電力機車主電路的發(fā)展概述(1)-用于合并

1、電力機車主電路的發(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，基本參數等。系統(tǒng)的闡述了電力機車主電路的運行方式，各種車型主電路的不同。系統(tǒng)的分析使電力機車主電路的發(fā)展方式更加清晰。 關鍵詞：交直交 電器設備 1發(fā)展概況最早造出第一臺標準軌距電力機車的是蘇格蘭人R·戴維森，時間是1842年，由40組蓄電池供電，但沒有實用價值。1879年5月，德國人W·VON西門子設計制造了一臺能拉乘坐18人的三輛敞開式“客車”的電力機車，它由外部150V直流發(fā)電機通過第三軌供電，這是電力機車首次成功的試驗。1881年,

2、法國在巴黎展出了第一條由架空導線供電的電車線路，這就為提高電壓，采用大功率牽引電動機創(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)段上運行的干線電力機車自重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車創(chuàng)造了每小時210km 的高速記錄。中國最早使用電力機車在1914年，是撫順煤礦使用的1 500 V直流電力機車。1958年中國成功地生產出第一臺電力機車，從采用引燃管整流器到硅整流器，機車性能不斷改進和提高，到1976年制成韶山型（SS1型）131號時已基本定型。截止到1989年停止生產，SS1型電

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

4、W功率系列。1999年5月26日，中國株洲電力機車廠生產出第一臺時速超過200km的DDJ1001號“子彈頭”電力機車，標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”電力機車新技術，從20世紀70年代末開始，中國鐵路一直在進行中小功率變流機組的地面試驗研究和大功率的交直交電力機車的研制，也已取得了階段性成果。2類型電力機車是從接觸網上獲取電能的，接觸網供給電力機車的電流交流兩種。由于電流制不同，所用的電力機車也不一樣，基本上可以分為三類：有直流和直直流電力機車 采用直流制供電時，牽引變電所內設有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網上。因此，電力機車可直

5、接從接觸網上取得直流電供給直流串勵牽引電動機使用，簡化了機車上的設備。直流制的缺點是接觸網的電壓低，一般為1 500V或3 000V，接觸導線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設投資。交直流電力機車 在交流制中，目前世界上大多數國家都采用工頻（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)頻率單相交流串勵電動機，把交流電變成直流電的任務在機車上完成。由于接觸網電壓比直流制時提高了很多，接觸導線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數電力機車也是交直流電力機車。交直交電力機車 采用

6、直流串勵電動機的最大優(yōu)點是調速簡單，只要改變電動機的端電壓，就能很方便地在較大范圍內實現對機車的調速。但是這種電機由于帶有整流子，使制造和維修很復雜，體積也較大。而交流無整流子牽引電動機（即三相異步電動機）在制造、性能、功能、體積、重量、成本、及可靠性等方面遠比整流子電機優(yōu)越得多。它之所以遲遲不能在電力機車上應用，主要原因是調速比較困難。改變端電壓不能使這種電機在較大范圍內改變速度，而只有改變電流的頻率才能達到目的。因此，只有當電子技術和大功率晶閘管變流裝置得到迅速發(fā)展的今天，才能生產出采用三相交流電機的先進電力機車。交直交電力機車從接觸網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機使用。這種機車具有優(yōu)良的牽引能力，很有發(fā)展前途。德國制造的“E120”型電力機車就是這種機車。3基本構造交直流電力機車由機械和電氣兩大部分設備組成。機械部分包括車體、車鉤緩沖裝置、走行部和制動裝置等。車體內分成9 個室，中部是變壓器室，室內裝有牽引變壓器、轉換硅機組、調壓開關和電池箱等設備。電抗器室，裝有平波電抗器、離心式通風機組及劈相機；高壓室，裝有整流硅機組、主電路電器柜和輔助電路電器柜；機械室內裝有空氣壓縮機組和通風機組，機械室的頂部各裝一套制動電阻；機車的兩端為司機室，室內的正、副司機操縱臺及各種開關、儀表和指示燈等。車

8、體側墻上開有百葉窗，空氣可以從這里進入車內對機件進行冷卻。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 臺轉向架，用來承受機車的上部重量，傳遞牽引力和制動力，緩沖來自線路的沖擊。轉向架由構架、旁承、輪對、軸箱、彈簧減振裝置、電機懸掛裝置、牽引裝置、基礎制動裝置及撤砂裝置等部分組成。每根車軸上都裝有一臺牽引電動機，產生的轉矩通過齒輪的傳遞使車輪轉動。電力機車除了使用空氣制動以外，還可以利用直流電機的可逆性原理，把列車的功能為電能，再把電能變?yōu)闊崮芟牡簦ń须娮柚苿樱┗虬央娔芊答伒诫娋W上去（叫再生制動），以達到控制勵磁電流大小，就能很方便地控制制動功率的大小。電力機

9、車上的全部電氣設備，分別安裝在它的主電路、輔助電路和控制電路之中，將產生機車牽引力和制動力的各種電氣設備連接而成的電系經叫主電路中粗實，用來實現機車的功率傳輸。在主電路中的電氣設備有受電弓、主斷路器、牽引變壓器、轉換硅機組、調壓開關、整流硅機組、平波電抗器、牽引電動機和制動電阻等。受電弓安裝在車體頂部，每車兩套，用來從接觸網上取得電能，接觸導線送來的25 kV工頻單相交流電由此引入機車。主斷路器是機車上的主要保護裝置，當主電路發(fā)生短路、接地或其他電氣設備發(fā)生故障時，它能自動切斷機車電源。牽引變壓器共有四個繞組：原邊繞組接25kV高電壓，經輪對、鋼軌、回流線回到牽引變電所；三個副邊繞組中，牽引裝

10、組用來向牽引電動機供電；勵磁繞組用在電阻制動時給電動機提供勵磁電流；輔助繞組用來給機車的輔助機組供電。轉換硅機組和調壓開關是保證機車平穩(wěn)調壓，達到機車的調速目的。牽引繞組輸出的交流電通過整流硅機組整成直流電后供牽引電動機使用。由于牽引電動機本身的電感較小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍，必須在電動機的電路里串接一個增大電感量的平波電抗器，以減小整流電流的脈動，改善電動機的工作條件。當機車需要進行電阻制動時，把牽引電動機從串勵電動機改成他勵發(fā)電機，把電樞繞組與制動電阻相連接，把電能變成熱能逸散掉，達到消耗機車動能的目的。為主電路中有關設備服務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、輔助電動機等。劈相機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備的開關、接觸器、繼電器和電空閥等，同電源、照明、信號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、電空或機械傳動等方式相互聯系，配合動作，用低壓電控制高壓電，以保證操作安全和實現機車的運行。4工作原理接觸導線上的電流，經受電弓進入機車后經過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經過硅機組整流后，向六臺分兩組并聯的牽引電動機集中供應直流，使牽引動電動機產生轉矩，將電能轉變?yōu)闄C械能，經過齒輪的傳遞驅動機車動輪轉動。電

12、力機車的牽引性能主要取決于牽引電動機。直流串勵電動機的外特性很接近機車理想牽引特性，而且其轉速與外加電壓成正比，只要改變牽引電動機的端電壓，就能對機車進行調速。5主要技術參數中國國產和引進干線電力機車的機型和主要技術參數如下表1 和表2 所列。>表1國產干線電力機車型號及主要技術參數 注：1.6Y1 中4號車1966年改為硅整流器，型號為6Y1 -004G；1967年生產的6Y1 -007的功率3 6725 kW，電機型號為ZQ650-1， 最高速度為100 km/h,電動機額定功率為612kW；2. SS1 -008130于19681975年由田心廠造，SS1 -131826于1976

13、1988年由株洲廠造，傳動比為88/19。表2 引進干線電力機車型號及主要技術參數表型號6Y26G16GF8K6K8G引進年代196119711972198719881987198819881990引進臺數25（已報廢）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赫茲集團日本三菱電機和川崎重工蘇聯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整方式高壓側32級調速高壓側有級調速恒流相控調壓準恒速相控調壓恒壓限流或準恒速相控調壓低壓側有級調壓電制動方式再生電阻電阻（2臺再生）再生電阻電阻牽引電機型號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空心軸抱軸瓦抱軸瓦抱軸瓦抱軸瓦傳動比單