电力机车-科普123

电力机车

生物科学2023-02-03 01:41:28百科

电力机车

[拼音]：dianli jiche

[外文]：electric locomotive

由牵引电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。电力机车起动加速快，爬坡能力强，工作不受严寒的影响，运行时没有煤烟，所以在运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度陡的山区线路上更能发挥优越性。此外，电力旅客列车，可为客车空气调节和电热取暖提供便利条件。电力机车由于电气化铁路基本建设投资大，所以应用不如柴油机车和蒸汽机车广泛。

发展概况

1835年荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人就试制以电池供电的二轴小型铁路车辆。1842年苏格兰人R.戴维森首先造出一台用40组电池供电的重 5吨的标准轨距电力机车。由于电动机很原始，机车只能勉强工作。1879年德国人 W.von西门子驾驶一辆他设计的小型电力机车，拖着乘坐18人的三辆车，在柏林夏季展览会上表演。机车电源由外部150伏直流发电机供应，通过两轨道中间绝缘的第三轨向机车输电。这是电力机车首次成功的实验。电力机车用于营业是从地下铁道开始的。1890年英国伦敦首先用电力机车在 5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。干线电力机车在1895年应用于美国的巴尔的摩铁路隧道区段，采用675伏直流电，自重97吨，功率1070千瓦。19世纪末，德国对交流电力机车进行了试验，1903年德国三相交流电力机车创造了每小时210.2公里的高速纪录。

中国于1914年在抚顺煤矿使用1500伏直流电力机车。干线铁路电力机车采用单相交流 25000伏50赫电流制。1958年制成第一台以引燃管整流的“韶山”型电力机车。1968年改用硅整流器成功，称“韶山1”型，持续功率为3780千瓦。(见彩图）

近年来干线电力机车向大功率、高速、耐用方面发展，客运电力机车速度已从每小时160公里增加到200公里，并向250公里迈进。

各国制造的电力机车电压制较复杂，不便于国际间铁路联运过轨。近年来国际上已定出几种电力机车用标准电压。直流电压为600伏(非优先选用)、750伏、1500伏和3000伏。单相交流电压6250伏（非优先选用）、工频50或60赫，电压15000伏、工频赫，电压25000伏、工频50或60赫等几种。

构造

电力机车由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成。

机械部分

包括走行部和车体。走行部是承受车辆自重和载重在钢轨上行走的部件，由2轴或3轴转向架以及安装在其上的弹簧悬挂装置、基础制动装置、轮对和轴箱、齿轮传动装置和牵引电动机悬挂装置组成。车体用来安放各种设备，同时也是乘务人员的工作场所，由底架、司机室、台架、侧墙和车顶等部分组成。司机室设在车体的两端，有走廊相通。司机室内安装控制设备，如司机控制器、制动阀、按钮开关、监测仪表和信号灯等。两司机室之间用来安装机车的全部主要设备，有时划分成小室，分别安装辅助机组、开关设备、换流装置以及牵引变压器等。部分电气设备如受电弓、主断路器和避雷器等则安装在车顶上。车钩缓冲装置安装在车体底架的两端牵引梁上。车体和设备的重量通过车体支承装置传递到转向架上，车体支承装置并起传递牵引力与制动力的作用。

电气部分

机车上的各种电气设备及其连接导线。包括主电路、辅助电路、控制电路以及它们的保护系统。

（1）主电路：电力机车的最重要组成部分。它决定机车的基本性能，由牵引电动机以及与之相连接的电气设备和导线共同组成。在主电路中流过全部的牵引负载电流，其电压为牵引电动机的工作电压，或者接触网的网压，所以主电路是电力机车上的高电压大电流的动力回路。它将接触网上的电能转变成列车牵引所需的牵引动力。

（2）辅助电路：供电给电力机车上的各种辅助电机的电气回路。辅助电机驱动多种辅助机械设备，如冷却牵引电动机和制动电阻用的通风机，供给各种气动器械所需压缩空气的压缩机等。辅助电机可以是直流的，也可以是异步的。

（3）控制电路：由司机控制器和控制电器的传动线圈和联锁触头等组成的低压小功率电路。控制电路的作用是使机车主电路和辅助电路中的各种电器按照一定的程序动作。这样，电力机车即可按照司机的意图运行。

（4）保护系统：保证上述各种电路的设施。

空气管路系统

按用途可分为：

（1）供给机车和车辆制动所需压缩空气的空气制动气路系统。

（2）供给机车电气设备所需压缩空气的控制气路系统。

（3）供给机车撒砂装置、风嗽叭和刮雨器等辅助装置所需压缩空气的辅助气路系统。

分类

电力机车按使用场合可分为：工矿电力机车和干线电力机车两类。工矿电力机车多采用直流制，功率和速度一般比干线电力机车小，习惯上按机车的粘着重量分级，如150吨，100吨，85吨，70吨，60吨，50吨和更轻的等级。较大吨位机车用于标准轨距线路，较轻型的机车多用于各种窄轨距线路。干线电力机车按用途可分为客运电力机车，货运电力机车，客货两用电力机车和调车电力机车四种。按照电气化铁路采用的电流制来分类，干线电力机车可分为两类。

直流电力机车

装有直流串励牵引电动机的机车，接触网电压为1500伏或3000伏直流电压。直流电力机车的起动和速度调节以往是借助于调节起动电阻和牵引电动机的串联-并联转换来完成的。但这种起动和调速方式不能作到连续平滑地调节速度，而且电能耗损大，线路转换复杂。随着直流斩波技术的发展，逐渐为新的脉冲调压方式所代替。在直流电力机车上通常采用牵引电动机磁场削弱的办法来提高机车速度，增加机车功率。磁场削弱的级数一般为二至三级。

交流电力机车

接触网电压20千伏或25千伏，单相工频为50或60赫。在欧洲少数国家如联邦德国、瑞典、瑞士等国亦有采用单相低频交流制的，此时接触网电压为11～16千伏，单相工频为或25赫。交流电力机车根据变流装置和牵引电动机类型，主要有以下三种类型。

（1）整流器电力机车：又称单相-直流电力机车，是当前应用最广的一种交流电力机车。在整流器电力机车上，接触网上的单相高压交流电首先通过牵引变压器降压，然后通过由硅整流元件或晶闸管组成的整流装置将单相交流电变换为直流电，供给牵引电动机。一般采用脉流串励电动机作为牵引电动机。这种电力机车有变压器和整流装置，因此采用改变变压器副边电压或对整流装置实行相位控制的办法均可改变整流电压，从而达到调节机车速度的目的。改变变压器副边输出电压的方式有两种，即低压侧调压和高压侧调压。中国的“韶山”1型电力机车即属于低压侧调压型。为了防止动轮空转，改善机车的粘着性能，便于牵引和制动两种工况间的相互转换，整流器电力机车也可采用他励牵引电动机，如中国试制的“韶山 2”型电力机车和瑞典制造的“Rc”型电力机车即是采用他励牵引电动机。

（2）单相整流子电动机电力机车:又称直接式交流电力机车，采用单相整流子牵引电动机。接触网上的高压交流电经过变压器降低电压后，就直接供电给牵引电动机。这种机车电气设备简单，但单相整流子电动机的换相条件随交流电频率的增高而恶化，因此多用于单相低频交流制的电气化铁路上。

（3）交-直-交流电力机车：有时又称为单相-三相电力机车。在这种机车上，接触网上的高压交流电首先通过牵引变压器降压、整流，使中间直流环节保持稳定的直流电压或稳定的直流电流。然后再由逆变电路将中间直流电变换为三相交流电供给三相异步牵引电动机或三相同步牵引电动机。改变逆变装置输出的三相交流电的频率和电压即可调节机车的功率和速度。联邦德国研制成的“E120”型电力机车即为此种机车。

中国干线电力机车

“韶山 1”型电力机车是六轴客货两用整流器电力机车。轴式为C₀-C₀，采用双侧斜齿轮传动。持续额定功率3780千瓦。额定工作电压为单相25千伏50赫。机车重量138吨。小时制牵引力331.5千牛，持续制牵引力290.3千牛，起动牵引力500千牛。小时制速度44.5公里/小时，持续制速度45.8公里/小时，最高速度89.6公里/小时。电阻制动功率3500千瓦。“韶山1”型电力机车主电路为低压侧调压，中抽式整流，集中供电，三级磁场削弱，电阻制动。从接触网来的25千伏单相工频交流电经受电弓、主断路器进入牵引变压器的高压侧原边绕阻。牵引变压器的副边绕组分为基本绕组和调压绕组两部分，利用绕组转换开关将基本绕组和调压绕组反接或正接，就能得到副边输出电压不同的电压级。各电压级间的转换则通过转换硅机组进行过渡。牵引变压器副边电压再经过中抽式整流电路变换成直流电后供给牵引电动机。为了降低整流电流的脉动，还在主电路中引入平波电抗器。

1979年中国制造成“韶山 3”型电力机车。牵引电动机额定功率由630千瓦增加到720千瓦，并减轻了重量。整流电路由中抽式线路改为桥式整流电路，从而减少了牵引变压器所需容量。牵引变压器副边输出电压改用晶闸管进行级间平滑、连续转换，提高了机车粘着重量的利用，改善了机车起动和调速性能。