铁路机车车辆第五章电力机车

2024/1/171铁路机车车辆22024/1/17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任务原理本课题重点与难点32024/1/17一、电力机车概述电力牵引在铁路运输中的位置、开展方针：大力开展电力牵引和内燃牵引，以电力牵引为主。开展：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．过载才干强优越性：1．运输才干强2．经济效果显著3．合理利用能源4．劳动条件好5．加强了行车平安6．有利于实现城乡的电气化42024/1/17中国电力机车的研制开场于1958年。当时的铁道部田心机车车辆工厂，也就是如今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胜利，命名为6Y1型。52024/1/171968年，经过对6Y1型10年的研讨改良，在中国半导体工业开展的条件下，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年开场批量消费，到1988年止，共消费826台。机车继续功率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。62024/1/171969年，株洲电力机车研讨所和株洲电力机车工厂结合研制了韶山2型电力机车实验车，代号SS2。72024/1/17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年开场批量消费至今。82024/1/17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。92024/1/17韶山4改良型电力机车，代号SS4G。是在SS4、SS5和SS6型电力机车的根底上，吸收了8K机车一些先进技术设计的。102024/1/17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。112024/1/17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。机车功率继续4800kW，最大速度100km/h，车长20200mm。

122024/1/17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，荣获国家级科技提高二等奖及铁道部科技提高一等奖。132024/1/17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年试制胜利的一种新型的重载货运电力机车。142024/1/17韶山7D型客运电力机车，代号SS7D。由大同机车厂、株洲电力机车研讨所、成都机车车辆厂结合研制的顺应我国铁路提速需求的新产品，是目前国内技术程度最为先进的交直传动客运电力机车。

152024/1/17韶山7E型客运电力机车，代号SS7E。是最新开发的客运机车。162024/1/17韶山8型快速客运机车，代号SS8。株洲电力机车厂于1994年研制胜利，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。曾发明了中国铁路机车的最高速度240km／h。172024/1/17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根底，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。机车功率继续4800kW，最大速度170km/h。182024/1/17“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转电动车组。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较的灵敏编组、机动开行的优点，又具有公路交通工具无法比较的速度快、运量大、效率高、投资省、平安性好的优点。动车组总功率为2160kW，设计速度120km/h。192024/1/17“先锋〞号交流传动电动车组，是南京浦镇车辆厂担任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，最高实验速度250km/h，总定员424人。202024/1/17“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、株洲电力机车研讨所三家单位结合研制消费。首列动车组于2001年10月消费下线，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。

212024/1/17“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。

222024/1/17“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、株洲电力机车研讨所、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。根本编组定员为421人，连挂编组定员约800人。最大速度220km/h。232024/1/17“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，是目前我国商业运转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实验中，胜利发明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到达国外同类产品的先进程度。242024/1/17中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运转线是２００１年３月１日开工建立的上海磁悬浮列车示范线。２００２年３月，这条磁悬浮列车示范线下部构造工程开工。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。磁悬浮列车主要依托电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运转过程中，与轨道坚持一厘米左右间隔，处于一种“假设即假设离〞的形状。由于防止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到达每小时500公里。252024/1/17新型电力机车视频最高时速到达120公里。262024/1/17一、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．按传动方式不同可分为〔1〕具有个别传动的电力机车〔2〕具有组合传动的电力机车272024/1/17一、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〕①整流器式电力机车②无整流子牵引电动机电力机车282024/1/17第一节电力机车构造一、电力机车概述无论是添加机车牵引分量还是提高列车的运转速度，都必需思索提高机车的功率。电力机车无原动机，可直接从接触网获得电能，经过机车上的牵引电动机将电能转换为机械能。因此，只需加大牵引电动机的功率，就可以提高机车的功率。由于电力机车运转时，须由外界提供电源，因此需求有一套牵引供电系统。

292024/1/17(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，过载才干强；2．牵引力大，速度快，爬坡才干强；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．乘务员任务条件好；7．电气化铁路根本建立投资大；8．运用灵敏性差。302024/1/17(二)电力机车类型及功率我国电力机车开展也有50年的历史了，获得了很大成就。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安装，G表示采用硅二极管整流安装)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程度的电力机车，电力机车开展进入换代期，构成产品的多机系列，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位微机控制系统和缺点诊断系统，SS8型电力机车运转实验中创下了时速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根本一样。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。312024/1/17直流电力机车任务原理直流电力机车是最简单的一种电力机车，采用直流电源和直流串励牵引电动机。如今主要用于各种工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车。图示为普通工矿用直流电力机车构造表示图。接触网直流电→受电弓→短路器QD→启动电阻R→M1～M4→钢轨→变电所→接触网。牵引电机得电旋转，把电能转变为机械能，产生牵引力。QDRRM1M2M3M4322024/1/17直流电力机车的特点1、构造简单，造价低，经济性好。2、牵引性能好，调速方便。3、控制简单，运转可靠。4、供电效率低。5、基建投资大。6、有级调速。直流电力机车的根本特性直流电力机车的根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。332024/1/171、速度特性机车运转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转速度的关系，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。342024/1/17(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安装，需求由外界供应电能，因此必需在电气化铁道沿线设置一套完善的、不延续地向电力机车供电的设备，通常把这种设备构成的任务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保送来的110kV(或220kV)的三相交流电，改动成不低于25kV的单相交流电后，向它的临近区间或站场线路的接触网送电，供电力机车运用。352024/1/17二、电力机车总体构造

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。362024/1/17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。372024/1/17〔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。为顺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，以到达降低机车重心的目的。382024/1/172.转向架：SS8型电力机车有两台完全一样的二轴转向架。主要由轮对电机驱动安装、构架、一系悬挂安装(轴箱悬挂)、二系悬挂安装(车体支承安装)、牵引安装、电机悬挂安装、根底制动安装、蓄能制动安装(止轮安装)和辅助安装等部分组成。高速动力车转向架二轴转向架392024/1/17SS8型电力机车转向架具有以下特点：1．轮对电机传动安装采用单侧直齿轮双侧六连杆万向节传动方式，轮对空心轴传动构造，它能较好地满足高速机车对传动系统的要求，使机车能更好地发扬最大牵引力。2．采用推挽式低位拉杆牵引安装，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构造，并配有油压减振器，使机车在高速运转时，具有良好的运转质量和动力学性能。4．根底制动采用单侧吊挂式自动调整闸瓦间隙的独立根底制动安装，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间隔内停车。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安装，以防止机车的溜行。402024/1/17(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衔接导线。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。三个电路经过电-磁、电-空和电-机械联络起来，对机车进展控制。

412024/1/17(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：为机车和车辆提供干净、枯燥和稳定的紧缩空气，以保证列车制动系统、空气弹簧、风动门安装及气动电器等正常任务。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紧缩空气，以保证机车的平安、正常运用。辅助管路系统：用以改善机车运转条件，确保机车运转平安。由撒砂器、喇叭、刮雨器、轮缘光滑安装及其衔接纳路组成。制动机：采用DK-1型电空制动机为根底，机车空电结合制动功能与机车速度分级控制系统或速度监控安装配合实行速度分级控制及超速防护功能。422024/1/17三、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，并将电流经过车顶母线传送到车内供电机运用。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。机车运转时，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紧缩空气的控制。机车运转时，普通正常运转只升后弓，另一受电弓备用。432024/1/17(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的电路的义务，并且对主电路的短路、过流、接地等缺点形状起最后一级维护作用。SS8型电力机车采用TDZIA-10／25型空气断路器，它是一种带外隔分开关的断路器。分断时，主触头先行分开将电流切断，经过一段延时后，隔分开关再分开构成电路隔离，之后主触头自行恢复闭合形状；闭合时，只需将隔分开关的闸刀合上即可。另外这种空气断路器是利用紧缩空气来灭弧并且利用紧缩空气作为操作能源的电器。442024/1/17(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。它的义务是：将从接触网上获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经过受电弓接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。452024/1/17(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，经过驱动齿轮与轮对车轴相连。同电力传动内燃机车一样，机车在牵引形状时，牵引电动机将电能转换为机械能，驱动机车运转。当机车在电阻制动形状时，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引见，在此不再赘述。牵引电动机462024/1/17五)变流安装变流安装是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.机车在牵引工况运转时，主电路的整流和相控调压，及作为无级磁场减弱的分路开关；2．机车在电阻制开工况下，提供延续可调的励磁电源以调理机车制动力和提供加馈制动力电源以低速时添加制动力。在SS8型电力机车上变流安装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。变流安装472024/1/17(六)平波电抗器经变流安装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，而牵引电动机本身的电感很小，缺乏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482024/1/17(七)司机控制器司机控制器是司机用来支配机车运转的控制电器。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构造492024/1/17第二节电力机车任务原理电力机车将从牵引供电系统获得的电能，经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才干。电力机车上各种电机、电器设备在电力机车任务时，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、主电路主电路是产活力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、整流调压安装、平波电抗器、牵引电动机及有关高压电器组成。它将从接触网上汲取的电能转变为牵引列车的机械能。502024/1/17SS8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减弱的方式进展调速。第二，电压调理采用三段半控桥相控整流无级调压，磁场减弱采用晶闸管分路的无级调理，因此机车在整个调速区内调理均是无级的。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。当一组整流器缺点时，可坚持机车1／2的牵引力；当一台电机缺点时，坚持机车的3／4的牵引力。第四，采用加馈电阻制动，在低速运转时，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维护，过电压、接地及小齿轮缓和等维护。512024/1/17牵引工况电路简化原理图522024/1/17(一)机车启动1．确认机车形状良好，库用转换开关置于运转位；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．确认全车一切司机控制器处于“0〞位，主断路器本身处于正常开断形状，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，为其他辅机任务做好了预备。4．按下“紧缩机〞按键开关，空气紧缩机开场任务。5．按下“通风机〞开关，各类风机开场启开任务。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分开“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。532024/1/17(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减弱，没有设专门的I～II级磁场减弱控制级，而是曾经包括在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动，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。调理机车速度其实就是调理牵引电动机的转速。调理牵引电动机转速是经过调理牵引电动机的端电压来实现的。而牵引电动机端电压的调理是经过主变压器的牵引线圈的投入与晶闸管相控角的变化来到达调整主整流器的输出电压的目的。当整流调压安装输出电压到达最高值后，要求机车继续加速时，与电力传动内燃机车一样，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减弱的方法，使牵引电动机转速继续提高。SS8型电力机车整个调理过程是无级调理。542024/1/17(三)电阻制动电力机车的电阻制动与电力传动内燃机车一样，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耗费掉。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，机车开场处于电阻制开工况。552024/1/17图9-9制开工况简化电路图562024/1/17二、辅助电路为了保证电力机车的正常运转，机车