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摘要：带动力的动车和不带动力的动车通过固定编组共同组成了动车组，动车组具有舒适安全等优点，因此在全国范围内甚至世界许多国家中得到了普遍的使用和推广。
再生制动与传统的空气制动相比具有不可比拟的优越性，是目前所使用的制动方式中唯一可以向电网回馈能量的一种制动方式，它较传统的空气制动而言，相关部件磨损程度较小，且在制动的同时还能节约能源，在资源日益匮乏的今天有着重大的意义。
关键词：再生制动;动车组;交流牵引传动系统
一、制动系统概述
（一）制动系统对动车组的意义
制动系统动车组即为了达成动车组调速或者停车，而采取某种合适的方式将动车的动能转换为其他形式的能量，降低动车的速度的过程。在车上安装的以期达到制动目的的相关设施成为制动装置。动车组如果要实现提高速度的目标，除了牵引功率要足够大之外，还必须要有足够大的制动力。
（二）高速动车组复合制动系统
高速动车组较之普通列车来说行驶速度快，制动能量大幅度上升。以前的制动模式因为被制动热容量、制动的距离、机械制动部件磨耗寿命等条件的制约，已经不再符合高速动车组的需求。因此，一套效率高、安全性能高、可满足强大制动力需求的复合型制动系统需要被装配到高速动车组上。该系统主要由动力制动和空气制动系统、制动控制系统、非黏着制动装置和防滑器等组成。
高速动车组的制动方式基本是用电制动和空气制动相结合，其中起关键作用的是电制动，电制动由电阻制动与再生制动两种方式构成，这里面再生制动的适用范围更加广泛，且重要搭配防滑器一起使用。将电制动与空气制动有机的结合起来可以确保为各种各样复杂的情况下运行的动车提供可靠的制动力。防滑器的使用可以很好地缩短制动距离，其主要原理是借助车轮与轨道之间的黏着力。
电制动较之空气制动，能够有效地减轻对制动系统各个部件的损耗，再生制动在此基础上，还能够做到把制动能量返回到电网，凭借其独特的优越性，再生制动一般会是首要选择。空气制动大多被当做电制动的备选，一般在动车调整速度、以较慢的速度行驶或者是电制动突然失灵的意外状况发生时，使用空气制动为快速使列车停止提供充足的制动力。
二、高速动车组再生制动工作原理分析
近些年来，由于电子电力技术与电机调速技术取得了显著的进步，人们开始意识到再生制动技术的应用在电力机车领域的关键作用。再生制动可以把牵引电动机转化为发电机，在工作时因为制动产生的大量动能通过该原理转化为电能，而且经由回流轨最后回馈到电网。
再生制动有着以下优势：第一、达到了动车的制动;第二、通过把工作中产生的动能转变为电能流向电网达到节约能源的作用;第三、对零部件的损耗较小，节省了维护的时间和费用。
牵引电机按照类型可以划分为系统分成直流牵引系统和交流牵引系统两种。其中直流牵引系统首先产生于十九世纪，随后交流牵引系统诞生。在二十世纪，这两种牵引系统均得到了很大的发展，开始广泛投入使用。在这个过程中，直流牵引系统占领了更大的市场，因为其较之交流牵引系统调速功能更佳，当时性能较高的传动系统基本使用直流电动机。这一情况从二十世纪后半纪开始发生转变，在这一时期，电力电子技术与现代控制理论发展迅猛，势头强劲，使得交流牵引系统的调速能力大大提升，不仅如此，交流牵引系统还凭借安装简便、维修便捷、成本低、效率高等长处，逐渐取代直流牵引系统，成为新的发展方向。
图1-1为动车组交流传动系统能量流动图。由图可知，牵引工况时，受电弓由接触网开始受电，以主断路器为媒介，联通到机车主变压器上，变压后输出单相交流电供给脉冲整流器，再由脉冲整流器将单相交流电转化为单相直流电，通过中间直流电路把直流电传送到逆变器，逆变器给三相交流异步电动机输送三相交流电;再生制动工况与牵引工况的作用过程相反，在这里牵引电机是发电机状态，电流朝相反方向流动，整流器与逆变器发生转变，交流电先经由两电平逆变器进行整流，在通过中间直流，最后通过四象限脉冲整流器变换成交流电流回电网。
通过电机学的相关知识我们知道三相电流通过定子三相电阻，产生旋转磁场，旋转磁场的转速用字母n表示，被叫做同步转速。因为高速动车组使用的是异步牵引電动机，相对运动在转子和旋转磁场之间产生时，要想产生电磁转矩，需要转子绕组切割磁感线，这样先产生感应电动势与感应电流。因此同步转速总是大于转子转速n，转差率s指的是同步转速n0与转子转速n的差与同步转速n0之即：
在对异步电动机的工作情况进行研究时，转差率时一项重要数据。堵转指的是电动机即将开启，刚开始连接电源，还没有开始转动的一种状态，这种状态下n=0， s=1;当理想空载时一种在现实操作中不可能实现的电动机的转子转速与同步转速等同的情况，这种状态下n=n0，s=0。由上述描述可知，异步电动机工作在电动状态时，0<n<n0， 0<s<1，此时电机输出正转矩，能量从脉冲整流器流向逆变器、电机侧。
假设把转子转速调节为大于同步转速的情况下，异步电动机转换为发电机状态，较之电动机状态，改变了转子和旋转磁场的相对运动的方向，转子电流朝相反的方向流动，定子电流也朝相反的方向流动，这种情况下<n，s<0 。因为使用的是四象限脉冲整流器，异步电机电流先经过逆变器整流，再经过中间直流，最后经过四象限脉冲整流器逆变成交流电流回牵引网。
三、交流牵引传动系统
现在交流异步牵引电机在世界范围内大量应用于高速动车组上，只有使用三相异步电机，才能够更高地服务于高速铁路。在我国，三相交流异步电机也有着广泛的应用。调速系统性能高低对交流异步牵引电机的性能起着至关重要的作用，所以交流异步牵引电机必须搭配合适的调速系统使用。是不是可以做到再生制动很大程度上也取决于交流异步牵引电机使用了什么调速系统。现在使用最广泛的调速系统是交直交变压变频调速系统，主要由整流环节、中间直流环节和逆变环节三个环节组成。
四、再生制动的能量分析
当地铁机车运用再生制动方式，直流供电网将有相关制动能量予以返回，相应的，假设其制动能量没有能够及时耗尽，都会促使直流电网的相应电压很快提升，会造成用电设备的损坏，其后果极其严重。鉴于以上，出于电网的安全考虑，电阻制动装置需要配套设立，同时将消耗掉再生制动能量，从而保持电网工作的稳定性，防止灾害事故的产生。从电阻制动放置分类来看，其分类为车载和地面两类电阻制动装置。在设备投资上、日常维护上，地面装置相对要更加合理。
五、 小结
本文从动车组牵引与再生制动原理入手，进一步分析了交-直-交传动系统PWM整流器、中间直流环节、逆变器，异步电动机以及地面电阻制动装置在内的五个重要组成部分。
参考文献：
[1]樊晟姣.动车组再生制动的研究[J].电子技术与软件工程，2020（02）：123-124.
[2]刘子嘉. 基于SimulationX的动车组制动系统研究与开发[D].华北理工大学，2019.
再生制动与传统的空气制动相比具有不可比拟的优越性，是目前所使用的制动方式中唯一可以向电网回馈能量的一种制动方式，它较传统的空气制动而言，相关部件磨损程度较小，且在制动的同时还能节约能源，在资源日益匮乏的今天有着重大的意义。
关键词：再生制动;动车组;交流牵引传动系统
一、制动系统概述
（一）制动系统对动车组的意义
制动系统动车组即为了达成动车组调速或者停车，而采取某种合适的方式将动车的动能转换为其他形式的能量，降低动车的速度的过程。在车上安装的以期达到制动目的的相关设施成为制动装置。动车组如果要实现提高速度的目标，除了牵引功率要足够大之外，还必须要有足够大的制动力。
（二）高速动车组复合制动系统
高速动车组较之普通列车来说行驶速度快，制动能量大幅度上升。以前的制动模式因为被制动热容量、制动的距离、机械制动部件磨耗寿命等条件的制约，已经不再符合高速动车组的需求。因此，一套效率高、安全性能高、可满足强大制动力需求的复合型制动系统需要被装配到高速动车组上。该系统主要由动力制动和空气制动系统、制动控制系统、非黏着制动装置和防滑器等组成。
高速动车组的制动方式基本是用电制动和空气制动相结合，其中起关键作用的是电制动，电制动由电阻制动与再生制动两种方式构成，这里面再生制动的适用范围更加广泛，且重要搭配防滑器一起使用。将电制动与空气制动有机的结合起来可以确保为各种各样复杂的情况下运行的动车提供可靠的制动力。防滑器的使用可以很好地缩短制动距离，其主要原理是借助车轮与轨道之间的黏着力。
电制动较之空气制动，能够有效地减轻对制动系统各个部件的损耗，再生制动在此基础上，还能够做到把制动能量返回到电网，凭借其独特的优越性，再生制动一般会是首要选择。空气制动大多被当做电制动的备选，一般在动车调整速度、以较慢的速度行驶或者是电制动突然失灵的意外状况发生时，使用空气制动为快速使列车停止提供充足的制动力。
二、高速动车组再生制动工作原理分析
近些年来，由于电子电力技术与电机调速技术取得了显著的进步，人们开始意识到再生制动技术的应用在电力机车领域的关键作用。再生制动可以把牵引电动机转化为发电机，在工作时因为制动产生的大量动能通过该原理转化为电能，而且经由回流轨最后回馈到电网。
再生制动有着以下优势：第一、达到了动车的制动;第二、通过把工作中产生的动能转变为电能流向电网达到节约能源的作用;第三、对零部件的损耗较小，节省了维护的时间和费用。
牵引电机按照类型可以划分为系统分成直流牵引系统和交流牵引系统两种。其中直流牵引系统首先产生于十九世纪，随后交流牵引系统诞生。在二十世纪，这两种牵引系统均得到了很大的发展，开始广泛投入使用。在这个过程中，直流牵引系统占领了更大的市场，因为其较之交流牵引系统调速功能更佳，当时性能较高的传动系统基本使用直流电动机。这一情况从二十世纪后半纪开始发生转变，在这一时期，电力电子技术与现代控制理论发展迅猛，势头强劲，使得交流牵引系统的调速能力大大提升，不仅如此，交流牵引系统还凭借安装简便、维修便捷、成本低、效率高等长处，逐渐取代直流牵引系统，成为新的发展方向。
图1-1为动车组交流传动系统能量流动图。由图可知，牵引工况时，受电弓由接触网开始受电，以主断路器为媒介，联通到机车主变压器上，变压后输出单相交流电供给脉冲整流器，再由脉冲整流器将单相交流电转化为单相直流电，通过中间直流电路把直流电传送到逆变器，逆变器给三相交流异步电动机输送三相交流电;再生制动工况与牵引工况的作用过程相反，在这里牵引电机是发电机状态，电流朝相反方向流动，整流器与逆变器发生转变，交流电先经由两电平逆变器进行整流，在通过中间直流，最后通过四象限脉冲整流器变换成交流电流回电网。
通过电机学的相关知识我们知道三相电流通过定子三相电阻，产生旋转磁场，旋转磁场的转速用字母n表示，被叫做同步转速。因为高速动车组使用的是异步牵引電动机，相对运动在转子和旋转磁场之间产生时，要想产生电磁转矩，需要转子绕组切割磁感线，这样先产生感应电动势与感应电流。因此同步转速总是大于转子转速n，转差率s指的是同步转速n0与转子转速n的差与同步转速n0之即：
在对异步电动机的工作情况进行研究时，转差率时一项重要数据。堵转指的是电动机即将开启，刚开始连接电源，还没有开始转动的一种状态，这种状态下n=0， s=1;当理想空载时一种在现实操作中不可能实现的电动机的转子转速与同步转速等同的情况，这种状态下n=n0，s=0。由上述描述可知，异步电动机工作在电动状态时，0<n<n0， 0<s<1，此时电机输出正转矩，能量从脉冲整流器流向逆变器、电机侧。
假设把转子转速调节为大于同步转速的情况下，异步电动机转换为发电机状态，较之电动机状态，改变了转子和旋转磁场的相对运动的方向，转子电流朝相反的方向流动，定子电流也朝相反的方向流动，这种情况下<n，s<0 。因为使用的是四象限脉冲整流器，异步电机电流先经过逆变器整流，再经过中间直流，最后经过四象限脉冲整流器逆变成交流电流回牵引网。
三、交流牵引传动系统
现在交流异步牵引电机在世界范围内大量应用于高速动车组上，只有使用三相异步电机，才能够更高地服务于高速铁路。在我国，三相交流异步电机也有着广泛的应用。调速系统性能高低对交流异步牵引电机的性能起着至关重要的作用，所以交流异步牵引电机必须搭配合适的调速系统使用。是不是可以做到再生制动很大程度上也取决于交流异步牵引电机使用了什么调速系统。现在使用最广泛的调速系统是交直交变压变频调速系统，主要由整流环节、中间直流环节和逆变环节三个环节组成。
四、再生制动的能量分析
当地铁机车运用再生制动方式，直流供电网将有相关制动能量予以返回，相应的，假设其制动能量没有能够及时耗尽，都会促使直流电网的相应电压很快提升，会造成用电设备的损坏，其后果极其严重。鉴于以上，出于电网的安全考虑，电阻制动装置需要配套设立，同时将消耗掉再生制动能量，从而保持电网工作的稳定性，防止灾害事故的产生。从电阻制动放置分类来看，其分类为车载和地面两类电阻制动装置。在设备投资上、日常维护上，地面装置相对要更加合理。
五、 小结
本文从动车组牵引与再生制动原理入手，进一步分析了交-直-交传动系统PWM整流器、中间直流环节、逆变器，异步电动机以及地面电阻制动装置在内的五个重要组成部分。
参考文献：
[1]樊晟姣.动车组再生制动的研究[J].电子技术与软件工程，2020（02）：123-124.
[2]刘子嘉. 基于SimulationX的动车组制动系统研究与开发[D].华北理工大学，2019.