关于各型电力机车性能优劣分析的调研报告

北京交通大学网络教育学院毕业报告标题：关于各型电力机车性能优劣分析的调研报告年级：2012级专业：铁道机车车辆（电力机车驾驶）姓名：王星远完成日期：2014年11月10日单位评价及成绩评定表姓名：年级：层次：专业：题目成绩基地指导教师评阅意见：签名：年月日现场指导教师评阅意见：签名：年月日总评：签名：年月日关于各型电力机车性能优劣分析的调研报告目录一、中文摘要·······································1二、调研目的············································2三、调研方法··········································3四、调研内容及过程·······························4五、调研结论与建议·····································9参考文献··········································164中文摘要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运行中的电力机车给，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。直－直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。交—直流电力机车采用交流制供电，由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建设投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交—直流电力机车。交—直—交电力机车采用直流串励电动机的最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体积也较大。无整流子三相异步电动机在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。但其调速困难，所以目前不如交—直流电力机车应用广泛。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区铁路。中国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲，命名为“韶山”，为中国铁路步入电气化立下了汗马功劳。我国在运主要干线电力机车有：和谐系列(HXD)1、HXD2B、HXD3、HXD3C、HXD3B、HXD3D等。5调研目的通过对我国各型电力机车发展史的学习及其现场的调研，有针对性地对各型电力机车性能优劣进行深入的思考和分析，以便更好的掌握电力机车的工作原理、构造、性能及交流传动的基础理论，具备机车运用、保养的能力，为今后出色的工作奠定良好基础。调研方法本次调研主要通过文案调研法、询问调研法以及现场调研，对我国主要电力机车进行深入的了解。6调研内容及过程（一）HXD2B型电力机车1.简介HXD2B型机车采用中间走廊，整体独立通风系统，分布式微机控制系统，实现逻辑控制与自诊断功能，IGBT功率模块变流器，异步牵引电动机，牵引电机采用滚动抱轴式悬挂装置，牵引控制装置采用独立轴控方式，单轴功率为1600千瓦，总功率9600千瓦，可牵引8000吨货运列车，最大运行时速达120公里/小时。轴式Co-Co。机车采用交—直—交电传动系统、25kV/50Hz的电压制式，与既有交—直传动机车相比，具有恒功范围宽、轴功率大、黏着特性好、功率因数高、谐波干扰小、维护率和全寿命运营成本低、运营安全可靠、适用范围广等优点。机车可实现单机牵引1万t重载列车，通过远程重联可实现双机牵引2万t重载组合列车的运行模式。机车主要由以下几个子系统有机构成：由受电弓、真空主断路器、避雷器、高压隔离开关、高压电压互感器、高压电流互感器、主变压器、IGBT四象限整流逆变装置、交流异步电机等组成的主电路系统；由辅助变流装置、充电机、辅助电机等构成的辅助电路系统；基于WorldFIP网络通信技术的微机网络控制系统；Eurotrol电空制动系统；贯穿在各子系统内的独立通风冷却系统；由机车运行监控装置、信号设备、Locotrol远程重联控制装置和可控列尾装置、无线电台等组成的列车安全运行控制和监测设备；高强度车体及附属装置；高黏着、低动力作用转向架；机车独立生活间、工具柜、机车配重等附属装置。在机车的标准配置中，机车整备重量为184t，对应轴重为23t；加上机车配重轴重可以增加到25t，机车整备重量为200t，以便发挥更大的黏着牵引力。。2.主要技术特点1.机车总体采用国际上先进的以功能体系为基础的模块化设计方法，提高了产品形式的可塑性，有利于提高产品的标准化、系列化、可维护性和可使用性程度。2.机车采用宽700mm的中间走廊，并在侧墙上开设宽787mm的维修门，增加了所有设备的易接近性；机车采用整体独立通风系统，防止机械间设备污染，确保司机室的清洁；基于车体有限元强度计算结果对车内各屏柜安装螺栓强度进行分析计算，保证了安装螺栓的可靠性。3.机车的控制采用微机网络控制系统，具有完善的控制、监测和检修维护功能。列车控制和监测系统采用模块化设计，具有较高的扩展性，并能支持系统的不断升级。74.机车采用完全的单轴控制技术，每台牵引电机对应一套独立的四象限整流器和逆变器。六根轴的牵引传动装置功率和控制在电气方面完全独立。每个牵引传动装置安装有一个调谐滤波器和一个基于斩波-电阻的过压保护装置。5.机车变流技术采用了先进的6500V/600A的IGBT元件和双面水冷功率模块，使机车单轴功率达到1600kW，机车总功率达到9600kW，是目前世界上单轴功率最大的铁路牵引动力装备之一。变流模块采用易拆卸技术，不需排放冷却液，同时带有定位针，防止不同模块的错插。6.两组相同的辅助变流器为机车提供辅助电源。辅助供电电路由相同的两组电路组成，每组辅助电源由两组辅助变流器和一组充电机电路组成，其中辅助变流器一组为定频输出，另一组为变频输出，提高了系统的稳定性和维护性,能够满足机车各种工况的供电要求。7.机车带有微机控制的电空制动柜，接受司机操纵台上制动控制器的控制指令，使列车管的压力控制更加精确，同时缩短制动与缓解时间，提高制动系统的可靠性和安全性；制动机具备状态监测和故障判断功能、具备WorldFIP网络接口，制动机状态及故障信息可以通过车辆总线进行传递。HXD2B型电力机车为单缓功能的操作方式，增加EPM模块。8.机车配备了世界上最大容量的牵引变压器(12600kVA)，采用下悬挂卧式安装；芯式结构，多分裂绕组以保证高的解耦性；钢制油箱；三套油冷却系统；储油箱与变压器通过金属软管相连；主变压器和谐波电抗器共油箱。9.转向架采用C0轴式，采用目字型构架，抱轴悬挂驱动结构，一系悬挂为弹簧悬挂，二系悬挂采用橡胶堆连接，采用整体碾钢车轮，采用中间推挽式短牵引杆结构，保证了牵引力和制动力的有效传输。10.整体承载式焊接车体结构，无横梁框架式波纹板侧墙，与台架有机结合的底架结构，可以承受纵向3000kN压缩和2500kN拉伸的高强度。11.机车使用在－40℃低温下具有良好冲击韧性值的特殊原材料，使机车的使用范围更广泛。12.变压器采用三油泵进行冷却，使变压器的体积更小。13.机车设有微波炉、冰箱、热水壶、水冲式整体卫生间等生活实施。（二）HXD3型电力机车81.简介在2006年“和谐型”系列交流电力机车投产以前，中国铁路普遍缺乏大功率电力机车，当时只有韶山4型电力机车能达到总功率6400千瓦（2×3200千瓦）。随着近年中国经济持续增长，铁路货运需求也随之增加，铁道部有见及此，便需要订购能单机牵引5,000-5500吨货物的大功率机车，以应付货运需求。大连机车于2001年起就开发大功率交流传动货运电力机车进行研究，由于当时中国缺乏制造IGBTVVVF牵引逆变器等技术，因此大连机车选择与日本东芝合作研制新型机车，并于2002年9月成立合资公司，东芝提供机车的牵引逆变器及控制系统。这款机车使用了Co-Co六轴，即前后各一三轴转向架、每轴装有一台1,200kW交流牵引电动机，整车输出功率为7,200kW。首台原型车编号SSJ3-0001，后改名为DJ3，于2003年年底完成，2004年4月26日由大连厂房驶出，前往北京铁道科学研究院环形线进行试验，试验于7月4日完成。2.主要技术特点受电弓:HXD3型电力机车所使用的DSA200受电弓改善了国产自行研发的受电弓对电网有磨坏的问题，令受电弓在机车高速运行的情况下运作良好。制动系统:HXD3型机车采用CCB-Ⅱ制动机，是参考国外机车仿制的一款空气制动机。产品已经达到全面国产化，现在为“和谐”系列电力，内燃机车广泛采用的一款制动机。主变压器特点:高压引线采用法国NEXANS公司的端子。在低压套管出线装置中采用了新型合成树脂的出线装置，具有安装拆卸方便，可靠及使用寿命长的特点。考虑到了机车的使用环境，提高了变压器的抗振性能，所以该变压器具有抗震、耐久的特点。温度计等需要经常检测及保养的部件装配在油箱侧面，以便于进行维护保养、检查。将通过强大电流的低压出线装置分别安装在主变流器最近处，使其间连线最短。变流装置:每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。牵引变流器采用强制循环水冷方式。这种方式具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点。冷却液采用亚乙基二醇纯水溶液，确保在－40℃时不冻结。另外，牵引变流器的冷却液和主变压器（Mtr）的冷却油经过复合冷却器循环，依靠复合冷却器风机进行强制风冷。每组牵引变流器由一个四象限整流器和一个逆变器组成。整流器单元使用了模块化IGBT元件，采用脉9宽调制（PWM）方式、两点式电压型，通过高次谐波整流和错开各组控制载波的相位，从而降低高次谐波和提高功率因数。逆变器单元同整流器单元一样使用模块化IGBT元件、实现单元的标准化。通过采用IGBT元件和32bit高速演算控制装置的配合，采用矢量控制方式，来实现电机转矩的控制，达到快速响应，提高粘着利用率和实现空转滑行保护控制。辅助变流器APU是辅助电动机供电电路的核心。APU向牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供给三相交流电，具有变压变频（VVVF）控制和恒压恒频（CVCF）两种控制方式。两台复合冷却器风机和六台牵引通风机电机为了确保适应机车状况的冷却风量和降低运转声音，按照VVVF控制模式进行设定。APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。复合冷却器:复合冷却器的型号为FL220，复合型全铝合金板翅式高效冷却结构，上部为水散热器，用于冷却变流器，下部为油散热器，用于冷却主变压器。全铝合金板翅式结构的油冷却器，具有每单位容积的传热面积大，性能优良，体积小，重量轻的优点。空气冷却复合冷却器时，会在冷却器芯子的波纹形散热片上积留灰尘，灰尘过厚将影响散热效果，因此，在每一次中修时，均需要