標籤: 暫無標籤

電力機車是指從外界擷取電力作為能源驅動的鐵路機車,電源包括架空電纜、第三軌、電池等。同樣使用牽引電動機的電傳動柴油機車、燃氣機車等並不屬於電力機車。

電力機車電力機車

1 電力機車 -概況

(圖)西班牙的電力機車
西班牙的電力機車

由牽引電動機驅動車輪的機車。電力機車因為所需電能由電氣化鐵路供電系統的接觸網或第三軌供給,所以是一種非自帶能源的機車。電力機車具有功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業時間短、維修量少、運營費用低、便於實現多機牽引、能採用再生制動以及節約能量等優點。使用電力機車牽引車列,可以提高列車運行速度和承載重量,從而大幅度地提高鐵路的運輸能力和通過能力。電力機車起動加速快,爬坡能力強,工作不受嚴寒的影響,運行時沒有煤煙,所以在運輸繁忙的鐵路幹線和隧道多、坡度陡的山區線路上更能發揮優越性。此外,電力旅客列車,可為客車空氣調節和電熱取暖提供便利條件。電力機車由於電氣化鐵路基本建設投資大,所以應用不如柴油機車和蒸汽機車廣泛。

2 電力機車 -歷史沿革

電力機車電力機車

1835年荷蘭的斯特拉廷和貝克爾兩人就試製以電池供電的二軸小型鐵路車輛。1842年蘇格蘭人R.戴維森首先造出一台用40組電池供電的重 5噸的標準軌距電力機車。由於電動機很原始,機車只能勉強工作。1879年德國人 W.von西門子駕駛一輛他設計的小型電力機車,拖著乘坐18人的三輛車,在柏林夏季展覽會上表演。機車電源由外部150伏直流發電機供應,通過兩軌道中間絕緣的第三軌向機車輸電。這是電力機車首次成功的實驗。電力機車用於營業是從地下鐵道開始的。1890年英國倫敦首先用電力機車在 5.6公里長的一段地下鐵道上牽引車輛。幹線電力機車在1895年應用於美國的巴爾的摩鐵路隧道區段,採用675伏直流電,自重97噸,功率1070千瓦。19世紀末,德國對交流電力機車進行了試驗,1903年德國三相交流電力機車創造了每小時210.2公里的高速紀錄。

電力機車神州號雙層動車組

中國於1914年在撫順煤礦使用1500伏直流電力機車。幹線鐵路電力機車採用單相交流 25000伏50赫電流制。1958年製成第一台以引燃管整流的「韶山」型電力機車。1968年改用硅整流器成功,稱「韶山1」型,持續功率為3780千瓦。

近年來幹線電力機車向大功率、高速、耐用方面發展,客運電力機車速度已從每小時160公里增加到200公里,並向250公里邁進。
各國製造的電力機車電壓制較複雜,不便於國際間鐵路聯運過軌。近年來國際上已定出幾種電力機車用標準電壓。直流電壓為600伏(非優先選用)、750伏、1500伏和3000伏。單相交流電壓6250伏(非優先選用)、工頻50或60赫,電壓15000伏、工頻電力機車赫,電壓25000伏、工頻50或60赫等幾種。

3 電力機車 -構造

電力機車韶山1(SS1)型電力機車
電力機車由機械部分、電氣部分和空氣管路系統三部分組成。
機械部分  包括走行部和車體。走行部是承受車輛自重和載重在鋼軌上行走的部件,由2軸或3軸轉向架以及安裝在其上的彈簧懸挂裝置、基礎制動裝置、輪對和軸箱、齒輪傳動裝置和牽引電動機懸挂裝置組成。車體用來安放各種設備,同時也是乘務人員的工作場所,由底架、司機室、台架、側牆和車頂等部分組成。司機室設在車體的兩端,有走廊相通。司機室內安裝控制設備,如司機控制器、制動閥、按鈕開關、監測儀錶和信號燈等。兩司機室之間用來安裝機車的全部主要設備,有時劃分成小室,分別安裝輔助機組、開關設備、換流裝置以及牽引變壓器等。部分電氣設備如受電弓、主斷路器和避雷器等則安裝在車頂上。車鉤緩衝裝置安裝在車體底架的兩端牽引樑上。車體和設備的重量通過車體支承裝置傳遞到轉向架上,車體支承裝置並起傳遞牽引力與制動力的作用。
電力機車電力機車
電氣部分 
 機車上的各種電氣設備及其連接導線。包括主電路、輔助電路、控制電路以及它們的保護系統。①主電路:電力機車的最重要組成部分。它決定機車的基本性能,由牽引電動機以及與之相連接的電氣設備和導線共同組成。在主電路中流過全部的牽引負載電流,其電壓為牽引電動機的工作電壓,或者接觸網的網壓,所以主電路是電力機車上的高電壓大電流的動力迴路。它將接觸網上的電能轉變成列車牽引所需的牽引動力。②輔助電路:供電給電力機車上的各種輔助電機的電氣迴路。輔助電機驅動多種輔助機械設備,如冷卻牽引電動機和制動電阻用的通風機,供給各種氣動器械所需壓縮空氣的壓縮機等。輔助電機可以是直流的,也可以是非同步的。③控制電路:由司機控制器和控制電器的傳動線圈和聯鎖觸頭等組成的低壓小功率電路。控制電路的作用是使機車主電路和輔助電路中的各種電器按照一定的程序動作。這樣,電力機車即可按照司機的意圖運行。④保護系統:保證上述各種電路的設施。
空氣管路系統  按用途可分為:①供給機車和車輛制動所需壓縮空氣的空氣制動氣路系統。②供給機車電氣設備所需壓縮空氣的控制氣路系統。③供給機車撒砂裝置、風嗽叭和刮雨器等輔助裝置所需壓縮空氣的輔助氣路系統。

4 電力機車 -分類

電力機車韶山7E型電力機車
電力機車按使用場合可分為:工礦電力機車和幹線電力機車兩類。工礦電力機車多採用直流制,功率和速度一般比幹線電力機車小,習慣上按機車的粘著重量分級,如150噸,100噸,85噸,70噸,60噸,50噸和更輕的等級。較大噸位機車用於標準軌距線路,較輕型的機車多用於各種窄軌距線路。幹線電力機車按用途可分為客運電力機車,貨運電力機車,客貨兩用電力機車和調車電力機車四種。按照電氣化鐵路採用的電流制來分類,幹線電力機車可分為兩類。
直流電力機車  裝有直流串勵牽引電動機的機車,接觸網電壓為1500伏或3000伏直流電壓。直流電力機車的起動和速度調節以往是藉助於調節起動電阻和牽引電動機的串聯-並聯轉換來完成的。但這種起動和調速方式不能作到連續平滑地調節速度,而且電能耗損大,線路轉換複雜。隨著直流斬波技術的發展,逐漸為新的脈衝調壓方式所代替。在直流電力機車上通常採用牽引電動機磁場削弱的辦法來提高機車速度,增加機車功率。磁場削弱的級數一般為二至三級。
交流電力機車  接觸網電壓20千伏或25千伏,單相工頻為50或60赫。在歐洲少數國家如聯邦德國、瑞典、瑞士等國亦有採用單相低頻交流制的,此時接觸網電壓為11~16千伏,單相工頻為電力機車或25赫。交流電力機車根據變流裝置和牽引電動機類型,主要有以下三種類型。
① 整流器電力機車:又稱單相-直流電力機車,是當前應用最廣的一種交流電力機車。在整流器電力機車上,接觸網上的單相高壓交流電首先通過牽引變壓器降壓,然後通過由硅整流元件或晶閘管組成的整流裝置將單相交流電變換為直流電,供給牽引電動機。一般採用脈流串勵電動機作為牽引電動機。這種電力機車有變壓器和整流裝置,因此採用改變變壓器副邊電壓或對整流裝置實行相位控制的辦法均可改變整流電壓,從而達到調節機車速度的目的。改變變壓器副邊輸出電壓的方式有兩種,即低壓側調壓和高壓側調壓。中國的「韶山」1型電力機車即屬於低壓側調壓型。為了防止動輪空轉,改善機車的粘著性能,便於牽引和制動兩種工況間的相互轉換,整流器電力機車也可採用他勵牽引電動機,如中國試製的「韶山 2」型電力機車和瑞典製造的「Rc」型電力機車即是採用他勵牽引電動機。
② 單相整流子電動機電力機車:又稱直接式交流電力機車,採用單相整流子牽引電動機。接觸網上的高壓交流電經過變壓器降低電壓后,就直接供電給牽引電動機。這種機車電氣設備簡單,但單相整流子電動機的換相條件隨交流電頻率的增高而惡化,因此多用於單相低頻交流制的電氣化鐵路上。
③ 交-直-交流電力機車:有時又稱為單相-三相電力機車。在這種機車上,接觸網上的高壓交流電首先通過牽引變壓器降壓、整流,使中間直流環節保持穩定的直流電壓或穩定的直流電流。然後再由逆變電路將中間直流電變換為三相交流電供給三相非同步牽引電動機或三相同步牽引電動機。改變逆變裝置輸出的三相交流電的頻率和電壓即可調節機車的功率和速度。聯邦德國研製成的「E120」型電力機車即為此種機車。

5 電力機車 -中國幹線電力機車

電力機車電力機車

「韶山 1」型電力機車是六軸客貨兩用整流器電力機車。軸式為C0-C0,採用雙側斜齒輪傳動。持續額定功率3780千瓦。額定工作電壓為單相25千伏50赫。機車重量138噸。小時制牽引力331.5千牛,持續制牽引力290.3千牛,起動牽引力500千牛。小時制速度44.5公里/小時,持續制速度45.8公里/小時,最高速度89.6公里/小時。電阻制動功率3500千瓦。「韶山1」型電力機車主電路為低壓側調壓,中抽式整流,集中供電,三級磁場削弱,電阻制動。從接觸網來的25千伏單相工頻交流電經受電弓、主斷路器進入牽引變壓器的高壓側原邊繞阻。牽引變壓器的副邊繞組分為基本繞組和調壓繞組兩部分,利用繞組轉換開關將基本繞組和調壓繞組反接或正接,就能得到副邊輸出電壓不同的電壓級。各電壓級間的轉換則通過轉換硅機組進行過渡。牽引變壓器副邊電壓再經過中抽式整流電路變換成直流電后供給牽引電動機。為了降低整流電流的脈動,還在主電路中引入平波電抗器。
1979年中國製造成「韶山 3」型電力機車。牽引電動機額定功率由630千瓦增加到720千瓦,並減輕了重量。整流電路由中抽式線路改為橋式整流電路,從而減少了牽引變壓器所需容量。牽引變壓器副邊輸出電壓改用晶閘管進行級間平滑、連續轉換,提高了機車粘著重量的利用,改善了機車起動和調速性能。

6 電力機車 -參考資料

[1] 鐵路時空 http://www.zztl.com/2005/jcda/32300/

相關評論

同義詞:暫無同義詞