电力机车-科普123

电力机车

生物科学2023-02-03 06:06:25百科

电力机车

[拼音]：dianli jiche

[外文]：electric locomotive

靠外部供给电能，由牵引电动机驱动的机车。电力机车所需的电能来自地区电力系统的高压电网，并经牵引变电所降压、整流后，通过铁路线上空架设的接触网和装在机车顶部的受电弓，进入机车。根据电力机车的种类不同，进入机车的电能还需经过降压、整流、调压或调节电阻、改变频率等不同的电能转换和调节过程，最后供给驱动机车的牵引电动机，使机车作向前或向后的牵引运行。在需要制动时，牵引电动机改变为发电机，将机车所具有的动能和位能，转化为电能，电能可返回电网或消耗在机车里的电阻上，从而实现电气制动。

发展简史

1835年，荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人试制以电池供电的两轴小型电力机车。1842年，苏格兰的R.戴维森制造出一台由40组电池供电的标准轨距的电力机车。1879年，德国的发明家E.W.von西门子制造出由他自己设计的一辆小型电力机车，其功率为2.2W，机车所用电能来自外部的150V直流发电机，并通过两轨道中间绝缘的第三轨输入机车。1890年，英国伦敦首次用电力机车在5.6km长的一段地下铁道上牵引车辆。1895年，美国的巴尔的摩铁路隧道区段开始应用干线电力机车，机车功率为1070kW，采用675V直流电。20世纪初，电力牵引的优越性被公认，欧洲有几个国家曾建成几段以三相交流电供电的电气化铁路。20年代末，几乎每个欧洲国家都已建造电气化铁路，电力机车已在世界范围内得到应用。由于三相交流供电系统和机车变流装置复杂，电力机车逐渐趋向采用工频单相交流电。80年代中期，世界电气化铁路总长度已超过1.8×10⁵km。瑞士等国早已用电力机车取代了其他形式的机车。中国从50年代末开始研制大功率交流干线电力机车。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，制成“韶山Ⅰ”型电力机车。到80年代末已生产了大批持续功率为3780～6400kW的工频单相25kV交流干线电力机车，同时也生产了很多直流工矿电力机车，并且形成了一定的出口能力。中国的电气化铁路已从西北山区向南和向东扩展到广大平原地区，到80年代末期，电气化铁路总长约为6000km。干线电力机车的性能也朝着具有重载、高速、交流传动的方向发展。

分类

电力机车按用途可分为干线电力机车和工矿电力机车；按接触网电流制可分为交流电力机车和直流电力机车；按牵引电动机的性质又可分为交流传动机车和直流传动机车。

干线电力机车用于铁路干线上的运输，主要是使用工频单相交流电的交流电力机车。交流电力机车的牵引电动机绝大多数采用直流牵引电动机的直流传动方式，所以又属于直流传动机车。中国干线电力机车接触网的电流制是工频单相25kV交流电。

工矿电力机车用于矿山和大型工厂地面或地下的运输，功率相对较小，接触网绝大多数采用直流制。因此，工矿电力机车大多为直流电力机车，其接触网直流电压在地面上为1500～3000V，在矿下为250V或500V；其功率可小到10kW左右，用于露天作业的大型工矿电力机车的功率也可达2000kW以上。

由交流电网供电的交流传动机车，分单相整流子电动机电力机车、感应电动机电力机车和同步电动机电力机车。第一种主要见于欧洲一些国家。交流传动机车的接触网采用低频（16卭Hz或25Hz）单相交流制，电压为11kV或15kV。

驱动直流电力机车的牵引电动机绝大多数为直流串励电动机；驱动工频交流电力机车的电动机绝大多数是能承受脉动电流的直流电动机，因为这类电动机有较好的机械特性和调速性能，电动机间的负荷分配也较易均匀。低频电网下的交流电力机车采用单相整流子电动机，因其在低频下工作，故有较好的换向和调速性能，并可使系统简化。70年代起，利用电力半导体变流技术，制成了一批由鼠笼式感应电动机驱动的交流传动电力机车。这种新型电力机车通过机车中逆变器的变频调速，既可用交流电网也可用直流电网，还具有预防机车重载下轮对空转的特点，在铁路干线上、工矿里或城市交通中都很有发展前途。

结构

电力机车主要由机械部分和电气系统构成。机械部分由车体、转向架和车架组成。车体两端有司机室，车体内装有电工设备。转向架起支承车体、转向、驱动和制动作用。组成转向架的零部件有轮对、轴箱、弹簧悬挂装置和基础制动装置等。转向架上的每个动轴均由一台牵引电动机驱动。机车一般有4轴或6轴，8轴机车由两节4轴机车组成。车架用于连接车体与转向架，通过弹簧悬挂装置将车体负载均匀分配给各个轴箱，并经轴箱传到各自的轮对上。机车的牵引力和制动力也通过车架由转向架传递到车体。

电气系统主要由主电路、辅助电路和控制电路三部分组成。主电路中有受电弓、主断路器、调节电机端电压的调压装置和与机车轴数相同的牵引电动机。受电弓是电力机车从接触网上获得电能的装置，安装在车顶，主要部件包括集电头、上框架、下臂杆底架、引弓弹簧、传动气缸和支持绝缘子等。主断路器是电力机车上接通或分断电源的总开关，兼作各种过载、短路故障的主保护开关，安装在车顶。此外，交流电力机车中还有降压用的牵引变压器和半导体可控整流器等装置。辅助电路由辅助电动机及其供电回路构成。辅助电动机用于驱动多种辅助设备，如通风机、压缩机等。控制电路是一种低压小功率电路，由司机控制器和控制电器的传动线圈及联锁触头等组成。其作用是使机车主电路和辅助电路中的各种电器按一定程序动作。电力机车中的控制电路正在逐步采用计算机控制技术，使机车具有自动故障诊断和处理、自动选择最佳运行方式和参数，以及具有高功率因数、低谐波分量、高效率等功能。

特点

电力机车可以利用水力，煤炭、石油和原子能等多种一次能源，因此与其他型式的机车相比，能源的适应性强，利用率高、经济效益明显。电力机车的能源直接来自容量很大的接触网，不像其他型式的机车那样受到原动机功率的限制。因此，电力机车功率大、过载性能强、爬坡性能好，出车前的整备时间也比其他机车短，而且起动平稳、加速快，几乎不受气候和地理条件的限制。此外，电力机车本身不带原动机，没有煤油和废气，不污染环境，不仅司机劳动条件良好，并能为旅客创造清洁的旅行条件。