电力机车概论课件

电力机车概论电力机车概论12022/12/292绪论世界电气机车发展史

1825年，英国建立了第一条铁路。1879年5月31日在德国柏林的世界贸易博览会上，由西门子公司和哈克斯公司展出了世界上第一条电气化铁路，迄今已有130年的历史。20世纪60年代，世界上第一条高速电气化铁路----东京到大阪的新干线在日本建成。到20世纪80年代，法国和德国先后建成了时速超过300公里的高速电气化铁道。2022/12/292绪论世界电气机车发展史2022/12/293中国电气机车发展史

1961年8月15日，我国第一条电气化铁路宝成线（宝鸡—凤洲段）正式通车，从此揭开了中国电气化铁路的序幕。1998年5月，广深线成为中国第一条准高速电气化铁路，时速为200公里。2006年京沪线开始施工，设计时速350公里。2022/12/293中国电气机车发展史2022/12/294牵引网供电制式

按牵引网供电电流制式，可分为：直流制、低频单相交流制、工频单相交流制2022/12/294牵引网供电制式

按牵引网供电电流制式，2022/12/295供电制式直流制特点：电力机车构造简单；接触网电压受限制(牵引电机端电压)→初期3.3kV/6.6kV→接触网复杂、供电距离短→变电所密度大→造价高；但对铁路沿线通讯干扰小。用于地铁、城市交通轻轨运输系统、工矿运输系统。低频单相交流制采用25Hz或162/3Hz低频电压（减轻牵引电机的换向负担）。实现方法：变频或建低频发电厂。牵引变电所的设备和运行管理复杂。2022/12/295供电制式直流制2022/12/296工频单相交流制特点：变电所简化；电压提高（25kV)；牵引变电所间距增大；电力机车功率提高，可实现高速重载；能源直接取自电力网。优点：电力系统供电功率大，速度高，起动快，过载能力强，输送能力大；可充分利用多种能源，能源利用率高，运费低（运营费用低，劳动生产率高）；不污染环境。缺点：一次性投资高；设备复杂；对通讯线路产生干扰；对电力系统产生谐波干扰和不对称影响2022/12/296工频单相交流制2022/12/297电力牵引供电系统

电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能，通过变压，变相后，向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。2022/12/297电力牵引供电系统电2022/12/298

分区亭设于两个牵引变电所的中间，可使相邻的接触网供电区段实现并联或单独工作。

开闭所，是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中变电站的下一级。其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。当然，区域变电站也具有开闭所的功能。但需明确的是，开闭所是区别于变电站而言的。在铁路电力系统中，开闭所（sub-sectionpost）牵引网有分支引出时，为保证不影响电力牵引安全可靠供电而设的带保护跳匣断路器等设施的控制场所。多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。2022/12/298分区亭设于两个牵引变电所的中间2022/12/2992022/12/2992022/12/2910国家干线电力机车的技术发展从试制引燃管电力机车到生产硅整流器和晶闸管机车SS11958年和1960年试制出两台交-直电力机车，是参照国外一种新试制而未经考验的引燃管机车，结合我国铁路情况设计的。1960年参加宝秦段通电试车，机车工作不可靠，主要为上引燃管容易出现逆弧现象，调压开关工作不稳定。经两次改进和线路运行考验后，在004号机车上用硅整流器成功地代替引燃管后，经过运用和鉴定，从008号机车起小批量生产，适应了当时电气化铁路的需要。又经过几次重大改进，根据需要，产量逐渐扩大。这种SS1型机车是我国第一种主型电力机车。到1988年停产，共生产了826台。2022/12/2910国家干线电力机车的技术发展从试制引燃2022/12/2911SS21969年曾制造过一台SS2型机车，采用高压侧调压开关和低压全H级绝缘牵引电动机，后来成为科研性试验车，如晶闸管、他励电机等都先在该车上试用试验。SS3国内制成晶闸管后，电力机车上先将它用于SS1型机车的调压开关的级间平滑过渡，提高了机车可靠性。在8个电压级上运行时功率因数和谐波干扰仍保持原二级管整流机车水平。电子控制系统有恒流限压特性，一些新技术先在SS1型机车上试验，1978年试制出第一台这种改进型机车，称SS3型。到1992年共生产了689台，以后生产改进的SS3B型。2022/12/2911SS21969年曾制造过一台2022/12/2912SS3B该车为株厂2002年为中国铁道部开发的一种新型重载货运电力机车，由两节完全相同的6轴电力机车通过内重联环节连接组成的12轴重载货运电力机车，每节车为一完整系统。机车的每节机车装有一台牵引变压器，两台整流器，每台整流器给三台并联的直流牵引电机供电，每台牵引电机在故障情况均可单独隔离，保证其他电机正常工作，以提高机车的利用率。2022/12/2912SS3B该车为株厂2002年2022/12/2913技术发展和新型电力机车80年代后期，晶闸管电力机车技术又有发展，其中由于电力电子控制技术进展较快，我国除自动研究开发外，还吸收了一些国外先进技术。在购买技术性能好的8K型（8K型电力机车是中国铁路引进的双机重联8轴大功率干线货运用电力机车。8表示接车轴数，K表示采用可控硅二极管整流装置。8K是法国阿尔斯通（ALSTHOM）公司专门为中国铁路设计制造的，中方参与了8K型机车设计。机车时，与国外工厂合作在国内制造两台，达到同样技术水平。有10多种部件得到了技术转让，也吸收了一些大部件中一部分先进的设计和工艺。一些引进的技术，经消化后已用于国产新兴机车和改进型机车上。2022/12/2913技术发展和新型电力机车80年代后期2022/12/2914SS4SS4型晶闸管机车于1985年试制，取消了调压开关。机车为8轴，额定功率为6400KW，每轴的功率、牵引力、电制动力都比SS1和SS3大，适合牵引重载列车。牵引电动车采用合理的较低电压和改进的绝缘系统。受电弓改用单臂型。主断路器改用真空型。但是运行后发现问题较多，与国外同类型机车相比，技术档次较低，故开始研制SS4B。电力机车选修教程2022/12/2914SS4SS4型晶闸管机车于192022/12/2915

后来，制造的电力机车有SS5型（最高速度140km/h，带再生制动）、SS8型（170km/h）、SS6型（1500V牵引电动机）、SS6H型（1020V牵引电动机）、SS7型（B0-B0-B0轴式、全叠片电机）。改进型的电力机车有SS4G和SS4B、SS3G型。使用的新技术有：特性控制（多级恒流起动、准恒速运行）、防空转防滑行装置、加馈电阻制动、功率因数补偿、牵引电动机用全H级或H/C级绝缘、轴重转移电气补偿、空心轴传动等。电力机车选修教程2022/12/2915后来，制造的电力机车有SS5型（2022/12/2916后期的技术发展SS8韶山8型电力机车是"八五"期间国家重点科技攻关项目，由株洲电力机车厂于1994年研制成功，它的成功填补了我国快速客运电力机车的空白。随着电气化铁路的不断发展，韶山8型电力机车目前成为我国快速客运的主型机车。韶山8型电力机车曾创造了中国铁路机车的最高速度240km。电力机车选修教程2022/12/2916后期的技术发展SS8韶山82022/12/2917SS9SS9型六轴干线大功率准高速客运电力机车是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。

持续功率4800kW、最大功率5400kW，Co-C。轴式、牵引工况恒功速度范围为99-160km／h，最高速度为170km／h。机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联，无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速。机车采用恒流准恒速的特性控制方式，装有防空转／滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。采用LCU逻辑控制单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能。电力机车选修教程2022/12/2917SS9SS9型六轴干线大功率准2022/12/2918近期的技术发展交流传动车1996年，AC4000型交流传动电力机车成为中国第一台交流传动电力机车。KZ4A型机车是株厂2001年11月研制的交流传动高速客运电力机车。该型机车试用于哈萨克斯坦共和国的铁路干线，最高时速可达210km/h。机车在研制过程中坚持了先进、成熟、经济、适用、可靠的原则。首台样车于2004年3月12日剪彩下线。乌兹别克斯坦机车是株州机车厂参与国际市场竞争中标的又一国际项目。电力机车选修教程2022/12/2918近期的技术发展交流传动车电力机车选2022/12/2919DJ型号交流传动电力机车是我国第一台具有自主知识产权的商用型交流传动电力机车。主要用于既有干线客运牵引和高速专线牵引，是一种能覆盖普速、快速、高速区段的通用型号客运电力机车。空气制动系统采用DK1电空制动系统,电制动采用再生制动，其牵引、制动工况功率因数接近1，比传统相控机车接触网电流可降低20%，功耗减小50%

。电力机车选修教程2022/12/2919DJ型号交流传动电力机车是我国第一台2022/12/2920电力动车组1、中华之星列车最高运营速度可达270km／h。由2节动力车和9节拖车组成。动车组采用交一直一交电力牵引方式。应用在秦沈线，投资1.3亿人民币。运行了53.6万公里。2、蓝箭2000年研制的交流传动高速电动旅客列车组3、大白鲨

DDJ1型200km/h高速动车组

4、“中原之星”动车组为动力分散型、交流传动电动车组，首列动车组于2001年10月生产下线。目前，配属郑州铁路局，在郑武线上运营。电力机车选修教程2022/12/2920电力动车组1、中华之星列车最2022/12/2921HXD1株洲机车厂西门子技术转让2（B0-B0）HXD2大同机车厂阿尔斯通技术装让2（B0-B0）HXD3大连机车厂东芝技术转让C0C0电力机车选修教程2022/12/2921HXD1株洲机车厂西门子技术转2022/12/2922电力机车的组成及机械部分的组成和作用

一、电力机车的组成电力机车由电气部分、机械部分和空气管路系统组成。电气部分包括牵引电动机、牵引变压器、整流硅机组等各类电气设备。通过它们把取自接触网的电能转变为机械能，同时实现对机车的控制。机械部分包括车体、转向架、车体和转向架的连接装置和牵引缓冲装置。空气管路系统包括风源系统、制动机管路系统、控制管路系统和辅助管路系统。电力机车选修教程2022/12/2922电力机车的组成及机械部分的组成和作用2022/12/2923二、电力机车机械部分的组成及各部分的作用1、车体——是电力机车上部车厢部分，可分为：（1）司机室：乘务人员操纵机车的工作场所。（2）机器间：用于安装各种电气和机械设备。2、转向架——是机车的走行部分，是电力机车机械部分中最重要的部分，主要有：（1）构架：是转向架的基础受力点，也是各种部件的安装基础。（2）轮对：是机车在线路上的行驶部件，由车轴、车轮和传动大齿轮组成。电力机车选修教程2022/12/2923二、电力机车机械部分的组成及各部分的2022/12/2924（3）轴箱：用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装轴承等。（4）轴箱悬挂装置：也称一系弹簧。缓冲轴箱以上部分的振动，减少运行中的动力作用。（5）齿轮传动装置：通过降低转速，增大转矩，将牵引电动机的功率传给轮对。（6）牵引电动机：将电能变成机械能转矩，传给轮对。（7）基础制动装置：是机车制动机制动力的部分，主要由制动缸、传动装置、闸瓦等组成。电力机车选修教程2022/12/2924（3）轴箱：用以固定轴距，保持轮对正2022/12/29253、车体与转向架连接装置也称二系弹簧悬挂，设置在车体与转向架之间。4、牵引缓冲装置牵引装置即指车钩，它是机车与列车的连接装置，为了缓冲连挂和运行中的冲击，还设置有缓冲器。1、一系悬挂2、车体3、二系悬挂4、转向架构架5、轴箱电力机车选修教程2022/12/29253、车体与转向架连接装置1、一系悬挂2022/12/2926我国主要电力机车的介绍电力机车选修教程2022/12/2926我国主要电力机车的介绍电力机车选修教2022/12/2927几种电力机车参数比较车型项目SS3BSS4GSS7SS8SS9制造年代19921993年1996年1997年2001年机车总重量138t184

t138t88t126t轴重23t23t23t22t21t轴列式C0-C02(B0-B0)B0-B0-B0B0-B0C0-C0机车功率（持续制）4320kW6400kW4800kW3600kW5400kW机车最大速度100km/h100km/h100km/h170km/h170km/h机车持续速度48km/h51.5km/h44km/h100km/h99km/h起动牵引力490kN628kN485kN210kN286kN持续牵引力316.7kN436.5kN351kN126kN169kN车钩中心线距21416mm2×16416mm22016mm17516mm22216mm电力机车选修教程2022/12/2927几种电力机车参数比较车型SS3BSS2022/12/2928

第一章牵引力第一节力的概念外力：把来自列车以外的物体作用于列车的力称外力。内力：组成列车的各单元即车辆之间的相互作用力成内力。内力总是成对出现，不改变物体的运动状态。总之，列车运行过程中，作用于列车上的外力，有牵引力、重力、阻力、制动力。电力机车选修教程2022/12/2928第一章牵2022/12/2929从运行状态分：机车带电运行---------牵引力和阻力作用于列车机车带电惰行---------阻力作用于列车机车制动运行---------制动力和阻力作用于列车2022/12/2929从运行状态分：2022/12/2930第二节粘着当一个物体受到外力时，随着外力的加大，这个静止的物体与支撑物之间的静摩擦力也跟着加大，直到外力超过静摩擦力的最大值，物体的静止状态被破坏。此时，物体在外力作用下，沿着支撑物表面开始滑动。我们把整个过程分为潜动阶段和滑动阶段。在机车轴荷重的情况下，当动轮压在钢轨上静止不动时，在轮轨的接触点处，也有静摩擦力存在。2022/12/2930第二节粘着当一个物体受到外2022/12/2931分析：当外力F作用于钢轨时，钢轨给动轮反作用力F’，F力图使动轮沿着钢轨滑动，在潜动阶段，这个外力就被轮轨之间，接触面的高低不平的机械弹性变形和分子间的相互作用力所平衡。因而，不会发生滑动，而只产生弹性变形。通常，我们把这种阻止轮轨之间相对滑动的静摩擦力称为粘着力，这时的状态称为摩擦粘着。2022/12/2931分析：当外力F作用于钢轨时，钢轨给动2022/12/2932如果外力不断加大，超过了粘着力，其结果轮轨接触处的弹性变形力，分子相互吸引力再也平衡不了外力，轮轨之间，进入滑动阶段。此时称为滑动摩擦，其阻力称为滑动阻力。当动轮相对钢轨滑动后，由于滑动摩擦阻力总小于静摩擦力，因而产生空转。2022/12/2932如果外力不断加大，超过了粘着力，其结2022/12/2933空转的危害：造成列车运缓；造成电机环火；磨坏钢轨。例如，曾发生过一起长10公里的区间运行56分钟的运缓事故。重则造成电机环火，甩绑线、砸坏钢轨的严重后果。如某年冬，在某车站启动列车时，由于机车长时间的空转，结果机车轮对下面的钢轨被磨坏，造成报废的事故。除此之外，还会擦伤轮箍踏面，导致机车某些紧固部件的松动，引起机车某些装置的震动，从而影响机车使用寿命。2022/12/2933空转的危害：造成列车运缓；造成电机环2022/12/2934在日常分析研究粘着现象时，把作用于动轮的外力和动轮、钢轨间的粘着力相平衡的临界瞬间，称为“始动瞬间”。此时的粘着力成为极限粘着力。结论：在任何时候，机车动轮所能实现的牵引力不能大于轮轨间的极限粘着力。2022/12/2934在日常分析研究粘着现象时，把作用于动2022/12/2935机车每个动轮的粘着力：F=1000φG公斤———————————（1-1）F————粘着力Ф————粘着系数G————机车动轮轴重吨要点：粘着力近似的可以认为与轮轨之间的静摩擦力相等。但它并不是静摩擦力。还和很多因素有关。世界上很多人在研究。粘着力与滚动摩擦毫无关系。更不能认为粘着牵引力由滚动摩擦产生的。2022/12/2935机车每个动轮的粘着力：2022/12/2936第三节牵引力的形成电机电枢上的电磁转矩是内力，并不能使机车运动2022/12/2936第三节牵引力的形成电机电枢上2022/12/2937电力机车，同其他形式的机车一样，实际上都是把一种输入能量变换成牵引力做功的机械装置。就直流电机来说，它通过机车受电弓，保有接触网供给的能量输送给牵引电机，由牵引电机再把电能转换成机械能，借助于机车动轮和钢轨的粘着作用进一步转变为动轮周上的外机械功，以驱动机车。无论是直流还是交流电力机车，其能量都由变电所供给，故其容量可以说是足够大的，因而机车所发挥得牵引力，主要还是受限于能量转换部分的工作能力。对应这些限制，电力机车的牵引力可分为：牵引电动机牵引力：即按牵引电动机的容量所得到的牵引力。粘着牵引力：由于在机车动轮与钢轨间一定的粘着条件下，只能把一定的内力转变为外力，所以，在通常把手粘着状态限制所得到的牵引力称为粘着牵引力。2022/12/2937电力机车，同其他形式的机车一样，实际2022/12/2938第四节电力机车的力传递过程中的三种主要牵引力在电力机车上，机械功的传递可分为三个主要的连续阶段。首先，通过牵引电动机把从接触网上所获得的能量转换为电动机轴上的输出转矩。其次，通过齿轮传动装置，经动轮作用与钢轨上，并由钢轨作用与动轮产生轮周牵引力。最后，经机车的有关机械装置传递而作用于车钩，以牵引列车。我们仅采用轮周牵引力来分析和计算。2022/12/2938第四节电力机车的力传递过程中的2022/12/2939第五节粘着系数对于电力机车来说，机车所能发挥的最大牵引力受限于牵引电动机的牵引力和机车轮轨之间的粘着牵引力。但是，大容量的牵引电动机可以满足人们提高牵引力的需要。故机车所能发挥的最大牵引力，实际上受限于粘着牵引力。因此，如何提高机车的粘着牵引力，就成为一个很重要的问题。2022/12/2939第五节粘着系数对于电力机车来说2022/12/2940机车每个动轮的粘着力：F=1000φG公斤————（1-1）F———粘着力Ф——粘着系数G———机车动轮轴重吨由上可知，要增加粘着力，一方面可以利用增加机车动轮轴的荷重，另一方面，可以借助于提高轮轨间的粘着系数来实现。但是，对于机车来说机车动轴荷重是一个常数，新设计的机车，轴重增加过多时，加大成本，并使机车结构复杂化，还提高了对线路的要求。因此，尽可能提高轮轨间的粘着系数，借以充分发挥机车牵引力，是机车运用部门的切实可行的办法。2022/12/2940机车每个动轮的粘着力：2022/12/2941已知知识：粘着力即机车沿钢轨运行时，阻止机车动轮相对钢轨滑动的一种摩擦阻力。粘着系数就是钢轨在摩擦粘着状态下的一种摩擦系数，它近似于钢轨间的静摩擦系数。所以如此，这是因为即使在机车动轴荷重，轮轨接触面状态一定的条件下，粘着系数并不是一个常数，它还受轮轨的材质、机车运行速度等因素的影响在变化着。2022/12/2941已知知识：粘着力即机车沿钢轨运行时，2022/12/2942影响粘着系数的几种主要因素粘着系数与材质的关系：随着轮轨材质的不同，粘着系数也不同。材质硬度大时，降低了轮轨接触面的弹性变形力，因而粘着系数明显下降。反之，接触面间材料的弹性越好，粘着系数也越大。粘着系数与接触面间状态的关系：从实际运行中可以知道，潮湿、降雾、霜、小雨及当轨面有油污、冰霜等不清洁时，粘着系数将减小，适时、适量的撒沙，将提高粘着系数，大雨后，由于钢轨表面的清洁，粘着系数将增加。2022/12/2942影响粘着系数的几种主要因素粘着系数2022/12/2943粘着系数与运行速度的关系：速度低时，由于轮轨间接触点的持续时间相对要长一些，因而粘着系数较大，当速度提高后，由于机车震动和摇摆程度的加剧，使轮轨接触状态变坏，从而使粘着系数降低。粘着系数和其他因素的关系：理论分析和实践证明，因机车整备不良；牵引列车时翻车力矩的影响，或制动时，制动力的影响等造成的机车轴重不平衡，以及运行中动轮相对于钢轨不可避免的纵向或横向硬性滑动的存在，都将使粘着系数减小，而且，速度越高，这种影响愈大。2022/12/2943粘着系数与运行速度的关系：速度低时，2022/12/2944综上所述：影响粘着系数的因素不仅是诸多的，而且随时随地变化的，因而不可能有一个准确的、包括诸多影响因素的计算公式来计算它，通常在结算机车运行问题时，所采用的计算粘着系数石油多次实验方法来求出的，其数值约在0.35-0.25之间变化。

2022/12/2944综上所述：影响粘着系数的因素不仅是诸2022/12/2945第六节提高机车粘着牵引力的措施方法有三种：改善不良粘着情况；挖掘粘着潜力；缓和粘着力超限的影响。2022/12/2945第六节提高机车粘着牵引力的措施方法2022/12/2946改善不良粘着情况采取在轮轨间撒入有一定要求的沙子（颗粒大小、成分、硬度、湿度）。缺点：A、在高速的情况下，效果较差，甚至无效。B、在严霜、降雪、落叶和钢轨有油垢的情况下，效果较差，甚至无效。C、沙子不良、天气不好，往往导致撒沙器工作不可靠。D、增加了轮、轨间的磨耗和列车阻力。E、影响通讯、信号轨道电路的正常工作。F、选用理想的沙子往往价格昂贵。使用化学除垢剂，有效的溶解和清除污垢，并且要避免在钢轨上留下润滑层。利用电弧，将附着在钢轨上的油垢烧掉。采用机械的方法，如金属刷、蒸汽或水的喷射器等，除去轨面上的油腻、尘土或水泥形成的特殊粘层。2022/12/2946改善不良粘着情况采取在轮轨间撒入有一2022/12/2947挖掘粘着潜力的方法必须使机车经常保持有良好的技术状态：不仅是同轴的两个动轮，而且尽可能保持所有的动轮具有相同轮径，各动轮轴均有均衡的荷重。各牵引电机应具有尽可能相近的特性曲线等。应保持机车行走部的清洁。特别是注意要调整好轮缘喷油器的喷头角度，以防止将油喷至动轮踏面上。在起车和运行中，通过曲线、隧道地段时，应预先做好准备，及时、适当的撒沙。对于新设计机车来讲，采用长轴距、牵引电机全悬挂，或将一台转向架的动轮轴机械地连接起来，以改善机车荷重的分配状态，在允许范围内，采用最小的轮箍锥度。减少机车的簧下重量等，都有利于粘着力度提高。2022/12/2947挖掘粘着潜力的方法必须使机车经常保持2022/12/2948缓和粘着力超限的影响无论是在列车启动，还是在运行中，只要发生了空转，就说明此时瞬间牵引力超过了极限粘着力。但如果片面的加强调机车安全、可靠的工作，不发生空转，而过多地降低牵引力，则非但不能发挥机车的牵引力，而且会使速度急剧下降，空转更加严重，以致造成途停。所以，正常情况下，可行的办法是，尽可能使机车以极限粘着牵引力工作，最大限度的发挥机车牵引力。在机车结构上，采用了弹性传动装置，它在粘着力瞬间超限时，有助于恢复正常粘着力。还有的装设专门手把或按钮操作的抗滑制动闸，滑行一旦出现，立即实施制动，以防止机车持续空转。2022/12/2948缓和粘着力超限的影响无论是在列车启动2022/12/2949但是，上述装置的作用并非完全理想。因而，SS4B机车上，装置自动防空转检测装置。当某轴发生空转后，采用高性能的光电速度传感器检测空转、滑行信号，该监测装置收到信号后，经处理后，随机发出指令，先撒砂，以增加粘着。若空转依然存在，则装置使电机自动减载，使机车恢复粘着，消除空转或滑行。综上所述，显然可行的办法只有保持机车良好的技术状态，特别是撒沙器的作用良好，起车不要过猛，运行中精心的操纵，当通过曲线或潮湿的隧道时，及时、适当的散沙，或减少牵引力，以防发生空转。过后迅速恢复牵引力，避免降低速度。在直线和干燥的线路上，则应增加牵引力，提高速度，才能良好的完成运输生产任务。2022/12/2949但是，上述装置的作用并非完全理想。因2022/12/2950第二章直流电力机车的牵引特性引言：电力机车的牵引力是由机车牵引电机引起的，经钢轨沿机车运行方向上作用于动轮轴上的切向外力。在机车实际运行时，机车内部状态和外部条件是经常变化的，因而机车所能发挥的牵引力、运行速度，也都是经常变化的。这些不同的情况下，机车发挥的效能是不同的。对同一台机车来说，在各种条件下功率发挥的情况，主要决定于它的牵引特性。2022/12/2950第二章直流电力机车的牵引特性引言：2022/12/2951第一节概述定义：机车的牵引特性：就是指机车的牵引力和运行速度之间的关系。这一关系主要由机车的内部结构来固定。一台机车制成后，其牵引特性就固定下来了。不同机车有不同的牵引特性。但是，对某一类型的机车来说，决定其牵引特性的因素是很多的。但是，从根本上确定和影响机车牵引特性的主要因素仍是牵引电动机本身的特性。所以，我们先从最简单的直流电力机车开始。2022/12/2951第一节概述定义：机车的牵引特性：2022/12/2952第二节牵引电动机的电气特性直流电流机车的简单原理如图，直流电流经接触网（或接触轨）经受电弓（或其它受流器）导入，再经断路器、调压电阻、牵引电动机、钢轨流回变电所。牵引电动机接通电源旋转，通过传动装置驱动牵引列车运行。由此可见，在直流电力机车中，牵引电动机是主要的部件，它由接触网获得的电能转变为机械能，产生牵引力牵引列车运行。由此，直流电力机车的工作特性就决定于牵引电动机的工作特性。2022/12/2952第二节牵引电动机的电气特性直流电2022/12/2953一、直流电机的转速特性电机的转速特性，是指电机转动的速度与电机负载电流之间的关系。根据电机学中的分析，直流电机的反电势E为：E=nCeФ其中：n为电机转速。Ф为电机主极每极的有效磁通韦伯Ce为电机的结构常数，它与电机的本身结构有关。Ce=PN/60aP为电机极对数a为电枢绕组支路对数N为电枢导体数根据电压平衡关系可知E=u-IRI-----电枢电流AR-----电枢回路电阻Ωu------电机端电压V根据上式可得电机转速公式n=(u-IR）/CeФ2022/12/2953一、直流电机的转速特性电机的转速特性2022/12/2954由n=(u-IR）/CeФ可以看出，当电机负载一旦发生变化，即电枢电流I发生变化时，电机的转速按上式也要发生相应的变化。但这一变化比较复杂，因为还包括了磁通这一个量。由于磁通量的改变是由励磁电流来决定的，并按照磁化曲线而变化。因而对于不同励磁的电机，当负载电流变化时，磁通的改变是不同的。所以，电机的转速公式仅用于定性分析，不用它来计算。实际上常用的是转速特性曲线。转速特性曲线是用实验或计算的方法求出在各种负载下的转速，然后把它们绘制在坐标图上而得到的一些曲线。2022/12/29542022/12/2955三种典型的直流电机特性曲线2022/12/2955三种典型的直流电机特性曲线2022/12/2956对于串励电机来说，其励磁电流与电枢电流是相同的。因而当电枢电流增加时，励磁电流也同样增加，在电流较小，电机磁路不饱和，磁通于电枢电流的变化成正比关系，其结果是磁通增加。同时，随着电枢电流的增加，电枢回路的电阻压降也随之增加。由n=(u-IR）/CeФ可以看出，电机端电压不改变的条件下，随着电枢电流的增加，将使转速急剧下降。此后，随着电流的不断增加，电机磁路亦愈趋饱和，其磁通不再随电流的增加而成比例的增加，于是电机转速下降趋势变慢。最后尽管电枢电流仍然增加，而磁通几乎不再增加，则速度的变化也就愈小。故串励电机则具有了如图形状的转速特性曲线。其他几种特性曲线不再讨论。2022/12/2956对于串励电机来说，其励磁电流与电枢电2022/12/2957二、直流电机的转矩特性电机的转矩特性是指电机的电磁转矩与电枢负载电流之间的关系。根据电机学的分析，直流电机的转矩M=CmФIФ-----主极每极有效磁通I-------电枢负载电流Cm------电机结构常数，它仅与电机结构有关。在M取为牛顿米为单位时，Cm=PN/2πa，若M用公斤米作单位时，Cm=PN/9.18*2*π*a同样，转矩特性也常用特性曲线来表示，对串励电机来说，在电流较小时，随着电流增加，磁通也近似成正比的增加，所以此时M近似于电流的平方成正比，因而曲线近似成一抛物线，在电流较大时，随着电流增加，电机磁路饱和，磁通的变化很小，转矩M近似于电流成正比，曲线近似为一直线。2022/12/2957二、直流电机的转矩特性电机的转矩特性2022/12/2958第三节串励、它励牵引电机的特性在电力牵引中，并非所有电机都可用作机车的牵引电机，这是由于牵引电机的特性必须满足电气稳定性和机械稳定性。对各种励磁方式的电机进行分析，可以知道，复励电机不具有这两个稳定性，并励电机只在负载较小时，具有电气稳定性，显然这两种电机都不适合组牵引电机。一般干线上采用串励电动机。在小型电力机车采用加复励电动机（城市电车），也可采用可控硅调节励磁的它励电动机作为牵引电动机。这里仅对串励和它励电机的特性作一分析。2022/12/2958第三节串励、它励牵引电机的特性在2022/12/2959一、串励电动机的机械特性电机的机械特性是指当电机端电压固定不变时，转矩和转速之间的关系。我们可以得到电机的机械特性公式：

n=u/CeФ-RM/CeCmФ2串励电机的特点在于流过励磁绕组和电枢绕组的电流相同，因而，当负载变化时，磁通的大小也随之改变。串励电机的机械特性如图所示。2022/12/2959一、串励电动机的机械特性电机的机械特2022/12/2960分析：n=u/CeФ-RM/CeCmФ2当电机的端电压保持不变，在负载（I）较小时，电机磁路未饱和，磁通与电流成正比，因而随着负载增加，式中第一项u/CeФ下降，第二项近似不变（因为M正比于Ф2）所以电机转速随负载增加而下降，图中左半部分。当负载增加到一定程度使磁路饱和时，随负载继续增大，但磁通的变化已经甚微，公式中第一项不变，第二项M正比于电流I，故随着负载增加而增加，其结果使转速下降。但因电枢回路电阻很小，所以转速随着负载增加而下降的并不多。图中右半部分。2022/12/2960分析：n=u/CeФ-RM/CeCm2022/12/2961如果电机的机械特性曲线是一条标准的反比曲线（双曲线），那是最理想的情况，因为电机的功率等于转速（角速度）和转矩的乘积。即P=M*ω在这曲线的任意一点，功率都是不变的，如果设计功率为电机的额定功率，那么在任何情况下，电机都能发挥其功率。但实际上任何电机的机械特性曲线都不会是标准的双曲线，串励电机的机械特性曲线与双曲线相近，称之为软特性。正因为如此，在整条曲线中，只可能有一部分是电机的功率发挥得最好的区段，在通常情况下，设计在电机额定转速附近这一段。2022/12/2961如果电机的机械特性曲线是一条标准的反2022/12/2962总结：串励电机机械特性曲线非常适合电力牵引的需要，这有下面几个方面来说明。串励电机的起动转矩正比于负载的电流平方，起动转矩较大，这点正好满足了电力机车的起动的要求串励电机的机械特性是软特性，对于电力机车来说，负载是在经常大幅度的变化着，例如满载或上坡时，负载增大，这时电机转速下降较多，其输出功率P=Mω的增加就较小，不致造成电机过载；反之，当机车负载较小时，随着负载的减少，电机转速随之增加，输出功率P=Mω下降也就减少，所以在轻载时，也能较好的发挥机车的功率。

2022/12/2962总结：串励电机机械特性曲线非常适合电2022/12/2963串励电机是不允许空载或轻载运行的。而电力机车的情况正好满足这一要求，这是因为即使是一台单机，也是带上了一定的负载，所以不会造成电机的空载或轻载运行。所以，串励电机最适合做牵引电机。串励电机的软特性又称为牛马特性。2022/12/2963串励电机是不允许空载或轻载运行的。而2022/12/2964二、它励电机特性它励电机的特点在于励磁绕组和电枢绕组分别在两个独立的供电回路中，励磁绕组由另一单独的电源供电。因而从公式看n=(u-IR）/CeФ

，当电枢回路中负载电流改变时，励磁电流并不受影响，而是保持不变。由此产生的主极磁通也基本保持不变。所以当负载电流I变化时，速度的变化范围是很小的（如果考虑到电枢反应的影响，当负载电流增大时，磁通稍有下降，速度可能保持不变或稍有提高），再从电机转矩特性M=CmФI来看，在忽略负载的加大，电枢反应去磁作用增加的条件下转矩与负载电流的关系基本是一条直线。2022/12/2964二、它励电机特性它励电机的特点在于励2022/12/2965由于它励电机的转速随负载变化很小，因而它的机械特性（即机车的牵引特性）称为硬特性。由图可知，这种特性的自然调节能力是很差的，显然不能直接用于电力牵引。但是，我们可以利用自动控制技术对它励电机进行自动的、连续的外部调节，来满足牵引的需要。2022/12/2965由于它励电机的转速随负载变化很小，因2022/12/2966对它励电机的控制可分为两部分。假定把电机在额定电压和满磁场时的速度称为基本速度，在基本速度以下时（包括机车启动过程）用改变电机端电压的方法来控制。这时励磁电流为一较大的基本励磁电流，可以增大启动牵引力，而电枢电流保持不变，即使牵引力保持不变，这样可以实现电机平滑启动。当达到预先给定的速度值时，电枢电流自动减小，使牵引力与此时的阻力相平衡。机车维持这一速度运行。在基本速度以上时，则利用磁场进行控制。如果我们给定一个比基本速度较大的速度，当电机达到额定电压、机车达到基本速度后，将自动平滑的减小励磁电流（类似磁场消弱）进一步提高速度，以至达到我们给定的速度时，电枢电流将自动减小，使牵引力与阻力再次平衡，机车维持提高后的速度运行。这样一来，它励电机就有可能实现恒转矩启动和恒功率运行。其特性曲线如图。2022/12/2966对它励电机的控制可分为两部分。假定把2022/12/2967实现了自动控制的它励电机与串励电机比较起来，就具有更大的优越性。在机车启动时，可以实现恒转矩启动，在运行中可以实现恒功率运行，在转入电气控制时，不需要对励磁回路进行改接，而且还具有良好的防空转性能。当发生空转时，电机转速增加，对于相同的速度增量，串励电机和它励电机牵引力分别减少ΔF1和ΔF2，可见它励电机随着速度的微小变化，使相应轮对牵引力急剧下降，这就使粘着很快恢复，一般在轮对转动一圈就可以得到矫正。2022/12/2967实现了自动控制的它励电机与串励电机比2022/12/2968第四节直流电力机车的牵引特性我们讲了电机的一些特性，但在研究电力机车的运行中，所需要的是归算到机车的动轮轮缘的特性。电机的转速n应换算为机车的走行速度V，电机的转矩换算为轮周牵引力F。2022/12/2968第四节直流电力机车的牵引特性我2022/12/2969一、电力机车的速度特性机车的走行速度即为动轮踏面处滚动圆的线速度，由于牵引电机与动轮之间仅通过齿轮进行传动，因而机车的走行速度是与电机的转速成正比的，假设机车动轮踏面处滚动圆直径是D，齿轮传动比是μ，则机车的走行速度为：V=60πD/1000μ*n=60πD/1000μ*（u-IR）/CeФ公里/小时式中D、μ及Ce对于一台机车来说都是常数，我们可将这些常数合并起来，归纳为一个常数，将上式写成于电机转速公式相似的形式。V=（u-IR）/CФ公里/小时式中：C=1000μCe/60πD成为机车常数，它仅与机车本身结构有关。这就是机车的速度公式，其特性曲线与电机的转速特性曲线式相似的，只不过选取的坐标的单位与比例不同罢了。2022/12/2969一、电力机车的速度特性机车的走行速度2022/12/2970二、机车的牵引特性机车牵引特性是指机车的牵引乐于走行速度之间的关系。即：F=f(V)。在以至换算到轮轴后的速度特性和牵引力特性后，即可按公式推导出机车的牵引力特性。但是，这一过程比较复杂，而且由于公式本身应用较之不大，因而一般机车的牵引特性都是用曲线来表示的。2022/12/2970二、机车的牵引特性机车牵引特性是指机2022/12/2971第五节电力机车特性曲线的绘制绘制电力机车的特性曲线有计算和实验两种方法。在此不再赘述。2022/12/2971第五节电力机车特性曲线的绘制绘制2022/12/2972第三章整流式电力机车的牵引特性2022/12/2972第三章整流式电力机车的牵引特性2022/12/2973第一节整流式电力机车的整流线路整流式机车是采用单相交流供电，经降压、整流后，供给脉流牵引电机。它既采用了有利于远距离供电的交流供电方式，又具有直流机车的良好牵引性能，但却在机车内增加了降压、整流、滤波装置，而且由于机车内部工作条件的不良，使得对整流器的要求也较高。2022/12/2973第一节整流式电力机车的整流线路整流2022/12/2974机车的整流一般采用中点抽头式全波整流和桥式全波整流两种线路。中点抽头式全波整流线路原理如图。2022/12/2974机车的整流一般采用中点抽头式全波整流2022/12/2975桥式全波整流线路原理图2022/12/2975桥式全波整流线路原理图2022/12/2976中抽式与桥式整流线路比较起来，桥式整流线路具有较多的优越性。在牵引电机额定电压相同的情况下，由于中抽式线路中变压器低压绕组每半周只有一半绕组有电流通过，那么这一半绕组就需供给牵引电机以额定电压，而桥式整流线路整个低压绕组供给牵引电机以额定电压，所以，利用中抽式线路，将使变压器容量增加，尺寸、重量相应增加。桥式线路中整流器所承受的最大反向电压即为变压器低压绕组的最大值，其值为√2u2（u2为交流电压的有效值），而在中抽式线路中，整流器承受的最大反向电压为整个低压绕组的最大值，其值为2√2u2，较之桥式为高。由上述原因，故现代整流式电力机车一般均采用桥式整流线路。2022/12/2976中抽式与桥式整流线路比较起来，桥式整2022/12/2977SS4B整流电路为了降低电机的脉动，并控制电机电压，同时降低对电网的谐波污染，SS4B整流电路为三段不等分整流调压电路。为实现转向架独立控制方式，每节车采用二套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电。牵引绕组a1-b1-x1和a2-x2供电给主整流器70V，组成前转向架供电单元；牵引绕组a3-b3-x3和a4-x4供电给主整流器80V组成后转向架供电单元。其中各段绕组的电压为Ua2x2=Ua1x1=2Ua1b1=2Ub1x1=699.5V2022/12/2977SS4B整流电路为了降低电机的脉动，2022/12/29782022/12/29782022/12/2979三段不等分整流桥的工作顺序如下所述：首先投入四臂桥，即触发T5和T6，投入a2-x2绕组。T5、T6、D3和D4顺序移相，整流电压由零逐渐升至1/2Ud(Ud为总整流电压)，D1和D2续流。在电流正半周时，电流路径为a2→D3→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→D1→T6→x2→a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→D1→D4→a2→x2。当T5和T6满开放后，六臂桥投入。第一步是维持T5和T6满开放，触发T1和T2，绕组a1-b1投入。电源处于正半周时，电流路径为a2→D3→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→T2→b1→a1→D1→T6→x2→a2；2022/12/2979三段不等分整流桥的工作顺序如下所述：2022/12/2980当电流处于负半周时，电流路径为x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→a1→b1→T1→D4→a2→x2。此时，T1、T2、D1和D2顺序移相，整流电压在1/2～3/4Ud之间调节。当T1和T2满开放后，T1、T2、T5和T6维持满开放，并触发T3和T4、b1-x1绕组再投入。T3和T4顺序移相，整流电压在3/4Ud～Ud之间调节。当电源处于正半周期时，电流路径为a2→D3→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→T4→x1→a1→D1→T6→x2→a2；当电源处于负半周时，电流路径为x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→a1→x1→T3→D4→a2→x2。2022/12/2980当电流处于负半周时，电流路径为x2→2022/12/2981在整流器的输出端还分别并联了两个电阻75R和76R，其电阻的作用有两个：一是机车高压空载做限压试验时，作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时，能够吸收部分过电压。2022/12/2981在整流器的输出端还分别并联了两个电阻2022/12/2982第二节脉振电压下牵引电机的工作情况在整流器式机车中，单相交路经整流后，流入牵引电机的电压为一脉动电压。对这一脉动电压进行数学分析可以知道，它是由直流分量和一系列的交流分量组成的。其直流分量的大小相当于变压器次边有效值的0.9倍，而交流分量中最低次谐波为供电频率的两倍，随着谐波次数的增加，其幅值急剧下降，因而我们可以将高次谐波忽略不计，而把这一脉动电压视为一直流分量和一两倍频率的交流分量叠加起来的。如果线路是纯电阻性负载，则电流波形与电压波形是相同的。但是，电机本身是一感性负载，因而电流波形在一定程度上被敷平，不过由于负载的电抗毕竟是有限的，因而，电流不可能被完全敷平，仍有很大程度的脉动。2022/12/2982第二节脉振电压下牵引电机的工作情2022/12/2983通过牵引电机的这一脉动电流，也可以近似的人为它是由一个直流分量和一个两倍频率的交流分量迭加成的。由于牵引电机电流中存在有两倍频率的交流分量，因而对电机的工作产生了影响，一方面是电机严重发热，这是由于在具有相同直流负载的情况下，在脉动电机中铜损和铁损都比直流电机中要高，所以是电机发热增加，且效率降低。另一方面，由于交流分量的存在，在电机换向元件中产生交变电抗电势和变压器电势，使换向条件恶化，所以尽管脉流电机和直流电机在原理上是相同的，但在设计脉流电机是必须考虑这一特殊情况而予以特殊设计。2022/12/2983通过牵引电机的这一脉动电流，也可以近2022/12/2984由于脉动电流对牵引电机的工作是不利的，所以应尽量减小电流的脉动程度，除在设计制造牵引电机时，对电机本身采取一些措施外，在机车线路中还要采取一些方法来改善电机的工作条件。电流脉动的程度，可用脉动系数来表示，脉动系数为电流脉动量的一半与平均电流之比，即脉动系数K为：

K=0.5ΔiB/IB在电力机车中，可认为电机的反电动势为常数，如果忽略整流回路的电阻压降，则电机的反电势等于整流电压的平均值，在这种情况下，经过计算可知：K=0.33U/ωLIBU--------整流电压的有效值

ω-------供电频率

L--------平波电抗器的电感值第三节改善脉流电机工作条件的措施2022/12/2984由于脉动电流对牵引电机的工作是不利的2022/12/2985由K=0.33U/ωLIB可见，如果平波电抗器的电感为定值，那么随着负载的变化（IB）脉动系数也会改变。为了使牵引电机能可靠的工作，要求在负载广泛的变化时，脉动系数仍能保持不变，当机车工作在某一运行级时，整流电压U，供电频率都是不变的，由公式可知，要保证脉动系数为一定值，就需要时L*IB保持不变，即电感值对于负载电流平均值的变化为一双曲线，如图所示。2022/12/2985由K=0.33U/ωLIB可见，如果2022/12/2986在电力机车中采用具有铁芯的电抗器，能近似满足上述要求，当负荷较小时，铁芯不饱和，电感值大。当负荷大时，随着铁心饱和程度的增加，电感值逐渐减小。由于平波电抗器实际的特性曲线和双曲线有出入，如图中曲线2，因此脉动系数在一定范围为内有变动。在线路中串联一平波电抗器，以增加回路中的感抗，可以减小电流的脉动程度，从理论上讲，如果回路中的电感是无穷大时，电流就会没有脉动，完全成为直流，但实际上，由于重量、体积的限制，平波电抗器的电感不仅是有限的，而且也不可能很大，因而只能减少电流的脉动程度，而不会完全消除电流的脉动。2022/12/2986在电力机车中采用具有铁芯的电抗器，能2022/12/2987此外，还采用固定分路电阻的办法来改善脉流电机的换向条件。由于电机换向元件中的变压器电动势是由于主磁通的脉动而产生的，那么减少主极绕组中电流的交流分量就可以减小变压器的电势，为此在主极绕组上并联一电阻，如图所示，由于主极绕组和固定分路电阻比较而言，前者可以认为是一个无阻的电感，后者可以认为是一个无感的纯电阻。这样，电枢通过电流IB时，其中的交流分量大部分通过了分路电阻。而它的直流分量大部分通过主极绕组，结果是主极绕组中电流的脉动成分大大减少，从而降低了电机换向元件中的变压器电势。图中所示为SS4B中的情形。2022/12/2987此外，还采用固定分路电阻的办法来改善2022/12/2988SS4B电路2022/12/2988SS4B电路2022/12/2989第四节整流器式机车的牵引特性整流器式机车采用的脉流电机与直流机车动直流电机在原理上是相同的，因而，它们的特性也基本相同。它们的不同之处在于：直流机车中，牵引电机直接由接触网吸取直流电流，牵引电机的端电压直接由电网电压决定，而整流器式机车须经过变压和整流过程，因而牵引电机所取得的电压并非是变压器低压绕组的输出电压，而要受到整流线路一些特殊的影响，使牵引电机端电压降低，2022/12/2989第四节整流器式机车的牵引特性整流2022/12/2990具体对电压影响的因素有下述几个方面：

在理想的情况下，随着电源电位的改变，一组整流器到另一组整流器的开通，关断状态的转换工程是瞬间完成的，而实际的情况是在两组整流器接替供电的转换中有一重叠过程，在这一过程中，整流电压为0，从而使一个周期的平均整流电压降低。整流回路中存在一定的电阻，将引起一定的压降（当然这一电阻不包括电机本身的电阻）。整流回路中存在一定的电抗（包括变压器低压绕组的漏抗）也会引起一定的压降。整流元件本身也有一定的压降，当然对于半导体元件来说，这一压降是很小的。2022/12/2990具体对电压影响的因素有下述几个方面：2022/12/2991由于上述原因，在整流回路中造成压降，使牵引电机所取得的电压降低，但问题还不仅仅于此，这些压降并不是固定不变的，而是随着负载的增加而增加，因此，即使当机车处于某一固定级位，变压器低压绕组输出电压是固定不变的，而随着负载的增加，作用在牵引电机上的电压将有所降低。据此，整流式机车比起直流机车来说，随着负载的增加，机车的速度要下降得稍快，因而，其速度特性曲线也就要陡一些。至于牵引力特性，由公式F=0.367CФI可知，牵引力仅与机车常数、主极磁通及负载电流有关，而与电压无关，所以，无论是直流机车还是整流是机车，只要牵引电机磁通与电流关系相同，机车常数一样，那么，它们的牵引力特性曲线将十分接近。整流器式机车的特性曲线，一般也是用实验的方法来绘制的。2022/12/2991由于上述原因，在整流回路中造成压降，2022/12/2992第四章电力机车的启动和调速第一节电力机车调速概述2022/12/2992第四章电力机车的启动和调速第一节2022/12/2993电力机车牵引列车运行的情况分析：列车由停车状态开始，先经过一个起动加速的过程。逐渐提高速度，达到使电力机车按其自然特性进行运行。在运行过程中，需根据列车运行图、线路变化等运行条件来改变机车运行速度，充分发挥电力机车的功率，提高运输能力，以实现多拉快跑。在需要停车之前，还应及时进行制动，使列车停止运行。所以列车有起动、调速、制动三个基本运行状态。从速度变化来看，起动是速度从零增加到运行速度的一个加速过程，调速是从某一速度到另一速度的变速过程，制动是速度从某一值降到零的减速过程。因而，尽管起动、调速、制动体现了列车运行状态的不同，但归根结底，却都是速度变化的过程，所以，启动、制动只不过是调速的一种特殊形式罢了。2022/12/2993电力机车牵引列车运行的情况分析：列车2022/12/2994为了多拉、快跑、安全、正点地完成输送任务，尽可能提高列车运行速度有着十分重要的意义。但是，鉴于机车所牵引的车列重量不同、线路纵断面的改变、某些临时性的原因（如线路施工限速）以及在运行中对不同运行速度的具体要求等因素的影响，事实上，在整个运行区段列车的运行速度是在一个相当大的范围内变化着。因此就要求机车应具有良好的速度调节能力。在调速过程中，我们要求做到一个速度级转至另一速度级时，尽可能平稳的过渡，以避免电流和牵引力的突变引起列车的冲动，同时调速应该是经济的，而不应因调速而引起额外的能量损耗，此外，调速方法还应是简单可靠的2022/12/2994为了多拉、快跑、安全、正点地完成输送2022/12/2995由于机车是靠牵引电机通过齿轮传动的，所以机车的调速实质上是牵引电机的调速，我们知道：

V=（u-IR）/CФ不难看出，只要改变电机的端电压u，或改变电动机电枢回路的电阻R，或调节牵引电机主极磁通Ф，均可以达到调速的目的。2022/12/2995由于机车是靠牵引电机通过齿轮传动的，2022/12/2996第二节直流电力机车的调速上节谈到的三种调速方法在直流机车中均有应用。图中绘出了直流机车利用可变电阻调速的主回路原理图。在线路中串可调电阻R，随着R之逐渐减小，机车的运行速度及逐渐提高。采用这种方法虽简单，但由于在电阻内有较大的能量损耗，因此是不经济的。这种方法仅在直流机车上作短时间的起动调速使用，不允许长期运行。在整流式机车上根本不用。2022/12/2996第二节直流电力机车的调速上节谈到的三2022/12/2997直流机车由于牵引电机直接与接触网连接，因而，调节电机端电压的方法，受到一定的限制，它仅仅能用改变电机串、并联的形式进行。图中绘出了四轴机车利用改变电机串并联的方式来调速的情形。这样的结果使得电机端电压为U，1/2U,1/4U。2022/12/2997直流机车由于牵引电机直接与接触网连接2022/12/2998第三节磁场消弱利用磁场消弱的方法，以提高机车运行速度是经济的，因而增加了机车的经济运行级位。此外，还可充分发挥机车功率。这是由于串励电机的特性曲线并不是一条等功率曲线（双曲线）而是随着机车速度的提高，电机发挥的功率逐渐减小，但在使用磁场消弱后，在同一转速下，使牵引电机电枢电流相应增大，因而牵引电机的功率也相应增大。2022/12/2998第三节磁场消弱利用磁场消弱的方法，2022/12/2999但是，用磁场消弱的方法得到的运行级位却不能过多，因它一方面受电机磁路饱和的限制，磁通量Ф不能过大，另一方面，过分消弱主极磁场，加之电枢电流的增大，会使电枢反应强烈，磁场畸变过甚，致使电机的安全整流不能得到保证。此外，过多的磁场消弱级，还将增加机车设备，使控制线路复杂。并降低电机本身的技术经济指标，使单位功率的重量体积增加。2022/12/2999但是，用磁场消弱的方法得到的运行级位2022/12/29100磁场消弱的程度用磁场消弱系数β来表示。在磁路不饱和的条件下，利用磁势代替磁通的概念是允许的。则：β=IxWx/ImWmIx---满磁场时主极励磁电流Wx---满磁场时主极励磁绕组匝数Im---具有相同电枢电流时，磁场消弱条件下主极励磁电流Wm---具有相同电枢电流时，磁场消弱条件下主极励磁绕组匝数由上式可见，改变主极磁势有两种方法，一种是改变励磁绕组的匝数，使全部励磁电流通过一部分励磁绕组，此时，β=Wx/Wm，另一种方法，是使一部分励磁电流仍通过全部绕组，此时，β=Ix/Im。2022/12/29100磁场消弱的程度用磁场消弱系数β来表2022/12/29101显而易见，第一种办法是电机结构复杂，并且β值已经确定后就不易改变。故目前广泛采用的是第二种方法，用电阻将主极绕组分路，使部分励磁电流流经分路电阻。此方法称为磁场分路法。SS4电力机车采用的是电阻分路法。如图所示。电机主极绕组的电阻是固定的，因而这种方法进行磁场消弱时，β值仅有分路电阻的阻值来决定，要得到不同的磁场消弱系数，只需改变分路电阻的阻值即可。应该指出：对分路电阻值要求很精确，而且在工作中保持不变，否则将是各电机的磁场消弱系数不一致，造成各电机负载分配不均衡。2022/12/29101显而易见，第一种办法是电机结构复杂2022/12/291022022/12/291022022/12/29103以上是对稳定工作状态的分析。但在瞬变过程中（例如电机电压急剧上升）励磁绕组的电感将阻止电流在其中增长，而分路电阻中没有电感，电动机中的电流绝大部分流经分路电阻，使分路电阻过热烧红。此外，在这种情况下，由于磁场不能很快加强，造成电机反电势不足，致使电机严重过载，同时，在弱磁场下电枢电流过大，也会引起电机环火。2022/12/29103以上是对稳定工作状态的分析。但在瞬2022/12/29104为消除这一缺陷，SS4B型机车在采用磁场消弱时，分路电阻回路中串接了一个电感，如图所示。在采用了感应分路时，为维持恒定的消弱系数β，必须满足下列两个条件：Rx=βRc/（1-β）Lx=βLc/（1-β）第一条容易满足，而第二条则不易满足。因为在运行中，励磁绕组的电感在较大范围内变化的，这就要求感应分路的电感也随改变。而且在不同的消弱级别里，感应分路电感也应改变。不过一般是使用一个电感和多个分路电阻分别组合，来用于不同的磁场消弱级中。2022/12/29104为消除这一缺陷，SS4B型机车在采2022/12/291052022/12/291052022/12/29106最后，我们讨论使用磁场消弱时的暂态过程。以串激电机为例，参照上图，假如机车在某一时刻，牵引力与外界阻力相等，列车匀速运行。当接入分路电阻的瞬间，由于励磁绕组中电感的电磁惯性作用，电流Ic保持不变，磁通Ф也保持不变，而分路接通后也有电流通过，这就使电枢电流I上升，电机转矩M=CmФI有所增加，这时，牵引力大与外界阻力，使机车运行速度开始提高，速度提高后，电枢电流又有所下降，引起励磁绕组电流Ic下降，磁通量Ф减少，磁通的降低又使电机转矩M减小，当牵引力又重新等于外界阻力时，机车速度停止变化，保持在这一提高了的速度下稳定运行。这时的电枢电流仍高于原来的电流。2022/12/29106最后，我们讨论使用磁场消弱时的暂态2022/12/29107如果磁场消弱的同时，外界阻力恰在这里有所增加，这样，当电机转矩增加时，其增加量有可能与阻力的增加互相抵消，这样一来，机车的速度就不会再提高，磁通量也不会改变，只不过是电枢电流增加，相应提高了机车的牵引力。但在实际运行中，机车的牵引力的发挥受到了线路粘着条件的限制，因而使用磁场消弱提高牵引力的实际意义并不大。特别是在长大坡道，粘着条件不好的情况下，由于每一级磁场消弱造成的电流变化较大，反而容易超出粘着限制而造成机车空转，导致牵引力丧失，所以在这种情况下使用磁场消弱时应予注意。2022/12/29107如果磁场消弱的同时，外界阻力恰在这2022/12/29108瞬变过程中（例如电机电压急剧上升）励磁绕组的电感将阻止电流在其中增长，而固定分路电阻中没有电感，电动机中的电流绝大部分流经固定分路电阻，使分路电阻过热烧红。此外，在这种情况下，由于磁场不能很快加强，造成电机反电势不足，致使电机严重过载，同时，在弱磁场下电枢电流过大，也会引起电机环火。磁场消弱下的特性曲线，可由满磁场时的特性曲线及磁场消弱系数来计算绘出。2022/12/29108瞬变过程中（例如电机电压急剧上升）2022/12/29109第四节整流式机车的调速整流器式机车采用改变牵引电机端电压和磁场消弱两种方法来调速。由于在整流式机车中安装了牵引变压器和采用可控的整流器进行整流，因而可用改变变压器低压绕组输出电压或改变可控的整流器的导通角的办法来进行调速。加之这种方法调节方便，范围广泛，可得到很多的经济运行级，其效率高。故利用改变电机端电压进行机车调速是整流器式机车的主要调速方式。为在高压情况下得到更多的运行级位，同时在高速是提高机车功率，整流器式机车也采用了磁场消弱的方法进行调速，其原理与直流机车相同。2022/12/29109第四节整流式机车的调速整流器式机车2022/12/29110第五节对电力机车启动的要求在牵引力的作用下，克服列车所受到的各种阻力产生加速度，使原来静止的列车将以某一速度运行。我们把机车由静止状态到最终运行在其自然特性上的过程称为机车的启动过程。启动过程是调速的一种特殊形式，因而前述的调速的基本原理对于启动也是适用的。启动过程要求启动快和稳，减少列车的启动时间，可以提高列车平均速度，缩短运行时间，对铁路运输有很大的经济意义。为了启动迅速，应有较大的启动牵引力，以使列车有较大的加速度。启动平稳可以保证机车免受较大的机械冲击和电流冲击，所以希望列车以匀加速的形式运行。2022/12/29110第五节对电力机车启动的要求在牵引力2022/12/29111

要求机车启动时尽量减小启动电流和启动牵引力的摆动，维持一个较大的常数。最理想的情况是采用无级平滑调压，恒流启动。虽然增大启动电流和启动牵引力能使启动过程缩短，但启动电流却不能过大，这是因为它要受到电机安全整流系数和线路粘着条件的限制。对于现代直流机车和整流器式机车来说，由于牵引电机的不断发展和完善，在粘着条件允许条件下已能保证电机的安全整流，所以主要矛盾就是线路粘着条件的限制，如果启动电流过大，超出了粘着条件许可的范围，则轮对发生空转，反而丧失了牵引力。此外，在机车的启动过程中，还要求能量的损耗要小，由于机车经常启动，所以这一要求是有十分重要的经济意义的。2022/12/29111要求机车启动时尽量减小启2022/12/29112第六节电力机车的启动

在启动前，机车静止不动，当牵引电机得到电压的瞬间，电枢无反电势，电枢电流仅由电压及回路电阻来决定，I=u/R。显然，如把接触网电压直接加于电机，必然产生很大的电流，这是不允许的，所以必须设法降低启动时的牵引电机电压。整流式机车启动方法与其调速是相同的。也是逐步提高变压器次边输出电压来实现的。启动过程与调速过程是无严格界限的。采用可控硅整流无级调压的机车，可以达到平滑启动（即无级启动），这时可保持启动电流和启动牵引力不变，而且可按粘着条件维持在最大值，不仅启动平稳，而且启动牵引力大。2022/12/29112第六节电力机车的启动在启动前，2022/12/29113

第五章车辆的机械制动装置

及空气动力制动第一节机车的机械制动装置2022/12/29113第五章车辆的机械制动2022/12/29114电力机车的机械制动装置和蒸汽机车、内燃机车的基本上都是一样的，它包括有制动机；传动杠杆机构；闸瓦悬挂装置；闸瓦以及各种附属装置，安全铁托。机械制动装置的作用原理是：由制动机制动缸鞲鞴产生的推力，经传动杠杆机构增大若干倍后，均匀的作用于各闸瓦，产生闸瓦压