第二十一章 电力机车的电气制动
牵引与制动是一对矛盾。制动是调速的一种特殊
形式。电传动机车一般有两套制动系统，一是空
气制动系统即机械制动系统，包括闸瓦制动和盘
形制动。二是电气制动系统，包括电阻制动和再
生制动。本章将详细分析电气制动的基本原理，
电气制动的稳定性，电气制动的形式，电气制动
的特性及其控制方式。学习本章应达到以下目的：
1．会分析电阻制动和加馈电阻制动的原理；
2．掌握电阻制动 /加馈电阻制动电气线路构成；
3．会分析电阻制动特性曲线。
第一节 概 述
制动是机车运行的基本工作状态之一。当
列车需要减速、停车或在长大下坡道上运
行需要限制列车的速度时，都必须采取制
动措施，控制机车的运行速度。现代铁路
运输的安全性，在很大程度上取决于机车
制动性能的好坏。随着铁路运输的发展，
行车速度的不断提高，对机车的制动性能
也相应提出了更高的要求，以更好的保证
列车高速运行时的安全性和可靠性。
1．电气制动的基本原理
电气制动是利用电机的可逆性原理。电力
机车在牵引工况运行时，牵引电机做电动
机运行，将电网的电能转变为机械能，轴
上输出牵引转矩以驱动列车运行。电力机
车在电气制动时，列车的惯性力带动牵引
电动机，此时牵引电机将做发电机运行，
将列车动能转变为电能，输出制动电流的
同时，在牵引电机轴上产生反向转矩并作
用于轮对，形成制动力，使列车减速或在
下坡道上以一定速度运行。
2．电气制动的形式
根据电气制动时电能消耗的方式，电气制
动分为电阻制动和再生制动二种形式，如
果将电气制动时产生的电能利用电阻使之
转化为热能消耗掉，称之为电阻制动。如
果将电气制动时产生的电能重新反馈到电
网加以利用，称之为再生制动。
3．电气制动的优越性
（ 1）提高了列车行车的安全性。列车除机械
制动系统外，由于配备了电气制动系统。
因而提高了列车运行的安全性
（ 2）减少了闸瓦和车轮磨耗 ;
（ 3）提高了列车下坡运行速度 ;
4．机车采用电气制动时应满足的基本要求
（ 1）具有电气稳定性并保证必要的机械稳定
性；
（ 2）有广泛的调节范围，冲击力小；
（ 3）机车由牵引状态转换为电气制动状态时
应线路简单，操纵方便，有良好的制动性
能，负载分配力求均匀。
5．稳定性概念
（ 1）机械稳定性：指机车牵引列车在正常运
行中，不会由于偶然原因引起速度发生微
量变化而使列车的稳定运行遭到破坏。电
气制动的机械稳定性是指当偶然原因使机
车运行速度增高（或降低）时，制动力应
随之增大（降低），以保持原来的稳定运
行状态。
（ 2）电气稳定性：指电传动机车在正常运行
中，不会由于偶然因素，电流发生微量变
化，而使牵引电机的电平衡状态遭到破坏。
第二节 电阻制动
一、串励牵引电机电阻制动
1．串励电机的自激发电过程
采用串励牵引电机的电力机车在进行电阻
制动时，必须首先切断牵引电机电枢与电
网的联接，使电机电枢与制动电阻接成回
路。
2．调节方式
串励式电阻制动不需要额外的励磁电压，用改
变制动电阻 RZ的大小来调节制动电流和制动力。
在高压大电流情况下，制动电阻要求有许多抽头
和相应的开关电器，造成线路复杂设备增多，且
制动力的调节是有级的，不利于机车平稳运行。
同时制动电阻的取值应适当不宜过大，否则会使
电机不能自激。当多台电机并联共用一个制动电
阻时，还会出现不稳定状态。所以在整流器电力
机车上使用电阻制动时，一般不用串励式电阻制
动，而采用它励式电阻制动，即用改变励磁电流
的方式来调节机车的制动电流和制动力，实现对
机车运行速度的控制。
二、他励牵引电机电阻制动
采用它励电机电阻制动时，首先切断牵引电机
电枢与电网的连接，使电枢绕组与制动电阻接成
回路，而电机原串励绕组则由另外电源供电，电
机作它励发电机运行。
1．电气稳定性分析
2．制动特性及控制方式
（ 1）速度特性 V=f（ IZ）
（ 2）制动力特性 B=f（ IZ）
（ 3）制动特性 B=f（ V）
（ 4）控制方式
3．电阻制动的工作范围
列车在制动时，由于受牵引电机、机车本身、
制动电阻等多种因素的限制，只允许在一定范围
内使用电阻制动。其限制如下：
（ 1）最大励磁电流限制 ──曲线 ① ILmax。若超过
此限制则励磁绕组发热会烧损绕组，另一方面磁
路饱和，磁通增加有限，调节效果不明显。
（ 2）粘着力限制 ──曲线 ② Bψmax。若机车制动
力大于此限制会造成滑行。应当说明根据牵规规
定，计算制动时的粘着系数 ψjT 应比牵引时粘着
系数低 20％，因此，此制动粘着力限制小于牵引
粘着力限制。
（ 3）最大制动电流限制 ──曲线 ③ IZmax。此值取
决于电机电枢绕组的运行温升，一般不超过牵引
工况时的持续电流，但因受机车通风条件，制动
电阻功率限制，此值根据制动电阻的允许发热而
定。电力机车的制动功率为了充分发挥其制动效
果，一般等于或小于机车的小时功率，该限制亦
表示最大制动功率限制。
（ 4）牵引电机安全换向限制 ──曲线 ④ 。牵引电机
安全换向取决于电抗电势 er，因 er〈 VIZ,要维
持 er在允许值内，必须随着机车速度的提高，相
应地减小制动电流。否则牵引电机主极磁通畸变
严重，可能导致换向器发生火花加剧甚至环火。
（ 5）机车构造速度限制 ──曲线 ⑤ 。它受机车机械
运行部分强度的限制，实际在线路复杂的区段它
可能受到线路允许速度的限制。
三、电阻制动之不足及克服方法
电阻制动除前述的优越性以外，因为电阻制
动时控制电路比较简单，制动力调节十分
方便，因而易于实现制动力的自动控制，
使电阻制动的性能得以充分发挥，但是电
阻制动的最大缺点，从特性曲线上看是低
速时制动力直线下降，制动效果不明显。
目前一般采用二种方法加以克服。
1．分级电阻制动
2．加馈电阻制动
理论上讲，加馈电阻制动可使机车制
停。而实际上由于牵引电机整流器不
允许静止不动长时间流过额定电流，
以防整流器过热而烧损。故在机车速
度低于一定值时，就切除加馈制动，
改用空气制动使机车停车。国产 SS3B、
SS4G,SS8型电力机车均采用此种加
馈电阻制动。
小 结
在第二十章的基础上，本章讨论了机车速度调
节的特殊问题 ──电气制动。分析了电气制动的工
作原理，机车特性，制动力的调节方式。
电气制动的基本工作原理是利用电机的可逆性
原理，把牵引工况下的串励电动机转换成电制动
工况的它励发电机，产生制动转矩从而限制机车
速度。根据如何消耗发电机所产生的电能划分出
二种电气制动方式，即电阻制动和再生制动。
电阻制动是目前电力机上普遍采用的一种
控制方式。其电路结构简单，只需将串励
电动机车的励磁绕组与电枢绕组分离，电
枢绕组并接制动电阻，励磁绕组单独接励
磁电源即可。电阻制动易于实现自动控制，
可以实现恒磁通、恒速、恒流控制。尤其
恒速控制对机车通过长大坡道，提高机车
平均速度等有良好的经济意义。恒流控制
可以充分利用机车的制动功率。为了克服
低速电阻制动之不足采用分级电阻制动和
加馈电阻制动。
复习思考题
? 1、电力机车电气制动的基本原理是什么？
? 2、电力机车电气制动有几种形式？
? 3、电气制动与空气制动相比有哪些显著的优越性？
? 4、何谓电阻制动？
? 5、为什么串励电机不适合在制动工况运行？
? 6、分析串励电阻制动的电气稳定性。
? 7、它励电阻制动的调节方式有几种？
?8、它励电阻制动为什么不用于机车制停？
?9、何谓电力机车的电气制动特性，它包括
哪些工作特性？
?10、何谓恒速控制？分析它对于利用机车
制动功率有何意义？
?11、绘图说明电阻制动工作特性的限界条
件。
牵引与制动是一对矛盾。制动是调速的一种特殊
形式。电传动机车一般有两套制动系统，一是空
气制动系统即机械制动系统，包括闸瓦制动和盘
形制动。二是电气制动系统，包括电阻制动和再
生制动。本章将详细分析电气制动的基本原理，
电气制动的稳定性，电气制动的形式，电气制动
的特性及其控制方式。学习本章应达到以下目的：
1．会分析电阻制动和加馈电阻制动的原理；
2．掌握电阻制动 /加馈电阻制动电气线路构成；
3．会分析电阻制动特性曲线。
第一节 概 述
制动是机车运行的基本工作状态之一。当
列车需要减速、停车或在长大下坡道上运
行需要限制列车的速度时，都必须采取制
动措施，控制机车的运行速度。现代铁路
运输的安全性，在很大程度上取决于机车
制动性能的好坏。随着铁路运输的发展，
行车速度的不断提高，对机车的制动性能
也相应提出了更高的要求，以更好的保证
列车高速运行时的安全性和可靠性。
1．电气制动的基本原理
电气制动是利用电机的可逆性原理。电力
机车在牵引工况运行时，牵引电机做电动
机运行，将电网的电能转变为机械能，轴
上输出牵引转矩以驱动列车运行。电力机
车在电气制动时，列车的惯性力带动牵引
电动机，此时牵引电机将做发电机运行，
将列车动能转变为电能，输出制动电流的
同时，在牵引电机轴上产生反向转矩并作
用于轮对，形成制动力，使列车减速或在
下坡道上以一定速度运行。
2．电气制动的形式
根据电气制动时电能消耗的方式，电气制
动分为电阻制动和再生制动二种形式，如
果将电气制动时产生的电能利用电阻使之
转化为热能消耗掉，称之为电阻制动。如
果将电气制动时产生的电能重新反馈到电
网加以利用，称之为再生制动。
3．电气制动的优越性
（ 1）提高了列车行车的安全性。列车除机械
制动系统外，由于配备了电气制动系统。
因而提高了列车运行的安全性
（ 2）减少了闸瓦和车轮磨耗 ;
（ 3）提高了列车下坡运行速度 ;
4．机车采用电气制动时应满足的基本要求
（ 1）具有电气稳定性并保证必要的机械稳定
性；
（ 2）有广泛的调节范围，冲击力小；
（ 3）机车由牵引状态转换为电气制动状态时
应线路简单，操纵方便，有良好的制动性
能，负载分配力求均匀。
5．稳定性概念
（ 1）机械稳定性：指机车牵引列车在正常运
行中，不会由于偶然原因引起速度发生微
量变化而使列车的稳定运行遭到破坏。电
气制动的机械稳定性是指当偶然原因使机
车运行速度增高（或降低）时，制动力应
随之增大（降低），以保持原来的稳定运
行状态。
（ 2）电气稳定性：指电传动机车在正常运行
中，不会由于偶然因素，电流发生微量变
化，而使牵引电机的电平衡状态遭到破坏。
第二节 电阻制动
一、串励牵引电机电阻制动
1．串励电机的自激发电过程
采用串励牵引电机的电力机车在进行电阻
制动时，必须首先切断牵引电机电枢与电
网的联接，使电机电枢与制动电阻接成回
路。
2．调节方式
串励式电阻制动不需要额外的励磁电压，用改
变制动电阻 RZ的大小来调节制动电流和制动力。
在高压大电流情况下，制动电阻要求有许多抽头
和相应的开关电器，造成线路复杂设备增多，且
制动力的调节是有级的，不利于机车平稳运行。
同时制动电阻的取值应适当不宜过大，否则会使
电机不能自激。当多台电机并联共用一个制动电
阻时，还会出现不稳定状态。所以在整流器电力
机车上使用电阻制动时，一般不用串励式电阻制
动，而采用它励式电阻制动，即用改变励磁电流
的方式来调节机车的制动电流和制动力，实现对
机车运行速度的控制。
二、他励牵引电机电阻制动
采用它励电机电阻制动时，首先切断牵引电机
电枢与电网的连接，使电枢绕组与制动电阻接成
回路，而电机原串励绕组则由另外电源供电，电
机作它励发电机运行。
1．电气稳定性分析
2．制动特性及控制方式
（ 1）速度特性 V=f（ IZ）
（ 2）制动力特性 B=f（ IZ）
（ 3）制动特性 B=f（ V）
（ 4）控制方式
3．电阻制动的工作范围
列车在制动时，由于受牵引电机、机车本身、
制动电阻等多种因素的限制，只允许在一定范围
内使用电阻制动。其限制如下：
（ 1）最大励磁电流限制 ──曲线 ① ILmax。若超过
此限制则励磁绕组发热会烧损绕组，另一方面磁
路饱和，磁通增加有限，调节效果不明显。
（ 2）粘着力限制 ──曲线 ② Bψmax。若机车制动
力大于此限制会造成滑行。应当说明根据牵规规
定，计算制动时的粘着系数 ψjT 应比牵引时粘着
系数低 20％，因此，此制动粘着力限制小于牵引
粘着力限制。
（ 3）最大制动电流限制 ──曲线 ③ IZmax。此值取
决于电机电枢绕组的运行温升，一般不超过牵引
工况时的持续电流，但因受机车通风条件，制动
电阻功率限制，此值根据制动电阻的允许发热而
定。电力机车的制动功率为了充分发挥其制动效
果，一般等于或小于机车的小时功率，该限制亦
表示最大制动功率限制。
（ 4）牵引电机安全换向限制 ──曲线 ④ 。牵引电机
安全换向取决于电抗电势 er，因 er〈 VIZ,要维
持 er在允许值内，必须随着机车速度的提高，相
应地减小制动电流。否则牵引电机主极磁通畸变
严重，可能导致换向器发生火花加剧甚至环火。
（ 5）机车构造速度限制 ──曲线 ⑤ 。它受机车机械
运行部分强度的限制，实际在线路复杂的区段它
可能受到线路允许速度的限制。
三、电阻制动之不足及克服方法
电阻制动除前述的优越性以外，因为电阻制
动时控制电路比较简单，制动力调节十分
方便，因而易于实现制动力的自动控制，
使电阻制动的性能得以充分发挥，但是电
阻制动的最大缺点，从特性曲线上看是低
速时制动力直线下降，制动效果不明显。
目前一般采用二种方法加以克服。
1．分级电阻制动
2．加馈电阻制动
理论上讲，加馈电阻制动可使机车制
停。而实际上由于牵引电机整流器不
允许静止不动长时间流过额定电流，
以防整流器过热而烧损。故在机车速
度低于一定值时，就切除加馈制动，
改用空气制动使机车停车。国产 SS3B、
SS4G,SS8型电力机车均采用此种加
馈电阻制动。
小 结
在第二十章的基础上，本章讨论了机车速度调
节的特殊问题 ──电气制动。分析了电气制动的工
作原理，机车特性，制动力的调节方式。
电气制动的基本工作原理是利用电机的可逆性
原理，把牵引工况下的串励电动机转换成电制动
工况的它励发电机，产生制动转矩从而限制机车
速度。根据如何消耗发电机所产生的电能划分出
二种电气制动方式，即电阻制动和再生制动。
电阻制动是目前电力机上普遍采用的一种
控制方式。其电路结构简单，只需将串励
电动机车的励磁绕组与电枢绕组分离，电
枢绕组并接制动电阻，励磁绕组单独接励
磁电源即可。电阻制动易于实现自动控制，
可以实现恒磁通、恒速、恒流控制。尤其
恒速控制对机车通过长大坡道，提高机车
平均速度等有良好的经济意义。恒流控制
可以充分利用机车的制动功率。为了克服
低速电阻制动之不足采用分级电阻制动和
加馈电阻制动。
复习思考题
? 1、电力机车电气制动的基本原理是什么？
? 2、电力机车电气制动有几种形式？
? 3、电气制动与空气制动相比有哪些显著的优越性？
? 4、何谓电阻制动？
? 5、为什么串励电机不适合在制动工况运行？
? 6、分析串励电阻制动的电气稳定性。
? 7、它励电阻制动的调节方式有几种？
?8、它励电阻制动为什么不用于机车制停？
?9、何谓电力机车的电气制动特性，它包括
哪些工作特性？
?10、何谓恒速控制？分析它对于利用机车
制动功率有何意义？
?11、绘图说明电阻制动工作特性的限界条
件。
