铁路机车车辆教学课件PPT电力机车.ppt

2019 12 23 1 铁路机车车辆 2 2019 12 23 第五章电力机车 教学重点 了解电力机车的分类 型号几功率 教学难点 掌握电力机车的工作原理 本课题重点与难点 3 2019 12 23 一 电力机车概述 电力牵引在铁路运输中的地位 发展方针 大力发展电力牵引和内燃牵引 以电力牵引为主 发展 1879年5月31日第一条电气化铁路问世 1958年韶山1型问世 电力牵引的特点及优越性特点 1 功率大2 速度高3 效率高4 过载能力强优越性 1 运输能力强2 经济效果显著3 合理利用能源4 劳动条件好5 加强了行车安全6 有利于实现城乡的电气化 4 2019 12 23 中国电力机车的研制开始于1958年 当时的铁道部田心机车车辆工厂 也就是现在的株洲电力机车工厂在协助湘潭电机厂制造工矿电力机车的同时 设计并试制铁路干线电力机车 1958年12月28日 中国第一台干线铁路电力机车试制成功 命名为6y1型 5 2019 12 23 1968年 经过对6y1型10年的研究改进 在中国半导体工业发展的条件下 将引燃管整流改为大功率半导体整流 试制出韶山1型 代号ss1 1969年开始批量生产 到1988年止 共生产826台 机车持续功率3780kw 最大速度90km h 车长19400mm 韶山1型电力机车获全国科学大会奖 6 2019 12 23 1969年 株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车 代号ss2 7 2019 12 23 株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电力机车韶山3型客货两用干线电力机车 代号ss3 1989年开始批量生产至今 8 2019 12 23 韶山3b型重载货运电力机车 代号ss3b 株洲电力机车厂2002年在ss系列机车的设计平台上开发的一种12轴重载货运电力机车 9 2019 12 23 韶山4改进型电力机车 代号ss4g 是在ss4 ss5和ss6型电力机车的基础上 吸收了8k机车一些先进技术设计的 10 2019 12 23 韶山5型准高速电力机车 代号ss5 为准高速铁路试制的样车 11 2019 12 23 韶山6型干线客货运电力机车 代号ss6 株洲电力机车工厂制造的国际招标中标机车 机车功率持续4800kw 最大速度100km h 车长20200mm 12 2019 12 23 韶山7型干线客货两用电力机车 代号ss7 是大同机车工厂自行研制开发的新型电力机车 该机车填补了我国山区小曲线区段线路客 货运电力机车的空白 荣获国家级科技进步二等奖及铁道部科技进步一等奖 13 2019 12 23 韶山7b型重载货运电力机车 代号ss7b 大同机车厂1996年设计完成 1997年试制成功的一种新型的重载货运电力机车 14 2019 12 23 韶山7d型客运电力机车 代号ss7d 由大同机车厂 株洲电力机车研究所 成都机车车辆厂联合研制的适应我国铁路提速需要的新产品 是目前国内技术水平最为先进的交直传动客运电力机车 15 2019 12 23 韶山7e型客运电力机车 代号ss7e 是最新开发的客运机车 16 2019 12 23 韶山8型快速客运机车 代号ss8 株洲电力机车厂于1994年研制成功 填补了我国快速客运电力机车的空白 目前成为我国快速客运的主型机车 曾创造了中国铁路机车的最高速度240km h 17 2019 12 23 韶山9型干线客运电力机车 代号ss9 以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础 采用了许多国际客运机车先进技术 是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车 机车功率持续4800kw 最大速度170km h 18 2019 12 23 春城 号电动车组 长春客车厂为迎接 99 昆明世界园艺博览会开发制造的中国首列商业运行电动车组 该电动车组为无污染的环保型绿色交通工具 具有普通旅客列车所无法比拟的灵活编组 机动开行的优点 又具有公路交通工具无法比拟的速度快 运量大 效率高 投资省 安全性好的优点 动车组总功率为2160kw 设计速度120km h 19 2019 12 23 先锋 号交流传动电动车组 是南京浦镇车辆厂负责总体研制的我国第一列交流传动动力分散电动车组 首列电动车组命名为 先锋 号 列车运营速度200km h 最高试验速度250km h 总定员424人 20 2019 12 23 中原之星 交流传动电动车组 适用于中 短途快速旅客运输 由株洲电力机车厂 四方机车车辆股份有限公司 株洲电力机车研究所三家单位联合研制生产 首列动车组于2001年10月生产下线 配属郑州铁路局 于郑武线上运营 最高运营速度160km h 总定员1178人 21 2019 12 23 大白鲨 高速电动车组 株洲电力机车厂研制的中国第一台正式进入高速领域的动力集中式高速动车组 是我国强大机车家族的又一精心完美之作 最大速度200km h 22 2019 12 23 蓝箭 交流传动高速电动车组是为满足广深线 小编组 高密度 高速度 的公交化客运要求 由株洲电力机车厂 株洲电力机车研究所 长春客车厂和广铁集团于2000年共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组 基本编组定员为421人 连挂编组定员约800人 最大速度220km h 23 2019 12 23 中华之星 高速电动车组 该电动车组将成为我国京沈快速客运通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车 列车最高运营速度可达270km h 是目前我国商业运行时速最快的电动车组 2002年11月27日 中华之星 在秦沈客运专线综合试验中 成功创造了中国铁路的最高速度321 5km h 该动车组广泛地采用了国内 外的先进技术 列车的整体技术性能达到国外同类产品的先进水平 24 2019 12 23 中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是 年 月 日开工建设的上海磁悬浮列车示范线 年 月 这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工 磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨 采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈 驱动列车高速行驶 从而取消了受电弓 磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承 导向 牵引和制动功能 列车在运行过程中 与轨道保持一厘米左右距离 处于一种 若即若离 的状态 由于避免了与轨道的直接接触 行驶速度也大大提高 其正常的运营速度可以达到每小时500公里 25 2019 12 23 新型电力机车视频 最高时速达到120公里 26 2019 12 23 一 电力机车概述 电力机车的分类1 按用途可分为 1 客运电力机车 2 货运电力机车 3 客货两用电力机车 4 调车电力机车2 按传动形式不同可分为 1 具有个别传动的电力机车 2 具有组合传动的电力机车 27 2019 12 23 一 电力机车概述 3 按机车轴数不同可分为 4轴 6轴 8轴等电力机车 4 按电流制不同可分为 1 直流电力机车 2 交流电力机车单相低频制 25hz hz 单相工频制 50hz 整流器式电力机车 无整流子牵引电动机电力机车 28 2019 12 23 第一节电力机车构造一 电力机车概述无论是增加机车牵引重量还是提高列车的运行速度 都必须考虑提高机车的功率 电力机车无原动机 可直接从接触网获得电能 通过机车上的牵引电动机将电能转换为机械能 因此 只要加大牵引电动机的功率 就可以提高机车的功率 由于电力机车运行时 须由外界提供电源 因此需要有一套牵引供电系统 29 2019 12 23 一 电力机车的特点与其他类型的机车相比 电力机车的特点可以概括如下 1 牵引功率大 过载能力强 2 牵引力大 速度快 爬坡能力强 3 整备作业时间短 维修量小 运营费用低 4 能源利用率高 节约能源 5 无煤烟 废气 环境污染少 6 乘务员工作条件好 7 电气化铁路基本建设投资大 8 运用灵活性差 30 2019 12 23 二 电力机车类型及功率我国电力机车发展也有50年的历史了 取得了很大成就 特别是经过20世纪80年代6k 6g 8k 8g型 其中6 8表示机车轴数 k表示采用可控硅二极管整流装置 g表示采用硅二极管整流装置 等国外电力机车进口 消化吸收和自主开发 我国开发了一系列较高水平的电力机车 电力机车发展进入换代期 形成产品的多机系列 如ss4 ss9及其派生型ss4改 ss4b ss6b ss4c ss7b ss7c型等 我国自主研制了准高速ss8型电力机车 自行开发了16位微机控制系统和故障诊断系统 ss8型电力机车运行试验中创下了时速240km的 中国第一速 电力机车轴列式与内燃机车轴列式的表示方法基本相同 电力机车的每根轮轴上均装有一台牵引电动机单独驱动 我国铁路部分电力机车的类型及主要性能技术参数见表9 1 31 2019 12 23 32 2019 12 23 直流电力机车的特点 1 结构简单 造价低 经济性好 2 牵引性能好 调速方便 3 控制简单 运行可靠 4 供电效率低 5 基建投资大 6 有级调速 直流电力机车的基本特性 直流电力机车的基本特性包括机车的速度特性 牵引力特性 牵引特性 效率特性 33 2019 12 23 1 速度特性机车运行速度与牵引电动机电枢电流的关系 称为机车速度特性 2 牵引力特性机车轮周牵引力与牵引电动机电枢电流的关系 称为机车牵引力特性 3 牵引特性机车轮周牵引力与运行速度的关系 称为机车牵引特性 4 效率特性机车效率是指机车输出功率与机车输入功率的比值 也就是机车轮周功率与机车受电侧电功率的比值 34 2019 12 23 三 电气化铁道供电系统采用电力牵引的铁路称为电气化铁道 电气化铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成 电力机车是牵引动力 但电力机车本身并不带有能源装置 需要由外界供给电能 因而必须在电气化铁道沿线设置一套完善的 不间断地向电力机车供电的设备 通常把这种设备构成的工作系统叫做牵引供电系统 如图9 1所示 除电源部分外 即为电气化铁道的牵引供电系统 牵引变电所将高压输电线输送来的110kv 或220kv 的三相交流电 改变成不低于25kv的单相交流电后 向它的邻近区间或站场线路的接触网送电 供电力机车使用 35 2019 12 23 二 电力机车总体结构 图9 1电力牵引系统组成1 发电厂 2 高压输电线 3 区域变电所 4 铁路牵引变电所 5 馈电线 6 接触网 7 钢轨 8 回流线 9 接地线 10 电力机车 36 2019 12 23 图9 2ss8型电力机车总图 1 司机室 2 机械室 3 电器室 4 变压器室 5 车顶设备 6 辅助设备 37 2019 12 23 一 机械部机械部包括车体和转向架 1 车体 采用客车车厢式外形 双侧走廊 两端司机室 各设备采用斜对称布置 为适应于机车准高速客运的需求 将主变压器 平波电抗器置于同一油箱内 并置于机车中部且沉于车体底架下 以达到降低机车重心的目的 38 2019 12 23 2 转向架 ss8型电力机车有两台完全相同的二轴转向架 主要由轮对电机驱动装置 构架 一系悬挂装置 轴箱悬挂 二系悬挂装置 车体支承装置 牵引装置 电机悬挂装置 基础制动装置 蓄能制动装置 止轮装置 和辅助装置等部分组成 高速动力车转向架 二轴转向架 39 2019 12 23 ss8型电力机车转向架具有以下特点 1 轮对电机传动装置采用单侧直齿轮双侧六连杆万向节传动方式 轮对空心轴传动结构 它能较好地满足高速机车对传动系统的要求 使机车能更好地发挥最大牵引力 2 采用推挽式低位拉杆牵引装置 有利于提高机车黏着利用率 3 一 二系悬挂采用螺旋钢弹簧加橡胶垫的结构 并配有油压减振器 使机车在高速运行时 具有良好的运行品质和动力学性能 4 基础制动采用单侧吊挂式自动调整闸瓦间隙的独立基础制动装置 并配有高摩擦粉末冶金闸瓦 使机车在高速制动时有足够的制动力 以保证在技术条件所规定的距离内停车 5 采用三支点刚性地将牵引电机悬挂在构架上 6 停车制动采用蓄能制动器装置 以防止机车的溜行 40 2019 12 23 二 电气部ss8型电力机车的电气部包括机车上各种电气设备及其连接导线 机车上的各种电机 电器设备按其功能 作用 电压等级 分别组成主电路 辅助电路和控制电路三个独立的电路系统 三个电路通过电 磁 电 空和电 机械联系起来 对机车进行控制 41 2019 12 23 三 空气管路系统空气管路系统分为风源管路系统 控制管路系统 辅助管路系统和制动机系统 风源管路系统 为机车和车辆提供洁净 干燥和稳定的压缩空气 以保证列车制动系统 空气弹簧 风动门装置及气动电器等正常工作 控制管路系统 向机车受电弓 主断路器及高压电器柜内的电空接触器 转换开关等机车气动电器提供压缩空气 以保证机车的安全 正常使用 辅助管路系统 用以改善机车运行条件 确保机车运行安全 由撒砂器 喇叭 刮雨器 轮缘润滑装置及其连接管路组成 制动机 采用dk 1型电空制动机为基础 机车空电联合制动功能与机车速度分级控制系统或速度监控装置配合实行速度分级控制及超速防护功能 42 2019 12 23 三 电气部的主要部件 一 受电弓ss8型电力机车在机车车顶外部安装有两台单臂受电弓 受电弓的弓头升起后与接触网导线接触 从接触网上受取电流 并将电流通过车顶母线传送到车内供电机使用 受电弓弓头与接触网导线接触受流的部分 其上装有粉末冶金滑板 机车运行时 弓头能随接触导线高度和驰度变化而做前后 上下的动作 以便改善受流质量 受电弓的升降受控制机构及传动风缸中的压缩空气的控制 机车运行时 一般正常运行只升后弓 另一受电弓备用 43 2019 12 23 二 主断路器主断路器是电力机车的一个重要器件 它担负着断开和接通接触网接入机车25kv的电路的任务 并且对主电路的短路 过流 接地等故障状态起最后一级保护作用 ss8型电力机车采用tdzia 10 25型空气断路器 它是一种带外隔离开关的断路器 分断时 主触头先行分开将电流切断 经过一段延时后 隔离开关再分开形成电路隔离 之后主触头自行恢复闭合状态 闭合时 只需将隔离开关的闸刀合上即可 另外这种空气断路器是利用压缩空气来灭弧并且利用压缩空气作为操作能源的电器 44 2019 12 23 三 主变压器主变压器是交 直流电力机车上的一个重要部件 它的任务是 将从接触网上取得的高压交流电转换为低压交流电 ss8型电力机车上的主变压器中有五种线圈 高压网侧线圈 牵引线圈 辅助线圈 励磁线圈和列车供电线圈 1 高压线圈a x通过受电弓接25kv高压电 2 低压线圈中的牵引线圈用来向牵引电动机供电 3 辅助线圈用来给辅助电机等设备供电 4 励磁线圈在电阻制动时给电动机提供励磁电流 5 列车供电线圈向列车提供电源 45 2019 12 23 四 牵引电动机ss8型电力机车共有4台直流串励牵引电动机分别安装在前后2台转向架上 通过驱动齿轮与轮对车轴相连 同电力传动内燃机车一样 机车在牵引状态时 牵引电动机将电能转换为机械能 驱动机车运行 当机车在电阻制动状态时 牵引电动机将列车的机械能转换为电能 产生列车的制动力 有关直流串励电动机的特点在第八章已有介绍 在此不再赘述 牵引电动机 46 2019 12 23 五 变流装置变流装置是ss8型电力机车的主要部件之一 它主要由大功率整流管 晶闸管和其他附件组成 1 机车在牵引工况运行时 主电路的整流和相控调压 及作为无级磁场削弱的分路开关 2 机车在电阻制动工况下 提供连续可调的励磁电源以调节机车制动力和提供加馈制动力电源以低速时增加制动力 在ss8型电力机车上变流装置由两套相对独立的单元组成 分别向相应转向架上两台并联的牵引电动机供电 变流装置 47 2019 12 23 六 平波电抗器经变流装置整流后的输出电压是脉动电压 由于脉动电压在牵引电动机电路中产生脉动电流 脉动电流会影响牵引电动机的换向 而牵引电动机自身的电感很小 不足以将电流滤平到允许的脉动范围内 所以要求在牵引电动机电路中串接平波电抗器 ss8型电力机车在牵引电动机的四条支路中分别串有一个平波电抗器 用以抑制该支路中谐波电流分量 改善牵引电动机的换向 48 2019 12 23 七 司机控制器司机控制器是司机用来操纵机车运行的控制电器 司机利用它来控制电路中的低压电器 从而控制主电路中的电气设备 ss8型电力机车每端司机室都装有一台主司机控制器 一台调车控制器 又称辅助司机控制器 和一台电空制动控制器 司机控制器 牵引电器 tks31型司机控制器外形与结构 49 2019 12 23 第二节电力机车工作原理 电力机车将从牵引供电系统获得的电能 通过电力机车上各种电机 电器及机械设备转化为机械能即机车的作功能力 电力机车上各种电机 电器设备在电力机车工作时 按其功能和电压等级分别组成几个独立的电路系统 即主电路 辅助电路和控制电路 一 主电路主电路是产生机车牵引力和制动力的电气设备电路 它主要由受电弓 主断路器 主变压器 整流调压装置 平波电抗器 牵引电动机及有关高压电器组成 它将从接触网上吸取的电能转变为牵引列车的机械能 50 2019 12 23 ss8型电力机车主电路的主要特点如下 第一 主传动采用串励脉流电动机驱动 牵引电动机的速度采用端电压无级调压和无级磁场削弱的方式进行调速 第二 电压调节采用三段半控桥相控整流无级调压 磁场削弱采用晶闸管分路的无级调节 因而机车在整个调速区内调节均是无级的 第三 牵引电动机的供电按转向架独立供电 即一组整流器对同一转向架的两台并联牵引电动机供电 当一组整流器故障时 可保持机车1 2的牵引力 当一台电机故障时 保持机车的3 4的牵引力 第四 采用加馈电阻制动 在低速运行时 机车可以有较大的制动力 第五 主电路中设有各级电流的短路和过载保护 过电压 接地及小齿轮弛缓等保护 51 2019 12 23 牵引工况电路简化原理图 52 2019 12 23 一 机车启动1 确认机车状态良好 库用转换开关置于运行位 关好车顶门 关好高压室门 变压器室门 高压柜门 将全部钥匙插入钥匙箱内 按下前或后受电弓按键开关 前或后受电弓升起 2 确认全车所有司机控制器处于 0 位 主断路器本身处于正常开断状态 劈相机按键处于断开位 主断路器风缸压力大于450kpa 按下 主断合 按键开关 主断路器闭合 此时接触网导线上的25kv单相交流电经受电弓 主断路器 进入主变压器的网侧 高压 线圈a x 经车体 轮对 钢轨 大地流回牵引变电所 主变压器的各低压线圈都有了感应单相交流电压 3 按下 劈相机 按键开关 劈相机启动 为其他辅机工作做好了准备 4 按下 压缩机 按键开关 空气压缩机开始工作 5 按下 通风机 开关 各类风机开始启动工作 6 将主司机控制器转换手柄转置 前 或 后 位 将调速手轮顺时针旋转离开 0 位并置于 牵引 区域 此时1qs 2qs 3qs 4qs及1km 2km 3km 4km闭合 牵引电动机主回路构成 机车启动 53 2019 12 23 二 机车调速ss8型电力机车是无级调速的全相控机车 它的调速控制主要是由无接点控制电路 微机控制电路 来完成的 调速手轮由机械零位顺时针旋转作为牵引控制 级位由0 18级 每一级代表速度间隔10km h ss8型电力机车采用无级磁场削弱 没有设专门的i ii级磁场削弱控制级 而是已经包括在18级内 机车的速度给定信号由司机控制器输出 当司机转动调速手轮时 速度给定信号及相应的电流给定信号随之改变 并将给定信号输入微机控制系统 微机根据信号的大小 对机车速度及牵引电动机电流实施控制 调节机车速度其实就是调节牵引电动机的转速 调节牵引电动机转速是通过调节牵引电动机的端电压来实现的 而牵引电动机端电压的调节是通过主变压器的牵引线圈的投入与晶闸管相控角的变化来达到调整主整流器的输出电压的目的 当整流调压装置输出电压达到最高值后 要求机车继续加速时 与电力传动内燃机车相同 电力机车也采取减小牵引电动机励磁线圈的励磁电流即磁场削弱的方法 使牵引电动机转速继续提高 ss8型电力机车整个调节过程是无级调节 54 2019 12 23 三 电阻制动电力机车的电阻制动与电力传动内燃机车相同 利用直流电机的可逆性 将串励直流牵引电动机切换为他励发电机 ss8型电力机车在电阻制动时将四台牵引电机的励磁线圈串联起来 电枢电路串入制动电阻5r 8r 由主变压器的励磁线圈a5 x5输出单相交流电再经整流后向牵引电机励磁线圈供电 如图9 9所示 牵引电机转子随机车车轮转动电枢线圈中产生感应电动势 在电枢电路中产生电流经制动电阻 使电阻发热 将列车的动能转变为电能 又将电能转变为热能消耗掉 在实施电阻制动时 将司机主控制器手轮置于 0 位 再将换向手柄置于 制 位后 将手轮逆时针转动置于 制动 区域 机车开始处于电阻制动工况 55 2019 12 23 图9 9制动工况简化电路图 56 2019 12 23 二 辅助电路为了保证电力机车的正常运行 机车上有许多为主电路电气设备服务的各种辅助设