牽引工況調速一樣，在制動工況時對電制動的調速控制是必須把握住的，在不同的載荷、不同的軌道狀態、不同的可用功率情況下，最大限度的利用電制動力，以達到需要的快速、準確停車。采用斬波器調壓方式，使再生電流可返回電網，只有當電網網壓過高或因某種原因而不能吸收時才投入電阻能耗，再生和電阻制動能平滑過渡。我國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。采用直流電機牽引，牽引時從供電到用電是DC→DC再生制動時從電機發電到電網也是DC→DC。這種直流電之間的轉換是調節直流平均電壓，在電力電子學中稱斬波。圖4-6是一直流電機M、端電壓Ua受PWM控制的原理圖。（一）斬波調壓調速圖4-6直流電機M端電壓Ua受PWM控制的原理圖。直流牽引電機斬波調壓調速系統牽引工況牽引工況下，簡化原理如圖4-9所示。牽引接觸器1K9、1K10閉合，制動接觸器1K11打開，直流牽引電機1M1、1M2和1M3、1M4均為串勵。此時若1K1、1K2閉合而1K3、1K4打開，1K5、1K6閉合而1K7、1K8打開，設電機為正轉，電流和電樞反電動勢方向相反，則為向前牽引工況；若將1K1、1K2打開而1K3、1K4閉合，將1K5、1K6打開而1K7、1K8閉合，則直流電機電樞端電壓極性改變，電機反轉，電樞反電動勢方向也反向，電樞電流與電樞反電動勢方向仍相反，因而，動車由向前牽引變為向后運轉，為反向牽引工況。牽引工況下，無論牽引電機是正轉還是反轉，均可調節降壓PWM斬波器主管V1、V2的占空比來改變電機的電樞端電壓的大小，以調節電機的轉速，從而控制動車的運行速度。斬波器的工作方式是定頻調頻，斬波器的兩個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。在這里實際使用的占空比α調節范圍為0.05≤α≤0.95。（二）直流牽引電機斬波調壓調速系統圖4-9向前牽引工況簡化原理圖直流牽引電機斬波調壓調速系統制動工況制動工況下，簡化原理如圖4-10所示。此時將牽引接觸器1K9、1K10打開，將制動接觸器1K11閉合。若圖4-11中1K1、1K2閉合，1K5、1K6閉合，而1K3、1K4打開，1K7、1K8打開，則為向前運行的制動工況。在向前牽引工況時，直流牽引電機電樞反電動勢的方向如圖4-9中+、-號所示。當轉換為向前運動中的制動工況時，電路被改接成圖4-10。此時，因為電機的轉向未變，勵磁方式由串勵被改成為交叉式他勵，勵磁電流方向也未變，因而直流電機的電樞反電動勢方向仍不變。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勢方向一致了，因而直流牽引電機轉換為發電機工況，而產生電制動力。（二）直流牽引電機斬波調壓調速系統圖4-10向前運行中的制動工況簡化原理圖4.2直流牽引傳動電制動和交流牽引傳動電制動交流牽引傳動的電制動在軌道車輛牽引動力領域交流電機目前占據主導地位，交流電機最大的優點是不易受干擾，維護保養相對很少，但它的調速控制遠比直流電機復雜。隨著牽引控制技術的進步和相關產品的不斷升級，交流電機在軌道交通領域的應用非常普及。交流調壓變頻車輛的傳動與控制由受電弓、高速斷路器HSCB、牽引逆變器VVVF、牽引控制單元DCU/UNAS、牽引電機、制動電阻等組成，并采用微機控制系統。其中，VVVF牽引逆變器采用PWM脈寬調制模式，將直流電逆變成頻率、電壓可調的三相交流電，平行供給車輛四臺交流鼠籠式異步電動機，對電機進行調速，實現列車的牽引、制動功能。采用交流異步電機作為牽引電機，那么輕軌地鐵的直流供電在牽引時，是直流電到交流用電：DC→AC，電制動時是交流發電到直流電網用電：AC→DC。但是在交流電傳動變頻調速中，變頻的同時也必須協調地改變電機的端電壓，否則電機將出現過勵磁或欠勵磁。因此交流電傳動中的變頻實際上是又變壓（VariableVoltage—VV）又變頻（VariableFrequency），即變壓變頻技術VVVF。（見圖4-11）我們通常所說輕軌地鐵車輛采用VVVF新技術。交流牽引傳動的電制動二.交流牽引傳動的電制動圖4-11DC-AC變換示意圖交流牽引傳動的電制動交流電PWM控制的基本原理：在采樣控制理論中有一個重要的結論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上，其效果基本相同。沖量是指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指該環節的輸出響應波形基本相同。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節上，輸出響應基本相同。脈沖越窄，輸出的差異越小。二.交流牽引傳動的電制動圖4-12形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖交流牽引傳動的電制動上述結論是PWM控制的重要理論基礎。下面來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，這個脈沖的幅值按正弦規律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應正弦部分面積相等，就得到圖4-13（b）所示的脈沖序列，這就是PWM波形。可以看出，各脈沖的寬度是按正弦規律變化的。根據沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。所以對于單極性一個完整的正弦波可見圖4-14。二.交流牽引傳動的電制動圖4-13PWM控制基本原理示意圖二.交流牽引傳動的電制動圖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.交流牽引傳動的電制動對于雙極性的見圖4-15。而在實際應用中是三相交流電，如三相交流異步電機，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控制通常公用一個三角載波uc，三相調制信號uru，urv和urw的相位依次相差120度，U、V和W各相功率開關器件的控制規律相同。因涉及電力電子技術中很多知識，本書介紹一些必要的最基本概念，便于理解電制動是如何產生的。二.交流牽引傳動的電制動圖4-16三相PWM逆變電路波形二.交流牽引傳動的電制動圖4-17為一節地鐵動車三相交流傳動主電路原理簡圖。它表示出從DC1500V輸電到該車4個電機的情況，它是一臺逆變器拖帶4臺電機（1C4M）。圖4-17三相交流傳動系統原理簡圖在電制動工況時，通過對KM1～KM3直流接觸器和V1～V9開關元件的控制使交流電機轉變成交流發電機，產生制動轉矩，并控制其大小，生成的三相交流電通過逆變器（VVVF中的六個二極管組成的橋式整流電路）變成直流電返回電網。現代城軌車輛，交流牽引傳動的控制方式很多，目