電力機(jī)車主電路的發(fā)展概述(1)-用于合并

1、電力機(jī)車主電路的發(fā)展概述 電力3121班 王相備 120030143摘要：本文簡述電力機(jī)車主電路的發(fā)展史，基本類型，工作狀況，工作原理，基本參數(shù)等。系統(tǒng)的闡述了電力機(jī)車主電路的運(yùn)行方式，各種車型主電路的不同。系統(tǒng)的分析使電力機(jī)車主電路的發(fā)展方式更加清晰。 關(guān)鍵詞：交直交 電器設(shè)備 1發(fā)展概況最早造出第一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)軌距電力機(jī)車的是蘇格蘭人R·戴維森，時(shí)間是1842年，由40組蓄電池供電，但沒有實(shí)用價(jià)值。1879年5月，德國人W·VON西門子設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)能拉乘坐18人的三輛敞開式“客車”的電力機(jī)車，它由外部150V直流發(fā)電機(jī)通過第三軌供電，這是電力機(jī)車首次成功的試驗(yàn)。1881年,

2、法國在巴黎展出了第一條由架空導(dǎo)線供電的電車線路，這就為提高電壓，采用大功率牽引電動(dòng)機(jī)創(chuàng)造條件。 1895年，美國在巴爾的摩俄亥俄間5. 6 km長的遂道區(qū)段修建了直流電氣化鐵路，在該區(qū)段上運(yùn)行的干線電力機(jī)車自重97 t，采用675 V直流電，功率為1 070 kW。1903年德國的三相交流電力機(jī)車創(chuàng)造了每小時(shí)210km 的高速記錄。中國最早使用電力機(jī)車在1914年，是撫順煤礦使用的1 500 V直流電力機(jī)車。1958年中國成功地生產(chǎn)出第一臺(tái)電力機(jī)車，從采用引燃管整流器到硅整流器，機(jī)車性能不斷改進(jìn)和提高，到1976年制成韶山型（SS1型）131號(hào)時(shí)已基本定型。截止到1989年停止生產(chǎn)，SS1型電

3、力機(jī)車總共制造出廠926臺(tái)，成為中國電氣鐵路干線的首批主型機(jī)車。1966年SS2型機(jī)車制成。1978年研制成功的SS3型機(jī)車，不僅改善了牽引性能，還把機(jī)車的小時(shí)功率從4 200kW提高到4 800kW，載止到1997年底，共生產(chǎn)了987臺(tái)，成為中國第二種主型電力機(jī)車。1985年又研制成功了SS4型8軸貨運(yùn)電力機(jī)車，它是國產(chǎn)電力機(jī)車中功率最大的一種（6 400kW），已成為中國重載貨運(yùn)的主型機(jī)車。以后又陸續(xù)研制成功了SS5、SS6和SS7 型電力機(jī)車。1994研制成功了時(shí)速為160 km的準(zhǔn)高速四軸電力機(jī)車等。至此，中國干線電力機(jī)車已基本形成了4、6、8 軸和3 200、4 800和6 400k

4、W功率系列。1999年5月26日，中國株洲電力機(jī)車廠生產(chǎn)出第一臺(tái)時(shí)速超過200km的DDJ1001號(hào)“子彈頭”電力機(jī)車，標(biāo)志著中國鐵路電力牽引已躋身于國際高速列車的行列。為追蹤世界新型“交直交”電力機(jī)車新技術(shù)，從20世紀(jì)70年代末開始，中國鐵路一直在進(jìn)行中小功率變流機(jī)組的地面試驗(yàn)研究和大功率的交直交電力機(jī)車的研制，也已取得了階段性成果。2類型電力機(jī)車是從接觸網(wǎng)上獲取電能的，接觸網(wǎng)供給電力機(jī)車的電流交流兩種。由于電流制不同，所用的電力機(jī)車也不一樣，基本上可以分為三類：有直流和直直流電力機(jī)車 采用直流制供電時(shí)，牽引變電所內(nèi)設(shè)有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網(wǎng)上。因此，電力機(jī)車可直

5、接從接觸網(wǎng)上取得直流電供給直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)使用，簡化了機(jī)車上的設(shè)備。直流制的缺點(diǎn)是接觸網(wǎng)的電壓低，一般為1 500V或3 000V，接觸導(dǎo)線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設(shè)投資。交直流電力機(jī)車 在交流制中，目前世界上大多數(shù)國家都采用工頻（50Hz）交流制，或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所將三相交流電改變成25 kV工業(yè)頻率單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，把交流電變成直流電的任務(wù)在機(jī)車上完成。由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時(shí)提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對(duì)減小，減少了有色金屬的消耗和建設(shè)投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機(jī)車也是交直流電力機(jī)車。交直交電力機(jī)車 采用

6、直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速簡單，只要改變電動(dòng)機(jī)的端電壓，就能很方便地在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的調(diào)速。但是這種電機(jī)由于帶有整流子，使制造和維修很復(fù)雜，體積也較大。而交流無整流子牽引電動(dòng)機(jī)（即三相異步電動(dòng)機(jī)）在制造、性能、功能、體積、重量、成本、及可靠性等方面遠(yuǎn)比整流子電機(jī)優(yōu)越得多。它之所以遲遲不能在電力機(jī)車上應(yīng)用，主要原因是調(diào)速比較困難。改變端電壓不能使這種電機(jī)在較大范圍內(nèi)改變速度，而只有改變電流的頻率才能達(dá)到目的。因此，只有當(dāng)電子技術(shù)和大功率晶閘管變流裝置得到迅速發(fā)展的今天，才能生產(chǎn)出采用三相交流電機(jī)的先進(jìn)電力機(jī)車。交直交電力機(jī)車從接觸網(wǎng)上引入的仍然是單相交流電，它首先把單相交流電整流成直流

7、電，然后再把直流電逆變成可以使頻率變化的三相交流電供三相異步電動(dòng)機(jī)使用。這種機(jī)車具有優(yōu)良的牽引能力，很有發(fā)展前途。德國制造的“E120”型電力機(jī)車就是這種機(jī)車。3基本構(gòu)造交直流電力機(jī)車由機(jī)械和電氣兩大部分設(shè)備組成。機(jī)械部分包括車體、車鉤緩沖裝置、走行部和制動(dòng)裝置等。車體內(nèi)分成9 個(gè)室，中部是變壓器室，室內(nèi)裝有牽引變壓器、轉(zhuǎn)換硅機(jī)組、調(diào)壓開關(guān)和電池箱等設(shè)備。電抗器室，裝有平波電抗器、離心式通風(fēng)機(jī)組及劈相機(jī)；高壓室，裝有整流硅機(jī)組、主電路電器柜和輔助電路電器柜；機(jī)械室內(nèi)裝有空氣壓縮機(jī)組和通風(fēng)機(jī)組，機(jī)械室的頂部各裝一套制動(dòng)電阻；機(jī)車的兩端為司機(jī)室，室內(nèi)的正、副司機(jī)操縱臺(tái)及各種開關(guān)、儀表和指示燈等。車

8、體側(cè)墻上開有百葉窗，空氣可以從這里進(jìn)入車內(nèi)對(duì)機(jī)件進(jìn)行冷卻。車體底架中梁的兩端安裝著車鉤緩沖裝置。車體頂部安裝著兩套受電弓。走行部為23 臺(tái)轉(zhuǎn)向架，用來承受機(jī)車的上部重量，傳遞牽引力和制動(dòng)力，緩沖來自線路的沖擊。轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架、旁承、輪對(duì)、軸箱、彈簧減振裝置、電機(jī)懸掛裝置、牽引裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置及撤砂裝置等部分組成。每根車軸上都裝有一臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的傳遞使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。電力機(jī)車除了使用空氣制動(dòng)以外，還可以利用直流電機(jī)的可逆性原理，把列車的功能為電能，再把電能變?yōu)闊崮芟牡簦ń须娮柚苿?dòng)）或把電能反饋到電網(wǎng)上去（叫再生制動(dòng)），以達(dá)到控制勵(lì)磁電流大小，就能很方便地控制制動(dòng)功率的大小。電力機(jī)

9、車上的全部電氣設(shè)備，分別安裝在它的主電路、輔助電路和控制電路之中，將產(chǎn)生機(jī)車牽引力和制動(dòng)力的各種電氣設(shè)備連接而成的電系經(jīng)叫主電路中粗實(shí)，用來實(shí)現(xiàn)機(jī)車的功率傳輸。在主電路中的電氣設(shè)備有受電弓、主斷路器、牽引變壓器、轉(zhuǎn)換硅機(jī)組、調(diào)壓開關(guān)、整流硅機(jī)組、平波電抗器、牽引電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)電阻等。受電弓安裝在車體頂部，每車兩套，用來從接觸網(wǎng)上取得電能，接觸導(dǎo)線送來的25 kV工頻單相交流電由此引入機(jī)車。主斷路器是機(jī)車上的主要保護(hù)裝置，當(dāng)主電路發(fā)生短路、接地或其他電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，它能自動(dòng)切斷機(jī)車電源。牽引變壓器共有四個(gè)繞組：原邊繞組接25kV高電壓，經(jīng)輪對(duì)、鋼軌、回流線回到牽引變電所；三個(gè)副邊繞組中，牽引裝

10、組用來向牽引電動(dòng)機(jī)供電；勵(lì)磁繞組用在電阻制動(dòng)時(shí)給電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁電流；輔助繞組用來給機(jī)車的輔助機(jī)組供電。轉(zhuǎn)換硅機(jī)組和調(diào)壓開關(guān)是保證機(jī)車平穩(wěn)調(diào)壓，達(dá)到機(jī)車的調(diào)速目的。牽引繞組輸出的交流電通過整流硅機(jī)組整成直流電后供牽引電動(dòng)機(jī)使用。由于牽引電動(dòng)機(jī)本身的電感較小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍，必須在電動(dòng)機(jī)的電路里串接一個(gè)增大電感量的平波電抗器，以減小整流電流的脈動(dòng)，改善電動(dòng)機(jī)的工作條件。當(dāng)機(jī)車需要進(jìn)行電阻制動(dòng)時(shí)，把牽引電動(dòng)機(jī)從串勵(lì)電動(dòng)機(jī)改成他勵(lì)發(fā)電機(jī)，把電樞繞組與制動(dòng)電阻相連接，把電能變成熱能逸散掉，達(dá)到消耗機(jī)車動(dòng)能的目的。為主電路中有關(guān)設(shè)備服務(wù)的所有輔助電器連接而成的電系統(tǒng)叫輔助電路（如圖

11、2 中虛線所示）。輔助電器主要有劈相機(jī)、輔助電動(dòng)機(jī)等。劈相機(jī)的作用是把單相交流電變成三相交流電使用?？刂齐娐肥菍⒖刂浦麟娐泛洼o助電路中各種電器設(shè)備的開關(guān)、接觸器、繼電器和電空閥等，同電源、照明、信號(hào)等的控制裝置連接而成的電系統(tǒng)。三條線路在電器方面是相互隔離的，通過電磁、電空或機(jī)械傳動(dòng)等方式相互聯(lián)系，配合動(dòng)作，用低壓電控制高壓電，以保證操作安全和實(shí)現(xiàn)機(jī)車的運(yùn)行。4工作原理接觸導(dǎo)線上的電流，經(jīng)受電弓進(jìn)入機(jī)車后經(jīng)過主斷路器再進(jìn)入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機(jī)組整流后，向六臺(tái)分兩組并聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)集中供應(yīng)直流，使?fàn)恳齽?dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。電

12、力機(jī)車的牽引性能主要取決于牽引電動(dòng)機(jī)。直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的外特性很接近機(jī)車?yán)硐霠恳匦?，而且其轉(zhuǎn)速與外加電壓成正比，只要改變牽引電動(dòng)機(jī)的端電壓，就能對(duì)機(jī)車進(jìn)行調(diào)速。5主要技術(shù)參數(shù)中國國產(chǎn)和引進(jìn)干線電力機(jī)車的機(jī)型和主要技術(shù)參數(shù)如下表1 和表2 所列。>表1國產(chǎn)干線電力機(jī)車型號(hào)及主要技術(shù)參數(shù) 注：1.6Y1 中4號(hào)車1966年改為硅整流器，型號(hào)為6Y1 -004G；1967年生產(chǎn)的6Y1 -007的功率3 6725 kW，電機(jī)型號(hào)為ZQ650-1， 最高速度為100 km/h,電動(dòng)機(jī)額定功率為612kW；2. SS1 -008130于19681975年由田心廠造，SS1 -131826于1976

13、1988年由株洲廠造，傳動(dòng)比為88/19。表2 引進(jìn)干線電力機(jī)車型號(hào)及主要技術(shù)參數(shù)表型號(hào)6Y26G16GF8K6K8G引進(jìn)年代196119711972198719881987198819881990引進(jìn)臺(tái)數(shù)25（已報(bào)廢）24015085100制造廠法國阿爾斯通公司羅馬尼亞法國阿爾斯通公司歐洲50赫茲集團(tuán)日本三菱電機(jī)和川崎重工蘇聯(lián)諾沃切爾卡斯克軸式C0C0C0C0C0C02（B0B0）B0B0B02（B0B0）用途貨客、貨貨貨貨貨功率(kW)4 5005 1005 4006 4004 8006 400最高速度（km/h）100120115100100100整流器器形式引燃管硅整流橋兩段半控橋一段全控一段半控橋三段半控橋硅整流橋調(diào)整方式高壓側(cè)32級(jí)調(diào)速高壓側(cè)有級(jí)調(diào)速恒流相控調(diào)壓準(zhǔn)恒速相控調(diào)壓恒壓限流或準(zhǔn)恒速相控調(diào)壓低壓側(cè)有級(jí)調(diào)壓電制動(dòng)方式再生電阻電阻（2臺(tái)再生）再生電阻電阻牽引電機(jī)型號(hào)TA0649B2LJE108-2TA049 C1TA0649DMB-530-AVRHB-515額定功率/電壓（kW/V）750/750850/770910/8201 000/865800/925800/1 020懸掛方式抱軸瓦電機(jī)空心軸抱軸瓦抱軸瓦抱軸瓦抱軸瓦傳動(dòng)比單