車輛電氣裝置(第一章緒論)

1、車輛電氣裝置車輛電氣裝置郭世偉郭世偉第一章第一章 緒緒 論論鐵道車輛電氣裝置的主要組成：供電系統(tǒng)、鐵道車輛電氣裝置的主要組成：供電系統(tǒng)、輸配電設(shè)備、電氣負載、檢測與控制裝置等。輸配電設(shè)備、電氣負載、檢測與控制裝置等。隨著人們生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的隨著人們生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代客車上的電氣設(shè)備日益增多：電不斷發(fā)展，現(xiàn)代客車上的電氣設(shè)備日益增多：電氣照明、電熱水器、空氣調(diào)節(jié)、閉路電視、播音氣照明、電熱水器、空氣調(diào)節(jié)、閉路電視、播音通信，信息設(shè)備，以及軸溫檢測與報警及自動控通信，信息設(shè)備，以及軸溫檢測與報警及自動控制等裝置，提高了乘客的舒適性、服務(wù)水平、運制等裝置，提高

2、了乘客的舒適性、服務(wù)水平、運輸安全性。輸安全性。 一、車輛的供電方式一、車輛的供電方式 考慮車輛的電氣負荷類型、功率等用電要求，考慮車輛的電氣負荷類型、功率等用電要求，經(jīng)濟性考慮，車輛編組方式、車種及用途等因素。經(jīng)濟性考慮，車輛編組方式、車種及用途等因素。1、單獨供電、單獨供電 單獨供電的三種類型：單獨供電的三種類型： （1）蓄電池組供電）蓄電池組供電 設(shè)備簡單，使用方便，可靠性設(shè)備簡單，使用方便，可靠性好，純直流；體積、重量大，電壓逐漸降低，須及時好，純直流；體積、重量大，電壓逐漸降低，須及時充電，電量小。充電，電量小。 （2）軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄電池組并聯(lián)供電）軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄電池組并聯(lián)供電

3、曾應(yīng)用廣曾應(yīng)用廣泛。小功率時皮帶傳動，大功率時萬向軸傳動。泛。小功率時皮帶傳動，大功率時萬向軸傳動。 （3）小型柴油發(fā)電機組供電）小型柴油發(fā)電機組供電 減小機車牽引動力，減小機車牽引動力，提高供電電壓，減小蓄電池用量等；但要求性能可靠提高供電電壓，減小蓄電池用量等；但要求性能可靠，使用維護方便。，使用維護方便。 每輛車都可帶有一套獨立工作的供電裝置。每輛車都可帶有一套獨立工作的供電裝置。但在車輛用電量較小時可兩、三輛車共用一套獨立但在車輛用電量較小時可兩、三輛車共用一套獨立供電電源，安裝發(fā)電設(shè)備的稱母車，不帶發(fā)電設(shè)備供電電源，安裝發(fā)電設(shè)備的稱母車，不帶發(fā)電設(shè)備的稱子車，子母車間輸電干線由車端電

4、力連接器溝的稱子車，子母車間輸電干線由車端電力連接器溝通。通。特點：可隨意摘掛和編組，供電裝置的主機特點：可隨意摘掛和編組，供電裝置的主機不占用車內(nèi)有效空間，全列車的輸電干線聯(lián)接為統(tǒng)不占用車內(nèi)有效空間，全列車的輸電干線聯(lián)接為統(tǒng)一電網(wǎng)，局部故障不影響列車用電；發(fā)電功率小。一電網(wǎng)，局部故障不影響列車用電；發(fā)電功率小。 2、集中供電、集中供電 用于用電量較大的固定編組的列車。電氣化區(qū)段，由用于用電量較大的固定編組的列車。電氣化區(qū)段，由接觸網(wǎng)通過電力機車主變壓器供電；非電氣化區(qū)段，由接觸網(wǎng)通過電力機車主變壓器供電；非電氣化區(qū)段，由列車發(fā)電車上的柴油發(fā)電機組供電。列車發(fā)電車上的柴油發(fā)電機組供電。 （1）

5、柴油發(fā)電車）柴油發(fā)電車 集中供電電壓為集中供電電壓為400V/230V（線電（線電壓壓/相電壓），相電壓），50Hz交流電，可直接使用民用的異步電交流電，可直接使用民用的異步電動機、日光燈、控制電器、保護元件等產(chǎn)品。動機、日光燈、控制電器、保護元件等產(chǎn)品。 （2）接觸網(wǎng)供電）接觸網(wǎng)供電 電氣化區(qū)段的供電電壓為單相，工電氣化區(qū)段的供電電壓為單相，工頻頻25kV，經(jīng)電力機車主變壓器變換為單相，工頻，經(jīng)電力機車主變壓器變換為單相，工頻，21500V的電壓輸送給輸電干線。要求保證安全，好的電壓輸送給輸電干線。要求保證安全，好的絕緣性能。的絕緣性能。 又有機車供電、電源車供電和又有機車供電、電源車供電和

6、DC600V/AC380V兼容兼容供電三種方式。供電三種方式。 每輛車上有逆變器、整流器、變壓器等變流、降壓設(shè)每輛車上有逆變器、整流器、變壓器等變流、降壓設(shè)備。備。 3、混合供電、混合供電 適于一些特殊運輸條件下有混合供電方式。適于一些特殊運輸條件下有混合供電方式。 （1）車輛照明、通風(fēng)機等由軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄）車輛照明、通風(fēng)機等由軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄電池組并聯(lián)供電，采暖電熱元件由接觸網(wǎng)供電。電池組并聯(lián)供電，采暖電熱元件由接觸網(wǎng)供電。如電氣化區(qū)段運營的普通客車情況。如電氣化區(qū)段運營的普通客車情況。 （2）正常運行時，由柴油發(fā)電機組供電；空載）正常運行時，由柴油發(fā)電機組供電；空載和停車時由軸驅(qū)式發(fā)電機

7、與蓄電池組并聯(lián)供電。和停車時由軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄電池組并聯(lián)供電。如空調(diào)軟臥客車與非空調(diào)客車連掛的情況等。如空調(diào)軟臥客車與非空調(diào)客車連掛的情況等。 二、鐵道車輛供電裝置二、鐵道車輛供電裝置1、客車發(fā)電機、客車發(fā)電機 典型的為典型的為22型和型和25型普通客車的供電發(fā)電機型普通客車的供電發(fā)電機KFT-1型感應(yīng)子式發(fā)電機，又稱型感應(yīng)子式發(fā)電機，又稱J5型發(fā)電機。為交型發(fā)電機。為交-直直流供電裝置，采用軸驅(qū)式交流感應(yīng)子發(fā)電機和蓄電池組流供電裝置，采用軸驅(qū)式交流感應(yīng)子發(fā)電機和蓄電池組并聯(lián)供電。列車運行時，車輛的輪軸通過皮帶或萬向軸并聯(lián)供電。列車運行時，車輛的輪軸通過皮帶或萬向軸傳動裝置帶動三相感應(yīng)子發(fā)電機

8、工作，輸出的三相變頻傳動裝置帶動三相感應(yīng)子發(fā)電機工作，輸出的三相變頻交流電經(jīng)硅整流器整流成直流電，可向車上電氣負載供交流電經(jīng)硅整流器整流成直流電，可向車上電氣負載供電，并向蓄電池充電。電，并向蓄電池充電。J5型發(fā)電機配備型發(fā)電機配備KP-2A型控制箱型控制箱，為可控硅電壓自動調(diào)整裝置。，為可控硅電壓自動調(diào)整裝置。改進的改進的J5型發(fā)電機配套有型發(fā)電機配套有KP-2B型可控硅控制箱，型可控硅控制箱，可輸出兩種端電壓，既滿足照明負載的用電需要，又適合可輸出兩種端電壓，既滿足照明負載的用電需要，又適合蓄電池的充電要求。蓄電池的充電要求。軸驅(qū)式發(fā)電機功率小、效率低、供電品質(zhì)不好，停軸驅(qū)式發(fā)電機功率小、

9、效率低、供電品質(zhì)不好，停車時不能發(fā)電，為簡單供電方式，現(xiàn)僅用于非空調(diào)客運列車時不能發(fā)電，為簡單供電方式，現(xiàn)僅用于非空調(diào)客運列車。車。2、客車蓄電池、客車蓄電池在前述的客車發(fā)電機供電系統(tǒng)中，在列車停站時，在前述的客車發(fā)電機供電系統(tǒng)中，在列車停站時，由蓄電池組向車上的電氣負載供電。按年代、發(fā)展順序：由蓄電池組向車上的電氣負載供電。按年代、發(fā)展順序：酸性鉛蓄電池酸性鉛蓄電池TG型蓄電池型蓄電池堿性蓄電池堿性蓄電池燃料電池燃料電池3、大容量供電裝置、大容量供電裝置空調(diào)客車等的需要。空調(diào)客車等的需要。本車獨立供電柴油發(fā)電機組本車獨立供電柴油發(fā)電機組非電氣化區(qū)段大容量供電發(fā)電車，能提供三相非電氣化區(qū)段大容

10、量供電發(fā)電車，能提供三相380V交流電壓。交流電壓。電氣化區(qū)段，采用接觸網(wǎng)供電。電氣化區(qū)段，采用接觸網(wǎng)供電。三、鐵道車輛電氣負載三、鐵道車輛電氣負載1、照明電光源、照明電光源 交流熒光燈（電感性），白熾燈（電阻性）。交流熒光燈（電感性），白熾燈（電阻性）。2、空氣調(diào)節(jié)與制冷裝置、空氣調(diào)節(jié)與制冷裝置 制冷壓縮機、冷凝器風(fēng)機、空調(diào)通風(fēng)機的直流或交流制冷壓縮機、冷凝器風(fēng)機、空調(diào)通風(fēng)機的直流或交流電動機，取暖加熱的電熱元件。消耗功率很大，為車輛電動機，取暖加熱的電熱元件。消耗功率很大，為車輛的主要電氣負載。的主要電氣負載。3、飲食和衛(wèi)生設(shè)備用電氣裝置、飲食和衛(wèi)生設(shè)備用電氣裝置 電開水爐、電冰箱、電氣集

11、便器。包廂式客車配有手電開水爐、電冰箱、電氣集便器。包廂式客車配有手機、筆記本電腦電源等。機、筆記本電腦電源等。4、列車的電視、播音和通信設(shè)備。要求穩(wěn)定優(yōu)良、列車的電視、播音和通信設(shè)備。要求穩(wěn)定優(yōu)良的交流、直流電源。的交流、直流電源。5、其他電氣設(shè)備、其他電氣設(shè)備 電扇、電動水泵等。電扇、電動水泵等。四、鐵道車輛檢測及控制裝置四、鐵道車輛檢測及控制裝置1、發(fā)電機自動調(diào)壓與過電壓、過電流自動保、發(fā)電機自動調(diào)壓與過電壓、過電流自動保護裝置等；護裝置等；2、空調(diào)裝置的溫度自動調(diào)節(jié)，機組自動保護、空調(diào)裝置的溫度自動調(diào)節(jié)，機組自動保護、自動顯示等；、自動顯示等；3、車輛故障自動檢測；、車輛故障自動檢測；

12、4、列車軸溫報警裝置；、列車軸溫報警裝置；5、列車電源自動控制裝置；、列車電源自動控制裝置；6、火災(zāi)自動報警裝置；、火災(zāi)自動報警裝置；7、開水爐自動補水與加熱器自動開閉裝置；、開水爐自動補水與加熱器自動開閉裝置；8、列車照明自動開關(guān)裝置；、列車照明自動開關(guān)裝置；9、列車信息顯示系統(tǒng)；、列車信息顯示系統(tǒng)；10、其它，等等。、其它，等等。五、車輛電氣裝置的運用條件五、車輛電氣裝置的運用條件1、安全性、安全性 配線的絕緣性能，電器溫升，電弧，配線的絕緣性能，電器溫升，電弧，懸掛電器的尺寸、結(jié)構(gòu)強度等。懸掛電器的尺寸、結(jié)構(gòu)強度等。2、工作可靠性，對高壓線電磁干擾等外界干擾、工作可靠性，對高壓線電磁干擾

13、等外界干擾由足夠的抵抗能力。重量、尺寸、成本問題，結(jié)構(gòu)簡單由足夠的抵抗能力。重量、尺寸、成本問題，結(jié)構(gòu)簡單、牢固、使用壽命，維護檢修方便性。、牢固、使用壽命，維護檢修方便性。3、適于氣候、自然地理條件的多變。高低溫，、適于氣候、自然地理條件的多變。高低溫，濕度，海拔，沙土、雨雪、雷電等的影響。濕度，海拔，沙土、雨雪、雷電等的影響。4、振動與沖擊。、振動與沖擊。對于高原的高海拔問題：對于高原的高海拔問題： （1）空氣壓力或空氣密度低）空氣壓力或空氣密度低絕緣材料絕緣性能降低；電力電容器內(nèi)部氣壓降絕緣材料絕緣性能降低；電力電容器內(nèi)部氣壓降低，電氣間隙減小，擊穿電壓降低，導(dǎo)致高壓電氣設(shè)低，電氣間隙減

14、小，擊穿電壓降低，導(dǎo)致高壓電氣設(shè)備的局部放電電壓降低，電暈放電問題；導(dǎo)致以空氣備的局部放電電壓降低，電暈放電問題；導(dǎo)致以空氣介質(zhì)的滅弧的開關(guān)電器滅弧性能降低，電壽命縮短。介質(zhì)的滅弧的開關(guān)電器滅弧性能降低，電壽命縮短。做電氣絕緣的修正，加大電氣間隙、滅弧性能，耐電做電氣絕緣的修正，加大電氣間隙、滅弧性能，耐電暈絕緣材料的選用，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中減少尖角、界面暈絕緣材料的選用，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中減少尖角、界面突變等。突變等。 對于空氣散熱方式的電氣，因空氣冷卻效果降低對于空氣散熱方式的電氣，因空氣冷卻效果降低，溫升增加，考慮減小用電負荷或提高溫升裕度。，溫升增加，考慮減小用電負荷或提高溫升裕度。 其其它的

15、低密度、低濃度、多孔性材料的物理化學(xué)性質(zhì)改它的低密度、低濃度、多孔性材料的物理化學(xué)性質(zhì)改變，造成不利影響。變，造成不利影響。 （2）空氣溫度低、變化大）空氣溫度低、變化大 對蓄電池、密封結(jié)構(gòu)對蓄電池、密封結(jié)構(gòu)、橡膠材料、鐵磁材料等性能的影響?？紤]用耐低、橡膠材料、鐵磁材料等性能的影響?？紤]用耐低溫材料，數(shù)字電路優(yōu)于模擬電路等。溫材料，數(shù)字電路優(yōu)于模擬電路等。 （3）降水少，空氣絕對濕度?。┙邓?，空氣絕對濕度小 （4）太陽輻射照度較高）太陽輻射照度較高 材料老化，空氣易于電材料老化，空氣易于電離。高壓電氣設(shè)備盡量安裝于車內(nèi)，戶外高分子材離。高壓電氣設(shè)備盡量安裝于車內(nèi)，戶外高分子材料的試驗、選用

16、。料的試驗、選用。 （5）大風(fēng)、雨雪、凍土）大風(fēng)、雨雪、凍土六、車輛電氣負載用量六、車輛電氣負載用量1、計算參數(shù)（、計算參數(shù)（Parameters for calculation）一般電氣設(shè)備上標(biāo)注有一般電氣設(shè)備上標(biāo)注有額定功率和效率額定功率和效率。需要功率需要功率為輸入功率，對于電熱元件構(gòu)成的電氣負為輸入功率，對于電熱元件構(gòu)成的電氣負載，其功率即為需要功率；對于電動機，載，其功率即為需要功率；對于電動機，有效機械功率有效機械功率為輸出功率，兩者比值為為輸出功率，兩者比值為機械效率機械效率。視在功率視在功率等于負載的額定電壓與額定電流的乘積，等于負載的額定電壓與額定電流的乘積，單位單位VA或或

17、kVA；交流用電負載的交流用電負載的功率因數(shù)功率因數(shù)cos，它與視在功率的，它與視在功率的乘積等于乘積等于需要功率（有功功率）需要功率（有功功率）。電阻性負載（如白熾。電阻性負載（如白熾燈、電熱元件等）的功率因數(shù)等于燈、電熱元件等）的功率因數(shù)等于1，一般的熒光燈、控，一般的熒光燈、控制電器，功率因數(shù)等于或小于制電器，功率因數(shù)等于或小于0.7。車輛所用的三相異步。車輛所用的三相異步電動機正常工作狀態(tài)下電動機正常工作狀態(tài)下cos=0.750.85，不滿載時減，不滿載時減小，空載時可下降到小，空載時可下降到0.250.30。負載的功率利用系數(shù)，指平均需要功率與總安裝負載的功率利用系數(shù)，指平均需要功率與總安裝功率之比。常見車輛電氣負載的功率利用系數(shù)如下表：功率之比。常見車輛電氣負載的功率利用系數(shù)如下表：2、柴油發(fā)電機組（的額定功率）需根據(jù)某一、柴油發(fā)電機組（的額定功率）需根據(jù)某一特定車型的電氣負載用電需求進行選型。特定車型的電氣負載用電需求進行選型。PZ=