電力機車基本知識課件

電力機車基本知識2023/6/82緒論世界電氣機車發(fā)展史

1825年，英國建立了第一條鐵路。1879年5月31日在德國柏林的世界貿(mào)易博覽會上，由西門子公司和哈克斯公司展出了世界上第一條電氣化鐵路，迄今已有130年的歷史。20世紀60年代，世界上第一條高速電氣化鐵路----東京到大阪的新干線在日本建成。到20世紀80年代，法國和德國先后建成了時速超過300公里的高速電氣化鐵道。電力機車選修教程2023/6/83中國電氣機車發(fā)展史

1961年8月15日，我國第一條電氣化鐵路寶成線（寶雞—鳳洲段）正式通車，從此揭開了中國電氣化鐵路的序幕。1998年5月，廣深線成為中國第一條準高速電氣化鐵路，時速為200公里。2006年京滬線開始施工，設計時速350公里。電力機車選修教程2023/6/84牽引網(wǎng)供電制式

按牽引網(wǎng)供電電流制式，可分為：直流制、低頻單相交流制、工頻單相交流制電力機車選修教程2023/6/85供電制式直流制

特點：電力機車構造簡單；接觸網(wǎng)電壓受限制(牽引電機端電壓)→初期3.3kV/6.6kV→接觸網(wǎng)復雜、供電距離短→變電所密度大→造價高；但對鐵路沿線通訊干擾小。用于地鐵、城市交通輕軌運輸系統(tǒng)、工礦運輸系統(tǒng)。低頻單相交流制采用25Hz或162/3Hz低頻電壓（減輕牽引電機的換向負擔）。實現(xiàn)方法：變頻或建低頻發(fā)電廠。牽引變電所的設備和運行管理復雜。電力機車培訓教程2023/6/86工頻單相交流制特點：變電所簡化；電壓提高（25kV)；牽引變電所間距增大；電力機車功率提高，可實現(xiàn)高速重載；能源直接取自電力網(wǎng)。優(yōu)點：電力系統(tǒng)供電功率大，速度高，起動快，過載能力強，輸送能力大；可充分利用多種能源，能源利用率高，運費低（運營費用低，勞動生產(chǎn)率高）；不污染環(huán)境。缺點：一次性投資高；設備復雜；對通訊線路產(chǎn)生干擾；對電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波干擾和不對稱影響電力機車選修教程2023/6/87電力牽引供電系統(tǒng)

電力牽引供變電系統(tǒng)是指從電力系統(tǒng)接受電能，通過變壓，變相后，向電力機車供電的系統(tǒng)。牽引供電回路是由牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、電力機車、鋼軌、地或回流線構成。另外還有分區(qū)亭、開閉所、自耦變壓器站等。電力機車選修教程2023/6/88

分區(qū)亭設于兩個牽引變電所的中間，可使相鄰的接觸網(wǎng)供電區(qū)段實現(xiàn)并聯(lián)或單獨工作。

開閉所，是將高壓電力分別向周圍的幾個用電單位供電的電力設施，位于電力系統(tǒng)中變電站的下一級。其特征是電源進線側和出線側的電壓相同。當然，區(qū)域變電站也具有開閉所的功能。但需明確的是，開閉所是區(qū)別于變電站而言的。在鐵路電力系統(tǒng)中，開閉所（sub-sectionpost）牽引網(wǎng)有分支引出時，為保證不影響電力牽引安全可靠供電而設的帶保護跳匣斷路器等設施的控制場所。多設于樞紐站、編組場、電力機務段和折返段等處。電力機車選修教程2023/6/89電力機車選修教程2023/6/810國家干線電力機車的技術發(fā)展從試制引燃管電力機車到生產(chǎn)硅整流器和晶閘管機車SS11958年和1960年試制出兩臺交-直電力機車，是參照國外一種新試制而未經(jīng)考驗的引燃管機車，結合我國鐵路情況設計的。1960年參加寶秦段通電試車，機車工作不可靠，主要為上引燃管容易出現(xiàn)逆弧現(xiàn)象，調(diào)壓開關工作不穩(wěn)定。經(jīng)兩次改進和線路運行考驗后，在004號機車上用硅整流器成功地代替引燃管后，經(jīng)過運用和鑒定，從008號機車起小批量生產(chǎn)，適應了當時電氣化鐵路的需要。又經(jīng)過幾次重大改進，根據(jù)需要，產(chǎn)量逐漸擴大。這種SS1型機車是我國第一種主型電力機車。到1988年停產(chǎn)，共生產(chǎn)了826臺。電力機車選修教程2023/6/811SS21969年曾制造過一臺SS2型機車，采用高壓側調(diào)壓開關和低壓全H級絕緣牽引電動機，后來成為科研性試驗車，如晶閘管、他勵電機等都先在該車上試用試驗。SS3國內(nèi)制成晶閘管后，電力機車上先將它用于SS1型機車的調(diào)壓開關的級間平滑過渡，提高了機車可靠性。在8個電壓級上運行時功率因數(shù)和諧波干擾仍保持原二級管整流機車水平。電子控制系統(tǒng)有恒流限壓特性，一些新技術先在SS1型機車上試驗，1978年試制出第一臺這種改進型機車，稱SS3型。到1992年共生產(chǎn)了689臺，以后生產(chǎn)改進的SS3B型。電力機車選修教程2023/6/812SS3B該車為株廠2002年為中國鐵道部開發(fā)的一種新型重載貨運電力機車，由兩節(jié)完全相同的6軸電力機車通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的12軸重載貨運電力機車，每節(jié)車為一完整系統(tǒng)。機車的每節(jié)機車裝有一臺牽引變壓器，兩臺整流器，每臺整流器給三臺并聯(lián)的直流牽引電機供電，每臺牽引電機在故障情況均可單獨隔離，保證其他電機正常工作，以提高機車的利用率。電力機車選修教程2023/6/813技術發(fā)展和新型電力機車

80年代后期，晶閘管電力機車技術又有發(fā)展，其中由于電力電子控制技術進展較快，我國除自動研究開發(fā)外，還吸收了一些國外先進技術。在購買技術性能好的8K型（8K型電力機車是中國鐵路引進的雙機重聯(lián)8軸大功率干線貨運用電力機車。8表示接車軸數(shù)，K表示采用可控硅二極管整流裝置。8K是法國阿爾斯通（ALSTHOM）公司專門為中國鐵路設計制造的，中方參與了8K型機車設計。機車時，與國外工廠合作在國內(nèi)制造兩臺，達到同樣技術水平。有10多種部件得到了技術轉讓，也吸收了一些大部件中一部分先進的設計和工藝。一些引進的技術，經(jīng)消化后已用于國產(chǎn)新興機車和改進型機車上。電力機車選修教程2023/6/814SS4SS4型晶閘管機車于1985年試制，取消了調(diào)壓開關。機車為8軸，額定功率為6400KW，每軸的功率、牽引力、電制動力都比SS1和SS3大，適合牽引重載列車。牽引電動車采用合理的較低電壓和改進的絕緣系統(tǒng)。受電弓改用單臂型。主斷路器改用真空型。但是運行后發(fā)現(xiàn)問題較多，與國外同類型機車相比，技術檔次較低，故開始研制SS4B。電力機車選修教程2023/6/815

后來，制造的電力機車有SS5型（最高速度140km/h，帶再生制動）、SS8型（170km/h）、SS6型（1500V牽引電動機）、SS6H型（1020V牽引電動機）、SS7型（B0-B0-B0軸式、全疊片電機）。改進型的電力機車有SS4G和SS4B、SS3G型。使用的新技術有：特性控制（多級恒流起動、準恒速運行）、防空轉防滑行裝置、加饋電阻制動、功率因數(shù)補償、牽引電動機用全H級或H/C級絕緣、軸重轉移電氣補償、空心軸傳動等。電力機車選修教程2023/6/816后期的技術發(fā)展SS8韶山8型電力機車是"八五"期間國家重點科技攻關項目，由株洲電力機車廠于1994年研制成功，它的成功填補了我國快速客運電力機車的空白。隨著電氣化鐵路的不斷發(fā)展，韶山8型電力機車目前成為我國快速客運的主型機車。韶山8型電力機車曾創(chuàng)造了中國鐵路機車的最高速度240km。電力機車選修教程2023/6/817SS9SS9型六軸干線大功率準高速客運電力機車是我國干線鐵路牽引旅客列車功率最大的機車。

持續(xù)功率4800kW、最大功率5400kW，Co-C。軸式、牽引工況恒功速度范圍為99-160km／h，最高速度為170km／h。機車主電路采用三段不等分半控橋整流電路，三臺電機并聯(lián)，無級磁場削弱及加饋電阻制動，實現(xiàn)了機車全過程的無級調(diào)速。機車采用恒流準恒速的特性控制方式，裝有防空轉／滑行保護系統(tǒng)、軸重轉移補償控制、輪軌自動潤滑系統(tǒng)、列車安全監(jiān)控裝置。采用LCU邏輯控制單元及微機控制系統(tǒng)，使機車控制系統(tǒng)具有控制、診斷、監(jiān)測功能。電力機車選修教程2023/6/818近期的技術發(fā)展交流傳動車1996年，AC4000型交流傳動電力機車成為中國第一臺交流傳動電力機車。KZ4A型機車是株廠2001年11月研制的交流傳動高速客運電力機車。該型機車試用于哈薩克斯坦共和國的鐵路干線，最高時速可達210km/h。機車在研制過程中堅持了先進、成熟、經(jīng)濟、適用、可靠的原則。首臺樣車于2004年3月12日剪彩下線。烏茲別克斯坦機車是株州機車廠參與國際市場競爭中標的又一國際項目。電力機車選修教程2023/6/819DJ型號交流傳動電力機車是我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權的商用型交流傳動電力機車。主要用于既有干線客運牽引和高速專線牽引，是一種能覆蓋普速、快速、高速區(qū)段的通用型號客運電力機車。空氣制動系統(tǒng)采用DK1電空制動系統(tǒng),電制動采用再生制動，其牽引、制動工況功率因數(shù)接近1，比傳統(tǒng)相控機車接觸網(wǎng)電流可降低20%，功耗減小50%

。電力機車選修教程2023/6/820電力動車組1、中華之星列車最高運營速度可達270km／h。由2節(jié)動力車和9節(jié)拖車組成。動車組采用交一直一交電力牽引方式。應用在秦沈線，投資1.3億人民幣。運行了53.6萬公里。2、藍箭2000年研制的交流傳動高速電動旅客列車組3、大白鯊

DDJ1型200km/h高速動車組

4、“中原之星”動車組為動力分散型、交流傳動電動車組，首列動車組于2001年10月生產(chǎn)下線。目前，配屬鄭州鐵路局，在鄭武線上運營。電力機車選修教程2023/6/821HXD1株洲機車廠西門子技術轉讓2（B0-B0）HXD2大同機車廠阿爾斯通技術裝讓2（B0-B0）HXD3大連機車廠東芝技術轉讓C0C0電力機車選修教程2023/6/822電力機車的組成及機械部分的組成和作用

一、電力機車的組成電力機車由電氣部分、機械部分和空氣管路系統(tǒng)組成。電氣部分包括牽引電動機、牽引變壓器、整流硅機組等各類電氣設備。通過它們把取自接觸網(wǎng)的電能轉變?yōu)闄C械能，同時實現(xiàn)對機車的控制。機械部分包括車體、轉向架、車體和轉向架的連接裝置和牽引緩沖裝置。空氣管路系統(tǒng)包括風源系統(tǒng)、制動機管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和輔助管路系統(tǒng)。電力機車選修教程2023/6/823二、電力機車機械部分的組成及各部分的作用1、車體——是電力機車上部車廂部分，可分為：（1）司機室：乘務人員操縱機車的工作場所。（2）機器間：用于安裝各種電氣和機械設備。2、轉向架——是機車的走行部分，是電力機車機械部分中最重要的部分，主要有：（1）構架：是轉向架的基礎受力點，也是各種部件的安裝基礎。（2）輪對：是機車在線路上的行駛部件，由車軸、車輪和傳動大齒輪組成。電力機車選修教程2023/6/824（3）軸箱：用以固定軸距，保持輪對正確位置，安裝軸承等。（4）軸箱懸掛裝置：也稱一系彈簧。緩沖軸箱以上部分的振動，減少運行中的動力作用。（5）齒輪傳動裝置：通過降低轉速，增大轉矩，將牽引電動機的功率傳給輪對。（6）牽引電動機：將電能變成機械能轉矩，傳給輪對。（7）基礎制動裝置：是機車制動機制動力的部分，主要由制動缸、傳動裝置、閘瓦等組成。電力機車選修教程2023/6/8253、車體與轉向架連接裝置也稱二系彈簧懸掛，設置在車體與轉向架之間。4、牽引緩沖裝置牽引裝置即指車鉤，它是機車與列車的連接裝置，為了緩沖連掛和運行中的沖擊，還設置有緩沖器。1、一系懸掛2、車體3、二系懸掛4、轉向架構架5、軸箱電力機車選修教程2023/6/826我國主要電力機車的介紹電力機車選修教程2023/6/827幾種電力機車參數(shù)比較車型項目SS3BSS4GSS7SS8SS9制造年代19921993年1996年1997年2001年機車總重量138t184

t138t88t126t軸重23t23t23t22t21t軸列式C0-C02(B0-B0)B0-B0-B0B0-B0C0-C0機車功率（持續(xù)制）4320kW6400kW4800kW3600kW5400kW機車最大速度100km/h100km/h100km/h170km/h170km/h機車持續(xù)速度48km/h51.5km/h44km/h100km/h99km/h起動牽引力490kN628kN485kN210kN286kN持續(xù)牽引力316.7kN436.5kN351kN126kN169kN車鉤中心線距21416mm2×16416mm22016mm17516mm22216mm電力機車選修教程2023/6/828

第一章牽引力第一節(jié)力的概念外力：把來自列車以外的物體作用于列車的力稱外力。內(nèi)力：組成列車的各單元即車輛之間的相互作用力成內(nèi)力。內(nèi)力總是成對出現(xiàn)，不改變物體的運動狀態(tài)?？傊熊囘\行過程中，作用于列車上的外力，有牽引力、重力、阻力、制動力。電力機車選修教程2023/6/829從運行狀態(tài)分：機車帶電運行---------牽引力和阻力作用于列車機車帶電惰行---------阻力作用于列車機車制動運行---------制動力和阻力作用于列車2023/6/830第二節(jié)粘著當一個物體受到外力時，隨著外力的加大，這個靜止的物體與支撐物之間的靜摩擦力也跟著加大，直到外力超過靜摩擦力的最大值，物體的靜止狀態(tài)被破壞。此時，物體在外力作用下，沿著支撐物表面開始滑動。我們把整個過程分為潛動階段和滑動階段。在機車軸荷重的情況下，當動輪壓在鋼軌上靜止不動時，在輪軌的接觸點處，也有靜摩擦力存在。2023/6/831分析：當外力F作用于鋼軌時，鋼軌給動輪反作用力F’，F(xiàn)力圖使動輪沿著鋼軌滑動，在潛動階段，這個外力就被輪軌之間，接觸面的高低不平的機械彈性變形和分子間的相互作用力所平衡。因而，不會發(fā)生滑動，而只產(chǎn)生彈性變形。通常，我們把這種阻止輪軌之間相對滑動的靜摩擦力稱為粘著力，這時的狀態(tài)稱為摩擦粘著。2023/6/832如果外力不斷加大，超過了粘著力，其結果輪軌接觸處的彈性變形力，分子相互吸引力再也平衡不了外力，輪軌之間，進入滑動階段。此時稱為滑動摩擦，其阻力稱為滑動阻力。當動輪相對鋼軌滑動后，由于滑動摩擦阻力總小于靜摩擦力，因而產(chǎn)生空轉。2023/6/833空轉的危害：造成列車運緩；造成電機環(huán)火；磨壞鋼軌。例如，曾發(fā)生過一起長10公里的區(qū)間運行56分鐘的運緩事故。重則造成電機環(huán)火，甩綁線、砸壞鋼軌的嚴重后果。如某年冬，在某車站啟動列車時，由于機車長時間的空轉，結果機車輪對下面的鋼軌被磨壞，造成報廢的事故。除此之外，還會擦傷輪箍踏面，導致機車某些緊固部件的松動，引起機車某些裝置的震動，從而影響機車使用壽命。2023/6/834在日常分析研究粘著現(xiàn)象時，把作用于動輪的外力和動輪、鋼軌間的粘著力相平衡的臨界瞬間，稱為“始動瞬間”。此時的粘著力成為極限粘著力。結論：在任何時候，機車動輪所能實現(xiàn)的牽引力不能大于輪軌間的極限粘著力。2023/6/835機車每個動輪的粘著力：F=1000φG公斤———————————（1-1）F————粘著力Ф————粘著系數(shù)G————機車動輪軸重噸要點：粘著力近似的可以認為與輪軌之間的靜摩擦力相等。但它并不是靜摩擦力。還和很多因素有關。世界上很多人在研究。粘著力與滾動摩擦毫無關系。更不能認為粘著牽引力由滾動摩擦產(chǎn)生的。2023/6/836第三節(jié)牽引力的形成電機電樞上的電磁轉矩是內(nèi)力，并不能使機車運動2023/6/837電力機車，同其他形式的機車一樣，實際上都是把一種輸入能量變換成牽引力做功的機械裝置。就直流電機來說，它通過機車受電弓，保有接觸網(wǎng)供給的能量輸送給牽引電機，由牽引電機再把電能轉換成機械能，借助于機車動輪和鋼軌的粘著作用進一步轉變?yōu)閯虞喼苌系耐鈾C械功，以驅(qū)動機車。無論是直流還是交流電力機車，其能量都由變電所供給，故其容量可以說是足夠大的，因而機車所發(fā)揮得牽引力，主要還是受限于能量轉換部分的工作能力。對應這些限制，電力機車的牽引力可分為：牽引電動機牽引力：即按牽引電動機的容量所得到的牽引力。粘著牽引力：由于在機車動輪與鋼軌間一定的粘著條件下，只能把一定的內(nèi)力轉變?yōu)橥饬?，所以，在通常把手粘著狀態(tài)限制所得到的牽引力稱為粘著牽引力。2023/6/838第四節(jié)電力機車的力傳遞過程中的三種主要牽引力在電力機車上，機械功的傳遞可分為三個主要的連續(xù)階段。首先，通過牽引電動機把從接觸網(wǎng)上所獲得的能量轉換為電動機軸上的輸出轉矩。其次，通過齒輪傳動裝置，經(jīng)動輪作用與鋼軌上，并由鋼軌作用與動輪產(chǎn)生輪周牽引力。最后，經(jīng)機車的有關機械裝置傳遞而作用于車鉤，以牽引列車。我們僅采用輪周牽引力來分析和計算。2023/6/839第五節(jié)粘著系數(shù)對于電力機車來說，機車所能發(fā)揮的最大牽引力受限于牽引電動機的牽引力和機車輪軌之間的粘著牽引力。但是，大容量的牽引電動機可以滿足人們提高牽引力的需要。故機車所能發(fā)揮的最大牽引力，實際上受限于粘著牽引力。因此，如何提高機車的粘著牽引力，就成為一個很重要的問題。2023/6/840機車每個動輪的粘著力：F=1000φG公斤————（1-1）F———粘著力Ф——粘著系數(shù)G———機車動輪軸重噸由上可知，要增加粘著力，一方面可以利用增加機車動輪軸的荷重，另一方面，可以借助于提高輪軌間的粘著系數(shù)來實現(xiàn)。但是，對于機車來說機車動軸荷重是一個常數(shù)，新設計的機車，軸重增加過多時，加大成本，并使機車結構復雜化，還提高了對線路的要求。因此，盡可能提高輪軌間的粘著系數(shù)，借以充分發(fā)揮機車牽引力，是機車運用部門的切實可行的辦法。2023/6/841已知知識：粘著力即機車沿鋼軌運行時，阻止機車動輪相對鋼軌滑動的一種摩擦阻力。粘著系數(shù)就是鋼軌在摩擦粘著狀態(tài)下的一種摩擦系數(shù)，它近似于鋼軌間的靜摩擦系數(shù)。所以如此，這是因為即使在機車動軸荷重，輪軌接觸面狀態(tài)一定的條件下，粘著系數(shù)并不是一個常數(shù)，它還受輪軌的材質(zhì)、機車運行速度等因素的影響在變化著。2023/6/842影響粘著系數(shù)的幾種主要因素粘著系數(shù)與材質(zhì)的關系：隨著輪軌材質(zhì)的不同，粘著系數(shù)也不同。材質(zhì)硬度大時，降低了輪軌接觸面的彈性變形力，因而粘著系數(shù)明顯下降。反之，接觸面間材料的彈性越好，粘著系數(shù)也越大。粘著系數(shù)與接觸面間狀態(tài)的關系：從實際運行中可以知道，潮濕、降霧、霜、小雨及當軌面有油污、冰霜等不清潔時，粘著系數(shù)將減小，適時、適量的撒沙，將提高粘著系數(shù)，大雨后，由于鋼軌表面的清潔，粘著系數(shù)將增加。2023/6/843粘著系數(shù)與運行速度的關系：速度低時，由于輪軌間接觸點的持續(xù)時間相對要長一些，因而粘著系數(shù)較大，當速度提高后，由于機車震動和搖擺程度的加劇，使輪軌接觸狀態(tài)變壞，從而使粘著系數(shù)降低。粘著系數(shù)和其他因素的關系：理論分析和實踐證明，因機車整備不良；牽引列車時翻車力矩的影響，或制動時，制動力的影響等造成的機車軸重不平衡，以及運行中動輪相對于鋼軌不可避免的縱向或橫向硬性滑動的存在，都將使粘著系數(shù)減小，而且，速度越高，這種影響愈大。2023/6/844綜上所述：影響粘著系數(shù)的因素不僅是諸多的，而且隨時隨地變化的，因而不可能有一個準確的、包括諸多影響因素的計算公式來計算它，通常在結算機車運行問題時，所采用的計算粘著系數(shù)石油多次實驗方法來求出的，其數(shù)值約在0.35-0.25之間變化。

2023/6/845第六節(jié)提高機車粘著牽引力的措施方法有三種：改善不良粘著情況；挖掘粘著潛力；緩和粘著力超限的影響。2023/6/846改善不良粘著情況采取在輪軌間撒入有一定要求的沙子（顆粒大小、成分、硬度、濕度）。缺點：A、在高速的情況下，效果較差，甚至無效。B、在嚴霜、降雪、落葉和鋼軌有油垢的情況下，效果較差，甚至無效。C、沙子不良、天氣不好，往往導致撒沙器工作不可靠。D、增加了輪、軌間的磨耗和列車阻力。E、影響通訊、信號軌道電路的正常工作。F、選用理想的沙子往往價格昂貴。使用化學除垢劑，有效的溶解和清除污垢，并且要避免在鋼軌上留下潤滑層。利用電弧，將附著在鋼軌上的油垢燒掉。采用機械的方法，如金屬刷、蒸汽或水的噴射器等，除去軌面上的油膩、塵土或水泥形成的特殊粘層。2023/6/847挖掘粘著潛力的方法必須使機車經(jīng)常保持有良好的技術狀態(tài)：不僅是同軸的兩個動輪，而且盡可能保持所有的動輪具有相同輪徑，各動輪軸均有均衡的荷重。各牽引電機應具有盡可能相近的特性曲線等。應保持機車行走部的清潔。特別是注意要調(diào)整好輪緣噴油器的噴頭角度，以防止將油噴至動輪踏面上。在起車和運行中，通過曲線、隧道地段時，應預先做好準備，及時、適當?shù)娜錾?。對于新設計機車來講，采用長軸距、牽引電機全懸掛，或?qū)⒁慌_轉向架的動輪軸機械地連接起來，以改善機車荷重的分配狀態(tài)，在允許范圍內(nèi)，采用最小的輪箍錐度。減少機車的簧下重量等，都有利于粘著力度提高。2023/6/848緩和粘著力超限的影響無論是在列車啟動，還是在運行中，只要發(fā)生了空轉，就說明此時瞬間牽引力超過了極限粘著力。但如果片面的加強調(diào)機車安全、可靠的工作，不發(fā)生空轉，而過多地降低牽引力，則非但不能發(fā)揮機車的牽引力，而且會使速度急劇下降，空轉更加嚴重，以致造成途停。所以，正常情況下，可行的辦法是，盡可能使機車以極限粘著牽引力工作，最大限度的發(fā)揮機車牽引力。在機車結構上，采用了彈性傳動裝置，它在粘著力瞬間超限時，有助于恢復正常粘著力。還有的裝設專門手把或按鈕操作的抗滑制動閘，滑行一旦出現(xiàn)，立即實施制動，以防止機車持續(xù)空轉。2023/6/849但是，上述裝置的作用并非完全理想。因而，SS4B機車上，裝置自動防空轉檢測裝置。當某軸發(fā)生空轉后，采用高性能的光電速度傳感器檢測空轉、滑行信號，該監(jiān)測裝置收到信號后，經(jīng)處理后，隨機發(fā)出指令，先撒砂，以增加粘著。若空轉依然存在，則裝置使電機自動減載，使機車恢復粘著，消除空轉或滑行。綜上所述，顯然可行的辦法只有保持機車良好的技術狀態(tài)，特別是撒沙器的作用良好，起車不要過猛，運行中精心的操縱，當通過曲線或潮濕的隧道時，及時、適當?shù)纳⑸?，或減少牽引力，以防發(fā)生空轉。過后迅速恢復牽引力，避免降低速度。在直線和干燥的線路上，則應增加牽引力，提高速度，才能良好的完成運輸生產(chǎn)任務。2023/6/850第二章直流電力機車的牽引特性引言：電力機車的牽引力是由機車牽引電機引起的，經(jīng)鋼軌沿機車運行方向上作用于動輪軸上的切向外力。在機車實際運行時，機車內(nèi)部狀態(tài)和外部條件是經(jīng)常變化的，因而機車所能發(fā)揮的牽引力、運行速度，也都是經(jīng)常變化的。這些不同的情況下，機車發(fā)揮的效能是不同的。對同一臺機車來說，在各種條件下功率發(fā)揮的情況，主要決定于它的牽引特性。2023/6/851第一節(jié)概述定義：機車的牽引特性：就是指機車的牽引力和運行速度之間的關系。這一關系主要由機車的內(nèi)部結構來固定。一臺機車制成后，其牽引特性就固定下來了。不同機車有不同的牽引特性。但是，對某一類型的機車來說，決定其牽引特性的因素是很多的。但是，從根本上確定和影響機車牽引特性的主要因素仍是牽引電動機本身的特性。所以，我們先從最簡單的直流電力機車開始。2023/6/852第二節(jié)牽引電動機的電氣特性直流電流機車的簡單原理如圖，直流電流經(jīng)接觸網(wǎng)（或接觸軌）經(jīng)受電弓（或其它受流器）導入，再經(jīng)斷路器、調(diào)壓電阻、牽引電動機、鋼軌流回變電所。牽引電動機接通電源旋轉，通過傳動裝置驅(qū)動牽引列車運行。由此可見，在直流電力機車中，牽引電動機是主要的部件，它由接觸網(wǎng)獲得的電能轉變?yōu)闄C械能，產(chǎn)生牽引力牽引列車運行。由此，直流電力機車的工作特性就決定于牽引電動機的工作特性。2023/6/853一、直流電機的轉速特性電機的轉速特性，是指電機轉動的速度與電機負載電流之間的關系。根據(jù)電機學中的分析，直流電機的反電勢E為：E=nCeФ其中：n為電機轉速。Ф為電機主極每極的有效磁通韋伯Ce為電機的結構常數(shù)，它與電機的本身結構有關。Ce=PN/60aP為電機極對數(shù)a為電樞繞組支路對數(shù)N為電樞導體數(shù)根據(jù)電壓平衡關系可知E=u-IRI-----電樞電流AR-----電樞回路電阻Ωu------電機端電壓V根據(jù)上式可得電機轉速公式n=(u-IR）/CeФ2023/6/854由n=(u-IR）/CeФ可以看出，當電機負載一旦發(fā)生變化，即電樞電流I發(fā)生變化時，電機的轉速按上式也要發(fā)生相應的變化。但這一變化比較復雜，因為還包括了磁通這一個量。由于磁通量的改變是由勵磁電流來決定的，并按照磁化曲線而變化。因而對于不同勵磁的電機，當負載電流變化時，磁通的改變是不同的。所以，電機的轉速公式僅用于定性分析，不用它來計算。實際上常用的是轉速特性曲線。轉速特性曲線是用實驗或計算的方法求出在各種負載下的轉速，然后把它們繪制在坐標圖上而得到的一些曲線。2023/6/855三種典型的直流電機特性曲線2023/6/856對于串勵電機來說，其勵磁電流與電樞電流是相同的。因而當電樞電流增加時，勵磁電流也同樣增加，在電流較小，電機磁路不飽和，磁通于電樞電流的變化成正比關系，其結果是磁通增加。同時，隨著電樞電流的增加，電樞回路的電阻壓降也隨之增加。由n=(u-IR）/CeФ可以看出，電機端電壓不改變的條件下，隨著電樞電流的增加，將使轉速急劇下降。此后，隨著電流的不斷增加，電機磁路亦愈趨飽和，其磁通不再隨電流的增加而成比例的增加，于是電機轉速下降趨勢變慢。最后盡管電樞電流仍然增加，而磁通幾乎不再增加，則速度的變化也就愈小。故串勵電機則具有了如圖形狀的轉速特性曲線。其他幾種特性曲線不再討論。2023/6/857二、直流電機的轉矩特性電機的轉矩特性是指電機的電磁轉矩與電樞負載電流之間的關系。根據(jù)電機學的分析，直流電機的轉矩M=CmФIФ-----主極每極有效磁通I-------電樞負載電流Cm------電機結構常數(shù)，它僅與電機結構有關。在M取為牛頓米為單位時，Cm=PN/2πa，若M用公斤米作單位時，Cm=PN/9.18*2*π*a同樣，轉矩特性也常用特性曲線來表示，對串勵電機來說，在電流較小時，隨著電流增加，磁通也近似成正比的增加，所以此時M近似于電流的平方成正比，因而曲線近似成一拋物線，在電流較大時，隨著電流增加，電機磁路飽和，磁通的變化很小，轉矩M近似于電流成正比，曲線近似為一直線。2023/6/858第三節(jié)串勵、它勵牽引電機的特性在電力牽引中，并非所有電機都可用作機車的牽引電機，這是由于牽引電機的特性必須滿足電氣穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。對各種勵磁方式的電機進行分析，可以知道，復勵電機不具有這兩個穩(wěn)定性，并勵電機只在負載較小時，具有電氣穩(wěn)定性，顯然這兩種電機都不適合組牽引電機。一般干線上采用串勵電動機。在小型電力機車采用加復勵電動機（城市電車），也可采用可控硅調(diào)節(jié)勵磁的它勵電動機作為牽引電動機。這里僅對串勵和它勵電機的特性作一分析。2023/6/859一、串勵電動機的機械特性電機的機械特性是指當電機端電壓固定不變時，轉矩和轉速之間的關系。我們可以得到電機的機械特性公式：

n=u/CeФ-RM/CeCmФ2串勵電機的特點在于流過勵磁繞組和電樞繞組的電流相同，因而，當負載變化時，磁通的大小也隨之改變。串勵電機的機械特性如圖所示。2023/6/860分析：n=u/CeФ-RM/CeCmФ2當電機的端電壓保持不變，在負載（I）較小時，電機磁路未飽和，磁通與電流成正比，因而隨著負載增加，式中第一項u/CeФ下降，第二項近似不變（因為M正比于Ф2）所以電機轉速隨負載增加而下降，圖中左半部分。當負載增加到一定程度使磁路飽和時，隨負載繼續(xù)增大，但磁通的變化已經(jīng)甚微，公式中第一項不變，第二項M正比于電流I，故隨著負載增加而增加，其結果使轉速下降。但因電樞回路電阻很小，所以轉速隨著負載增加而下降的并不多。圖中右半部分。2023/6/861如果電機的機械特性曲線是一條標準的反比曲線（雙曲線），那是最理想的情況，因為電機的功率等于轉速（角速度）和轉矩的乘積。即P=M*ω在這曲線的任意一點，功率都是不變的，如果設計功率為電機的額定功率，那么在任何情況下，電機都能發(fā)揮其功率。但實際上任何電機的機械特性曲線都不會是標準的雙曲線，串勵電機的機械特性曲線與雙曲線相近，稱之為軟特性。正因為如此，在整條曲線中，只可能有一部分是電機的功率發(fā)揮得最好的區(qū)段，在通常情況下，設計在電機額定轉速附近這一段。2023/6/862總結：串勵電機機械特性曲線非常適合電力牽引的需要，這有下面幾個方面來說明。串勵電機的起動轉矩正比于負載的電流平方，起動轉矩較大，這點正好滿足了電力機車的起動的要求串勵電機的機械特性是軟特性，對于電力機車來說，負載是在經(jīng)常大幅度的變化著，例如滿載或上坡時，負載增大，這時電機轉速下降較多，其輸出功率P=Mω的增加就較小，不致造成電機過載；反之，當機車負載較小時，隨著負載的減少，電機轉速隨之增加，輸出功率P=Mω下降也就減少，所以在輕載時，也能較好的發(fā)揮機車的功率。

2023/6/863串勵電機是不允許空載或輕載運行的。而電力機車的情況正好滿足這一要求，這是因為即使是一臺單機，也是帶上了一定的負載，所以不會造成電機的空載或輕載運行。所以，串勵電機最適合做牽引電機。串勵電機的軟特性又稱為牛馬特性。2023/6/864二、它勵電機特性它勵電機的特點在于勵磁繞組和電樞繞組分別在兩個獨立的供電回路中，勵磁繞組由另一單獨的電源供電。因而從公式看n=(u-IR）/CeФ

，當電樞回路中負載電流改變時，勵磁電流并不受影響，而是保持不變。由此產(chǎn)生的主極磁通也基本保持不變。所以當負載電流I變化時，速度的變化范圍是很小的（如果考慮到電樞反應的影響，當負載電流增大時，磁通稍有下降，速度可能保持不變或稍有提高），再從電機轉矩特性M=CmФI來看，在忽略負載的加大，電樞反應去磁作用增加的條件下轉矩與負載電流的關系基本是一條直線。2023/6/865由于它勵電機的轉速隨負載變化很小，因而它的機械特性（即機車的牽引特性）稱為硬特性。由圖可知，這種特性的自然調(diào)節(jié)能力是很差的，顯然不能直接用于電力牽引。但是，我們可以利用自動控制技術對它勵電機進行自動的、連續(xù)的外部調(diào)節(jié)，來滿足牽引的需要。2023/6/866對它勵電機的控制可分為兩部分。假定把電機在額定電壓和滿磁場時的速度稱為基本速度，在基本速度以下時（包括機車啟動過程）用改變電機端電壓的方法來控制。這時勵磁電流為一較大的基本勵磁電流，可以增大啟動牽引力，而電樞電流保持不變，即使牽引力保持不變，這樣可以實現(xiàn)電機平滑啟動。當達到預先給定的速度值時，電樞電流自動減小，使牽引力與此時的阻力相平衡。機車維持這一速度運行。在基本速度以上時，則利用磁場進行控制。如果我們給定一個比基本速度較大的速度，當電機達到額定電壓、機車達到基本速度后，將自動平滑的減小勵磁電流（類似磁場消弱）進一步提高速度，以至達到我們給定的速度時，電樞電流將自動減小，使牽引力與阻力再次平衡，機車維持提高后的速度運行。這樣一來，它勵電機就有可能實現(xiàn)恒轉矩啟動和恒功率運行。其特性曲線如圖。2023/6/867實現(xiàn)了自動控制的它勵電機與串勵電機比較起來，就具有更大的優(yōu)越性。在機車啟動時，可以實現(xiàn)恒轉矩啟動，在運行中可以實現(xiàn)恒功率運行，在轉入電氣控制時，不需要對勵磁回路進行改接，而且還具有良好的防空轉性能。當發(fā)生空轉時，電機轉速增加，對于相同的速度增量，串勵電機和它勵電機牽引力分別減少ΔF1和ΔF2，可見它勵電機隨著速度的微小變化，使相應輪對牽引力急劇下降，這就使粘著很快恢復，一般在輪對轉動一圈就可以得到矯正。2023/6/868第四節(jié)直流電力機車的牽引特性我們講了電機的一些特性，但在研究電力機車的運行中，所需要的是歸算到機車的動輪輪緣的特性。電機的轉速n應換算為機車的走行速度V，電機的轉矩換算為輪周牽引力F。2023/6/869一、電力機車的速度特性機車的走行速度即為動輪踏面處滾動圓的線速度，由于牽引電機與動輪之間僅通過齒輪進行傳動，因而機車的走行速度是與電機的轉速成正比的，假設機車動輪踏面處滾動圓直徑是D，齒輪傳動比是μ，則機車的走行速度為：V=60πD/1000μ*n=60πD/1000μ*（u-IR）/CeФ公里/小時式中D、μ及Ce對于一臺機車來說都是常數(shù)，我們可將這些常數(shù)合并起來，歸納為一個常數(shù)，將上式寫成于電機轉速公式相似的形式。V=（u-IR）/CФ公里/小時式中：C=1000μCe/60πD成為機車常數(shù)，它僅與機車本身結構有關。這就是機車的速度公式，其特性曲線與電機的轉速特性曲線式相似的，只不過選取的坐標的單位與比例不同罷了。2023/6/870二、機車的牽引特性機車牽引特性是指機車的牽引樂于走行速度之間的關系。即：F=f(V)。在以至換算到輪軸后的速度特性和牽引力特性后，即可按公式推導出機車的牽引力特性。但是，這一過程比較復雜，而且由于公式本身應用較之不大，因而一般機車的牽引特性都是用曲線來表示的。2023/6/871第五節(jié)電力機車特性曲線的繪制繪制電力機車的特性曲線有計算和實驗兩種方法。在此不再贅述。2023/6/872第三章整流式電力機車的牽引特性2023/6/873第一節(jié)整流式電力機車的整流線路整流式機車是采用單相交流供電，經(jīng)降壓、整流后，供給脈流牽引電機。它既采用了有利于遠距離供電的交流供電方式，又具有直流機車的良好牽引性能，但卻在機車內(nèi)增加了降壓、整流、濾波裝置，而且由于機車內(nèi)部工作條件的不良，使得對整流器的要求也較高。2023/6/874機車的整流一般采用中點抽頭式全波整流和橋式全波整流兩種線路。中點抽頭式全波整流線路原理如圖。2023/6/875橋式全波整流線路原理圖2023/6/876中抽式與橋式整流線路比較起來，橋式整流線路具有較多的優(yōu)越性。在牽引電機額定電壓相同的情況下，由于中抽式線路中變壓器低壓繞組每半周只有一半繞組有電流通過，那么這一半繞組就需供給牽引電機以額定電壓，而橋式整流線路整個低壓繞組供給牽引電機以額定電壓，所以，利用中抽式線路，將使變壓器容量增加，尺寸、重量相應增加。橋式線路中整流器所承受的最大反向電壓即為變壓器低壓繞組的最大值，其值為√2u2（u2為交流電壓的有效值），而在中抽式線路中，整流器承受的最大反向電壓為整個低壓繞組的最大值，其值為2√2u2，較之橋式為高。由上述原因，故現(xiàn)代整流式電力機車一般均采用橋式整流線路。2023/6/877SS4B整流電路為了降低電機的脈動，并控制電機電壓，同時降低對電網(wǎng)的諧波污染，SS4B整流電路為三段不等分整流調(diào)壓電路。為實現(xiàn)轉向架獨立控制方式，每節(jié)車采用二套獨立的整流調(diào)壓電路，分別向相應的轉向架供電。牽引繞組a1-b1-x1和a2-x2供電給主整流器70V，組成前轉向架供電單元；牽引繞組a3-b3-x3和a4-x4供電給主整流器80V組成后轉向架供電單元。其中各段繞組的電壓為Ua2x2=Ua1x1=2Ua1b1=2Ub1x1=699.5V2023/6/8782023/6/879三段不等分整流橋的工作順序如下所述：首先投入四臂橋，即觸發(fā)T5和T6，投入a2-x2繞組。T5、T6、D3和D4順序移相，整流電壓由零逐漸升至1/2Ud(Ud為總整流電壓)，D1和D2續(xù)流。在電流正半周時，電流路徑為a2→D3→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→D2→D1→T6→x2→a2；當電源處于負半周時，電流路徑為x2→T5→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→D2→D1→D4→a2→x2。當T5和T6滿開放后，六臂橋投入。第一步是維持T5和T6滿開放，觸發(fā)T1和T2，繞組a1-b1投入。電源處于正半周時，電流路徑為a2→D3→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→T2→b1→a1→D1→T6→x2→a2；2023/6/880當電流處于負半周時，電流路徑為x2→T5→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→D2→a1→b1→T1→D4→a2→x2。此時，T1、T2、D1和D2順序移相，整流電壓在1/2～3/4Ud之間調(diào)節(jié)。當T1和T2滿開放后，T1、T2、T5和T6維持滿開放，并觸發(fā)T3和T4、b1-x1繞組再投入。T3和T4順序移相，整流電壓在3/4Ud～Ud之間調(diào)節(jié)。當電源處于正半周期時，電流路徑為a2→D3→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→T4→x1→a1→D1→T6→x2→a2；當電源處于負半周時，電流路徑為x2→T5→71號導線→平波電抗器→電機→72號導線→D2→a1→x1→T3→D4→a2→x2。2023/6/881在整流器的輸出端還分別并聯(lián)了兩個電阻75R和76R，其電阻的作用有兩個：一是機車高壓空載做限壓試驗時，作整流器的負載，起續(xù)流作用；二是正常運行時，能夠吸收部分過電壓。2023/6/882第二節(jié)脈振電壓下牽引電機的工作情況在整流器式機車中，單相交路經(jīng)整流后，流入牽引電機的電壓為一脈動電壓。對這一脈動電壓進行數(shù)學分析可以知道，它是由直流分量和一系列的交流分量組成的。其直流分量的大小相當于變壓器次邊有效值的0.9倍，而交流分量中最低次諧波為供電頻率的兩倍，隨著諧波次數(shù)的增加，其幅值急劇下降，因而我們可以將高次諧波忽略不計，而把這一脈動電壓視為一直流分量和一兩倍頻率的交流分量疊加起來的。如果線路是純電阻性負載，則電流波形與電壓波形是相同的。但是，電機本身是一感性負載，因而電流波形在一定程度上被敷平，不過由于負載的電抗畢竟是有限的，因而，電流不可能被完全敷平，仍有很大程度的脈動。2023/6/883通過牽引電機的這一脈動電流，也可以近似的人為它是由一個直流分量和一個兩倍頻率的交流分量迭加成的。由于牽引電機電流中存在有兩倍頻率的交流分量，因而對電機的工作產(chǎn)生了影響，一方面是電機嚴重發(fā)熱，這是由于在具有相同直流負載的情況下，在脈動電機中銅損和鐵損都比直流電機中要高，所以是電機發(fā)熱增加，且效率降低。另一方面，由于交流分量的存在，在電機換向元件中產(chǎn)生交變電抗電勢和變壓器電勢，使換向條件惡化，所以盡管脈流電機和直流電機在原理上是相同的，但在設計脈流電機是必須考慮這一特殊情況而予以特殊設計。2023/6/884由于脈動電流對牽引電機的工作是不利的，所以應盡量減小電流的脈動程度，除在設計制造牽引電機時，對電機本身采取一些措施外，在機車線路中還要采取一些方法來改善電機的工作條件。電流脈動的程度，可用脈動系數(shù)來表示，脈動系數(shù)為電流脈動量的一半與平均電流之比，即脈動系數(shù)K為：

K=0.5ΔiB/IB在電力機車中，可認為電機的反電動勢為常數(shù)，如果忽略整流回路的電阻壓降，則電機的反電勢等于整流電壓的平均值，在這種情況下，經(jīng)過計算可知：K=0.33U/ωLIBU--------整流電壓的有效值

ω-------供電頻率

L--------平波電抗器的電感值第三節(jié)改善脈流電機工作條件的措施2023/6/885由K=0.33U/ωLIB可見，如果平波電抗器的電感為定值，那么隨著負載的變化（IB）脈動系數(shù)也會改變。為了使牽引電機能可靠的工作，要求在負載廣泛的變化時，脈動系數(shù)仍能保持不變，當機車工作在某一運行級時，整流電壓U，供電頻率都是不變的，由公式可知，要保證脈動系數(shù)為一定值，就需要時L*IB保持不變，即電感值對于負載電流平均值的變化為一雙曲線，如圖所示。2023/6/886在電力機車中采用具有鐵芯的電抗器，能近似滿足上述要求，當負荷較小時，鐵芯不飽和，電感值大。當負荷大時，隨著鐵心飽和程度的增加，電感值逐漸減小。由于平波電抗器實際的特性曲線和雙曲線有出入，如圖中曲線2，因此脈動系數(shù)在一定范圍為內(nèi)有變動。在線路中串聯(lián)一平波電抗器，以增加回路中的感抗，可以減小電流的脈動程度，從理論上講，如果回路中的電感是無窮大時，電流就會沒有脈動，完全成為直流，但實際上，由于重量、體積的限制，平波電抗器的電感不僅是有限的，而且也不可能很大，因而只能減少電流的脈動程度，而不會完全消除電流的脈動。2023/6/887此外，還采用固定分路電阻的辦法來改善脈流電機的換向條件。由于電機換向元件中的變壓器電動勢是由于主磁通的脈動而產(chǎn)生的，那么減少主極繞組中電流的交流分量就可以減小變壓器的電勢，為此在主極繞組上并聯(lián)一電阻，如圖所示，由于主極繞組和固定分路電阻比較而言，前者可以認為是一個無阻的電感，后者可以認為是一個無感的純電阻。這樣，電樞通過電流IB時，其中的交流分量大部分通過了分路電阻。而它的直流分量大部分通過主極繞組，結果是主極繞組中電流的脈動成分大大減少，從而降低了電機換向元件中的變壓器電勢。圖中所示為SS4B中的情形。2023/6/888SS4B電路2023/6/889第四節(jié)整流器式機車的牽引特性整流器式機車采用的脈流電機與直流機車動直流電機在原理上是相同的，因而，它們的特性也基本相同。它們的不同之處在于：直流機車中，牽引電機直接由接觸網(wǎng)吸取直流電流，牽引電機的端電壓直接由電網(wǎng)電壓決定，而整流器式機車須經(jīng)過變壓和整流過程，因而牽引電機所取得的電壓并非是變壓器低壓繞組的輸出電壓，而要受到整流線路一些特殊的影響，使牽引電機端電壓降低，2023/6/890具體對電壓影響的因素有下述幾個方面：

在理想的情況下，隨著電源電位的改變，一組整流器到另一組整流器的開通，關斷狀態(tài)的轉換工程是瞬間完成的，而實際的情況是在兩組整流器接替供電的轉換中有一重疊過程，在這一過程中，整流電壓為0，從而使一個周期的平均整流電壓降低。整流回路中存在一定的電阻，將引起一定的壓降（當然這一電阻不包括電機本身的電阻）。整流回路中存在一定的電抗（包括變壓器低壓繞組的漏抗）也會引起一定的壓降。整流元件本身也有一定的壓降，當然對于半導體元件來說，這一壓降是很小的。2023/6/891由于上述原因，在整流回路中造成壓降，使牽引電機所取得的電壓降低，但問題還不僅僅于此，這些壓降并不是固定不變的，而是隨著負載的增加而增加，因此，即使當機車處于某一固定級位，變壓器低壓繞組輸出電壓是固定不變的，而隨著負載的增加，作用在牽引電機上的電壓將有所降低。據(jù)此，整流式機車比起直流機車來說，隨著負載的增加，機車的速度要下降得稍快，因而，其速度特性曲線也就要陡一些。至于牽引力特性，由公式F=0.367CФI可知，牽引力僅與機車常數(shù)、主極磁通及負載電流有關，而與電壓無關，所以，無論是直流機車還是整流是機車，只要牽引電機磁通與電流關系相同，機車常數(shù)一樣，那么，它們的牽引力特性曲線將十分接近。整流器式機車的特性曲線，一般也是用實驗的方法來繪制的。2023/6/892第四章電力機車的啟動和調(diào)速第一節(jié)電力機車調(diào)速概述2023/6/893電力機車牽引列車運行的情況分析：列車由停車狀態(tài)開始，先經(jīng)過一個起動加速的過程。逐漸提高速度，達到使電力機車按其自然特性進行運行。在運行過程中，需根據(jù)列車運行圖、線路變化等運行條件來改變機車運行速度，充分發(fā)揮電力機車的功率，提高運輸能力，以實現(xiàn)多拉快跑。在需要停車之前，還應及時進行制動，使列車停止運行。所以列車有起動、調(diào)速、制動三個基本運行狀態(tài)。從速度變化來看，起動是速度從零增加到運行速度的一個加速過程，調(diào)速是從某一速度到另一速度的變速過程，制動是速度從某一值降到零的減速過程。因而，盡管起動、調(diào)速、制動體現(xiàn)了列車運行狀態(tài)的不同，但歸根結底，卻都是速度變化的過程，所以，啟動、制動只不過是調(diào)速的一種特殊形式罷了。2023/6/894為了多拉、快跑、安全、正點地完成輸送任務，盡可能提高列車運行速度有著十分重要的意義。但是，鑒于機車所牽引的車列重量不同、線路縱斷面的改變、某些臨時性的原因（如線路施工限速）以及在運行中對不同運行速度的具體要求等因素的影響，事實上，在整個運行區(qū)段列車的運行速度是在一個相當大的范圍內(nèi)變化著。因此就要求機車應具有良好的速度調(diào)節(jié)能力。在調(diào)速過程中，我們要求做到一個速度級轉至另一速度級時，盡可能平穩(wěn)的過渡，以避免電流和牽引力的突變引起列車的沖動，同時調(diào)速應該是經(jīng)濟的，而不應因調(diào)速而引起額外的能量損耗，此外，調(diào)速方法還應是簡單可靠的2023/6/895由于機車是靠牽引電機通過齒輪傳動的，所以機車的調(diào)速實質(zhì)上是牽引電機的調(diào)速，我們知道：

V=（u-IR）/CФ不難看出，只要改變電機的端電壓u，或改變電動機電樞回路的電阻R，或調(diào)節(jié)牽引電機主極磁通Ф，均可以達到調(diào)速的目的。2023/6/896第二節(jié)直流電力機車的調(diào)速上節(jié)談到的三種調(diào)速方法在直流機車中均有應用。圖中繪出了直流機車利用可變電阻調(diào)速的主回路原理圖。在線路中串可調(diào)電阻R，隨著R之逐漸減小，機車的運行速度及逐漸提高。采用這種方法雖簡單，但由于在電阻內(nèi)有較大的能量損耗，因此是不經(jīng)濟的。這種方法僅在直流機車上作短時間的起動調(diào)速使用，不允許長期運行。在整流式機車上根本不用。2023/6/897直流機車由于牽引電機直接與接觸網(wǎng)連接，因而，調(diào)節(jié)電機端電壓的方法，受到一定的限制，它僅僅能用改變電機串、并聯(lián)的形式進行。圖中繪出了四軸機車利用改變電機串并聯(lián)的方式來調(diào)速的情形。這樣的結果使得電機端電壓為U，1/2U,1/4U。2023/6/898第三節(jié)磁場消弱利用磁場消弱的方法，以提高機車運行速度是經(jīng)濟的，因而增加了機車的經(jīng)濟運行級位。此外，還可充分發(fā)揮機車功率。這是由于串勵電機的特性曲線并不是一條等功率曲線（雙曲線）而是隨著機車速度的提高，電機發(fā)揮的功率逐漸減小，但在使用磁場消弱后，在同一轉速下，使牽引電機電樞電流相應增大，因而牽引電機的功率也相應增大。2023/6/899但是，用磁場消弱的方法得到的運行級位卻不能過多，因它一方面受電機磁路飽和的限制，磁通量Ф不能過大，另一方面，過分消弱主極磁場，加之電樞電流的增大，會使電樞反應強烈，磁場畸變過甚，致使電機的安全整流不能得到保證。此外，過多的磁場消弱級，還將增加機車設備，使控制線路復雜。并降低電機本身的技術經(jīng)濟指標，使單位功率的重量體積增加。2023/6/8100磁場消弱的程度用磁場消弱系數(shù)β來表示。在磁路不飽和的條件下，利用磁勢代替磁通的概念是允許的。則：β=IxWx/ImWmIx---滿磁場時主極勵磁電流Wx---滿磁場時主極勵磁繞組匝數(shù)Im---具有相同電樞電流時，磁場消弱條件下主極勵磁電流Wm---具有相同電樞電流時，磁場消弱條件下主極勵磁繞組匝數(shù)由上式可見，改變主極磁勢有兩種方法，一種是改變勵磁繞組的匝數(shù)，使全部勵磁電流通過一部分勵磁繞組，此時，β=Wx/Wm，另一種方法，是使一部分勵磁電流仍通過全部繞組，此時，β=Ix/Im。2023/6/8101顯而易見，第一種辦法是電機結構復雜，并且β值已經(jīng)確定后就不易改變。故目前廣泛采用的是第二種方法，用電阻將主極繞組分路，使部分勵磁電流流經(jīng)分路電阻。此方法稱為磁場分路法。SS4電力機車采用的是電阻分路法。如圖所示。電機主極繞組的電阻是固定的，因而這種方法進行磁場消弱時，β值僅有分路電阻的阻值來決定，要得到不同的磁場消弱系數(shù)，只需改變分路電阻的阻值即可。應該指出：對分路電阻值要求很精確，而且在工作中保持不變，否則將是各電機的磁場消弱系數(shù)不一致，造成各電機負載分配不均衡。2023/6/81022023/6/8103以上是對穩(wěn)定工作狀態(tài)的分析。但在瞬變過程中（例如電機電壓急劇上升）勵磁繞組的電感將阻止電流在其中增長，而分路電阻中沒有電感，電動機中的電流絕大部分流經(jīng)分路電阻，使分路電阻過熱燒紅。此外，在這種情況下，由于磁場不能很快加強，造成電機反電勢不足，致使電機嚴重過載，同時，在弱磁場下電樞電流過大，也會引起電機環(huán)火。2023/6/8104為消除這一缺陷，SS4B型機車在采用磁場消弱時，分路電阻回路中串接了一個電感，如圖所示。在采用了感應分路時，為維持恒定的消弱系數(shù)β，必須滿足下列兩個條件：Rx=βRc/（1-β）Lx=βLc/（1-β）第一條容易滿足，而第二條則不易滿足。因為在運行中，勵磁繞組的電感在較大范圍內(nèi)變化的，這就要求感應分路的電感也隨改變。而且在不同的消弱級別里，感應分路電感也應改變。不過一般是使用一個電感和多個分路電阻分別組合，來用于不同的磁場消弱級中。2023/6/81052023/6/8106最后，我們討論使用磁場消弱時的暫態(tài)過程。以串激電機為例，參照上圖，假如機車在某一時刻，牽引力與外界阻力相等，列車勻速運行。當接入分路電阻的瞬間，由于勵磁繞組中電感的電磁慣性作用，電流Ic保持不變，磁通Ф也保持不變，而分路接通后也有電流通過，這就使電樞電流I上升，電機轉矩M=CmФI有所增加，這時，牽引力大與外界阻力，使機車運行速度開始提高，速度提高后，電樞電流又有所下降，引起勵磁繞組電流Ic下降，磁通量Ф減少，磁通的降低又使電機轉矩M減小，當牽引力又重新等于外界阻力時，機車速度停止變化，保持在這一提高了的速度下穩(wěn)定運行。這時的電樞電流仍高于原來的電流。2023/6/8107如果磁場消弱的同時，外界阻力恰在這里有所增加，這樣，當電機轉矩增加時，其增加量有可能與阻力的增加互相抵消，這樣一來，機車的速度就不會再提高，磁通量也不會改變，只不過是電樞電流增加，相應提高了機車的牽引力。但在實際運行中，機車的牽引力的發(fā)揮受到了線路粘著條件的限制，因而使用磁場消弱提高牽引力的實際意義并不大。特別是在長大坡道，粘著條件不好的情況下，由于每一級磁場消弱造成的電流變化較大，反而容易超出粘著限制而造成機車空轉，導致牽引力喪失，所以在這種情況下使用磁場消弱時應予注意。2023/6/8108瞬變過程中（例如電機電壓急劇上升）勵磁繞組的電感將阻止電流在其中增長，而固定分路電阻中沒有電感，電動機中的電流絕大部分流經(jīng)固定分路電阻，使分路電阻過熱燒紅。此外，在這種情況下，由于磁場不能很快加強，造成電機反電勢不足，致使電機嚴重過載，同時，在弱磁場下電樞電流過大，也會引起電機環(huán)火。磁場消弱下的特性曲線，可由滿磁場時的特性曲線及磁場消弱系數(shù)來計算繪出。2023/6/8109第四節(jié)整流式機車的調(diào)速整流器式機車采用改變牽引電機端電壓和磁場消弱兩種方法來調(diào)速。由于在整流式機車中安裝了牽引變壓器和采用可控的整流器進行整流，因而可用改變變壓器低壓繞組輸出電壓或改變可控的整流器的導通角的辦法來進行調(diào)速。加之這種方法調(diào)節(jié)方便，范圍廣泛，可得到很多的經(jīng)濟運行級，其效率高。故利用改變電機端電壓進行機車調(diào)速是整流器式機車的主要調(diào)速方式。為在高壓情況下得到更多的運行級位，同時在高速是提高機車功率，整流器式機車也采用了磁場消弱的方法進行調(diào)速，其原理與直流機車相同。2023/6/8110第五節(jié)對電力機車啟動的要求在牽引力的作用下，克服列車所受到的各種阻力產(chǎn)生加速度，使原來靜止的列車將以某一速度運行。我們把機車由靜止狀態(tài)到最終運行在其自然特性上的過程稱為機車的啟動過程。啟動過程是調(diào)速的一種特殊形式，因而前述的調(diào)速的基本原理對于啟動也是適用的。啟動過程要求啟動快和穩(wěn)，減少列車的啟動時間，可以提高列車平均速度，縮短運行時間，對鐵路運輸有很大的經(jīng)濟意義。為了啟動迅速，應有較大的啟動牽引力，以使列車有較大的加速度。啟動平穩(wěn)可以保證機車免受較大的機械沖擊和電流沖擊，所以希望列車以勻加速的形式運行。2023/6/8111

要求機車啟動時盡量減小啟動電流和啟動牽引力的擺動，維持一個較大的常數(shù)。最理想的情況是采用無級平滑調(diào)壓，恒流啟動。雖然增大啟動電流和啟動牽引力能使啟動過程縮短，但啟動電流卻不能過大，這是因為它要受到電機安全整流系數(shù)和線路粘著條件的限制。對于現(xiàn)代直流機車和整流器式機車來說，由于牽引電機的不斷發(fā)展和完善，在粘著條件允許條件下已能保證電機的安全整流，所以主要矛盾就是線路粘著條件的限制，如果啟動電流過大，超出了粘著條件許可的范圍，則輪對發(fā)生空轉，反而喪失了牽引力。此外，在機車的啟動過程中，還要求能量的損耗要小，由于機車經(jīng)常啟動，所以這一要求是有十分重要的經(jīng)濟意義的。2023/6/8112第六節(jié)電力機車的啟動

在啟動前，機車靜止不動，當牽引電機得到電壓的瞬間，電樞無反電勢，電樞電流僅由電壓及回路電阻來決定，I=u/R。顯然，如把接觸網(wǎng)電壓直接加于電機，必然產(chǎn)生很大的電流，這是不允許的，所以必須設法降低啟動時的牽引電機電壓。整流式機車啟動方法與其調(diào)速是相同的。也是逐步提高變壓器次邊輸出電壓來實現(xiàn)的。啟動過程與調(diào)速過程是無嚴格界限的。采用可控硅整流無級調(diào)壓的機車，可以達到平滑啟動（即無級啟動），這時可保持啟動電流和啟動牽引力不變，而且可按粘著條件維持在最大值，不僅啟動平穩(wěn)，而且啟動牽引力大。2023/6/8113

第五章車輛的機械制動裝置

及空氣動力制動第一節(jié)機車的機械制動裝置2023/6/8114電力機車的機械制動裝置和蒸汽機車、內(nèi)燃機車的基本上都是一樣的，它包括有制動機；傳動杠桿機構；閘瓦懸掛裝置；閘瓦以及各種附屬裝置，安全鐵托。機械制動裝置的作用原理是：由制動機制動缸鞲鞴產(chǎn)生的推力，經(jīng)傳動杠桿機構增大若干倍后，均勻的作用于各閘瓦，產(chǎn)生閘瓦壓力，使閘瓦與輪箍產(chǎn)生機械摩擦，把機車運行中所產(chǎn)生的動能轉換成熱能，逸散到空氣中，以達到機車調(diào)速或停車的目的。例如，當列車高速運行，實行大減壓量制動，看到機車下部有一條“火龍”，這就是由于閘瓦和輪箍踏面在強烈的摩擦時，分離下來的帶有大量熱量的小片（粉末）進入外部空間與空氣中的氧氣作用，燃燒成的火花所致。2023/6/8115在機械自動制動中，由于作用于閘瓦之推力產(chǎn)生的原因不同，分為空氣制動機和手制動機?，F(xiàn)在的機車空氣制動機和手制動機，其傳動共桿機構、閘瓦懸掛裝置，閘瓦都完全一樣。所不同的，僅在于空氣制動機，利用壓縮空氣產(chǎn)生制動鞲鞴的推力，而手制動機是利用人力，通過手輪等產(chǎn)生拉力，驅(qū)動杠桿機構進行制動。目前我國運行的電力機車上，均設有這兩種形式的制動機。不過，在日常運用中，基本上是使用空氣制動機，手制動機僅作為一種后備制動裝置，它只在機車長期封存、空氣制動機故障，或在某些特殊情況下才使用，因此，無論在正常的運行中，或作為關于列車運行制動力的計算式，都不考慮手制動機車作用。2023/6/8116由司機操縱設在司機室的制動機的制動閥來控制機車機械制動裝置的動作，以改變機車制動、緩解狀態(tài)。各種空氣制動裝置，除制動機外，基本上都無太大的根本性的差別，正由于制動機在機車制動機械裝置中占有這樣重要的地位，所以機車空氣制動裝置均以制動機的型號來命名。就電力機車而言，除了利用機械制動裝置產(chǎn)生的制動例外，還可采用電氣制動的方式來產(chǎn)生制動力。因而在操縱過程中就產(chǎn)生了一個機械、電氣制動向配合的問題。為了使機車機械制動能與電氣制動很好的配合使用，并防止因制動力過強而發(fā)生擦傷動輪的現(xiàn)象，要求列車管具有相同減壓量的情況下，使用電氣制動牽引運行時，機車后制動鞲鞴的推力要小。2023/6/8117第二節(jié)車輛空氣制動機

車輛空氣制動機，是實現(xiàn)車輛制動的裝置，它主要由三通閥；列車軟管、軟管連接器及防塵堵；折角塞門；遠心集塵器、濾塵網(wǎng)；副風缸、輔助風缸；制動缸；基礎制動裝置；閘瓦懸掛裝置以及閘瓦等組成。車輛空氣制動機的基本作用原理是：當司機操縱機車空氣制動機自閥，以改變列車管壓力空氣的壓強時，促使三通閥動作，控制壓縮空氣進入或排出制動缸，以實際車輛的制定或緩解。當對列車實行制動時，列車管減壓、三通閥動作、使副風缸的壓縮空氣進入制動缸，推動制動缸鞲鞴，再經(jīng)基礎制動裝置的作用，使閘瓦壓緊車輪，以實現(xiàn)車輪制動。2023/6/8118反之，當緩解列車時，由于列車管壓縮空氣壓強的提高，促使三通閥向反方向動作，此時由列車管來的壓縮空氣直接進入副風缸，同時制動缸壓縮空氣經(jīng)三通閥排氣口排向大氣，在緩解彈簧的作用下，制動缸鞲鞴內(nèi)移，車輛緩解。三通閥與列車管、副風缸、制動缸三者相通，而車輛的制動與緩解又都有賴于三通閥的動作，因而，車輛空氣制動機的好壞關鍵在于三通閥及技術狀態(tài)的優(yōu)劣。由于三通閥在車輛空氣制動機中占有如此重要的地位，故通常車輛制動機均以三通閥的名字命名。2023/6/8119第三節(jié)空氣制動的理論

空氣的壓強與容積的關系由物理學的波意爾——馬略特定律可知，當環(huán)境溫度不變時，一定量的氣體，其體積與壓強的成績應為一常數(shù)，如果以P1、V1分別表示空氣在壓縮或膨脹前的壓強和體積，以P2、V2分別表示氣體在壓縮或膨脹后的壓強和體積時，則有如下關系：

P1V1=P2V2=常數(shù)2023/6/8120這里應指出，上式中的壓強是按絕對壓強為基礎計算的，而通常機車、車輛所裝設的壓力表上指示的數(shù)值是以大氣壓強為基礎求得的，因而由表量壓強求絕對壓強時，需在表示數(shù)值上再加上大氣壓強。大氣壓強因測量低點的海拔高度、天氣情況的不同而不同，其標準規(guī)定位一個大氣壓強在數(shù)值上與橫截面為1平方厘米的760毫米高的水銀柱重量相等。在實際應用中，取大氣壓強為1公斤/平方厘米。2023/6/8121容積比、列車管減壓量與制動缸壓縮空氣壓強的關系當列車施行制動時，列車管減壓，機車分配閥、列車三通閥分別動作，使壓縮空氣進入制動缸，制動缸鞲鞴產(chǎn)生推力，以實現(xiàn)機車、車輛之制動。然而制動缸壓縮空氣之壓強就機車而言，是隨著分配閥的壓縮空氣室與作用空氣室及作用筒的容積在變化著；對于客貨車來說，制動缸壓縮空氣之壓強是隨著副風缸、輔助風缸與制動風缸的容積比變化。例如副風缸的容積是甲制動缸的容積的四倍，是乙制動缸的容積的二倍，同樣的，由副風缸向制動缸沖入壓強為2公斤/厘米2的壓縮空氣時，則甲制動缸的壓縮空氣壓強就變成8公斤/平方厘米，而乙制動缸的壓縮空氣壓強就只有4平方厘米。2023/6/8122第六章電力機車的電氣制動

第一節(jié)概述制動也是調(diào)速的一種形式，但列車運行中需要減速、停車或在長大坡道需調(diào)速運行時，都必須采取制動措施，以控制機車運行速度。列車運行的安全性，在很大程度上決定于其制動性能的好壞，隨著鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，行車速度提高，對制動性能也相應提出較高的要求，以保證高速運行時的可靠制動。在動力機車上所以能實行電氣制動，是由于牽引電動機也具有工作可逆性的緣故。即牽引電機不僅能在獲得電能時作電動機運行，產(chǎn)生牽引力；而且當它在外力拖動下轉動時，還可以作發(fā)動機運行，把機車的動能轉換成電能，對機車產(chǎn)生制動力。2023/6/8123例如，列車在長大下坡道上運行時，速度將漸次增高。當機車使用電氣制動時，則列車在坡道上的下滑力拖動了牽引電機電樞旋轉，使牽引電機作為發(fā)電機運行，以產(chǎn)生反力矩，抵消列車下滑的部分能量，從而控制了列車的運行速度。根據(jù)牽引電機作為發(fā)電機運行所轉換來的電能的利用方式的不同，可將電氣制動分為電阻制動和再生制動兩種。電阻制動是牽引電機做發(fā)電機運行，將列車運行中的機械能散發(fā)到大氣中去。再生制動則是將發(fā)電機的電能送回接觸網(wǎng)，供給區(qū)段內(nèi)其他機車用電，或再經(jīng)牽引變電所回送到一次電力系統(tǒng)中去。2023/6/8124用電氣制動時，制動力隨著速度的增高而增大，這就保證了在高速行車時有可靠的制動效能。從而列車在長大下坡道上，可以以較高的速度運行。同時使用電氣制動時，還可以獲得良好的制動力調(diào)節(jié)特性，減輕乘務員的勞動強度、改善勞動條件，此外還將大大減小輪箍及閘瓦的磨耗，減輕機車車輛的日常維修保養(yǎng)工作。使用再生制動時，不僅可以大大節(jié)約電能，而且對于提高接觸網(wǎng)壓，減小接觸導線截面，延長變電所距離，從而減少電氣化鐵道一次投資方面也有著十分重要的意義。不過電氣制動也有其一定的弱點，即在低速時制動力較小，一般不能用來停車，所以，機車上必須配備兩種制動系統(tǒng)。另外，使用再生制動時，由于逆變流也帶來一些副作用。2023/6/8125使用電氣制動時，也應滿足電氣和機械穩(wěn)定性的條件。電氣穩(wěn)定性即由于某種原因造成電流偏移時，應能自動恢復到原來的平衡狀態(tài)。機械穩(wěn)定性即由于某種原因使速度提高（或降低）時，制動力應隨著增大（或減?。?，以恢復到原來的平衡狀態(tài)。同時，由于運行條件的變化，電氣制動還應能在較廣泛的范圍能進行調(diào)節(jié)。2023/6/8126第二節(jié)電阻制動在使用電阻制動時，牽引電機應與接觸網(wǎng)斷開，而與制動電阻接成回路，因而無論直流機車或整流機車，在使用電阻制動時，情況是相同的。由于在電阻制動時，牽引電機作為發(fā)電機運行，因而它的特性與作為電動機運行便有所不同。同時，由于制動時對電氣穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性的要求也與牽引狀態(tài)下不同，所以必須