《接触网》教案补充电力机车知识

电力机车知识电力机车的特点电力机车是从接触网获取电能，用牵引电动机驱动的机车。这里叙述的电力机车仅指用于铁路干线的一般客货运电力机车，且以交直传动电力机车为主。电力机车具有一系列特点:(1)可广泛利用多种一次能源如可以由热力、水力、天然气甚至于地热、原子能、太阳能等转换而来，只要有相应的发电站，便可以利用相应的能量。(2)功率大由于在电力机车上没有产生能量的装置，也没有燃料储备，因而在同样的机车重量下，其功率要比自给式机车大。机车按单位重量所具有的功率称为机车的比功率，这是衡量机车技术水平的一个标志。目前电力机车的比功率一般达到40-60kW/t。(3)速度高由于电力机车功率大，因而可以获得较高的速度。目前，一般客运电力机车运行速度已达160-200km/h，货运电力机车也达到120-140km/h。随着新型机车的不断出现，电力牵引的高速动车运行速度已达到300-400km/h。(4)效率高电力机车本身的效率为80%-85%o但考虑到整个电力牵引系统，其平均效率则不是固定的，它与供电系统的电能来源有关，在由水力发电站供电的情况下，电力牵引的效率可达到60%-70%。(5)过载能力强机车在起动、牵引重载列车和通过困难区段时，具有一定的过载能力是十分重要的。对于非自给的电力机车，其能量是来自较强大的供电系统，因此机车的过载能力仅受牵引电机的限制，而牵引电机的过载能力是较高的。(6)运输成本低电力机车检修工作量小，维修周期长，每两次大修之间运行公里数为蒸汽机车和内燃机车的2倍。由于电力机车运输能力的增加，足以补偿电气化初期投资，所以铁道电气化长远经济效益好。(7)司机劳动条件好，无烟气排放污染电力机车不冒烟，不排废气，通过长大隧道时，乘务人员和旅客可免受烟气之苫，从而也为广大旅客创造清洁的旅行条件。此外，电力机车可以将接触网电能转供列车使用而不影响牵引功率，不用装设车下柴油发电机组，也不用发电车，提高列车的舒适度和经济性。(8)不受外界条件限制在山区和高寒地区电力机车功率发挥更好。电力机车的分类1、按机车轴数分四轴车。轴式为B0-B0;六轴车。轴式为C0-C0、B0-B0-B0;八轴车。轴式为2(B0-B0);十二轴车。轴式为2(C0-C0)、2(B0-B0-B0)。轴式B表示一个转向架有2根轴;轴式C表示一个转向架有3根轴;脚号0表示每个轴有一台牵引电机;-表示转向架之间是通过车体传递牵引力。2、按用途分(1)客运电力机车。用来牵引各种速度等级的客运列车，其特点是速度较高，所需牵引力较小。(2)货运电力机车。用来牵引货物列车，其特点是载荷大，牵引力大，但速度较低。(3)客货通用电力机车。尤其是近年来新型电力机车中，其恒功运行速度范围大，可适用牵引客运列车，也可适用牵引货运列车。3、按轮对驱动型式分(1)个别驱动电力机车指每一轮对是由单独的一台牵引电动机驱动的电力机车。(2)组合驱动电力机车指几个轮对用机械方式互相连接成组，共同由一台牵引电动机驱动的电力机车。现代电力机车大都采用个别驱动方式，而很少再采用组合驱动。4、按电流制分类在铁道干线电力牵引中，电力机车主要按照供电电流制分为直流制电力机车、交流制电力机车和多流制电力机车。·直流制电力机车即直流电力机车，它是由直流电网供电，采用直流牵引电机驱动的电力机车。它是发展最早的电力机车，·其接触网电压通常为1·5kV和3kV直流电压。直流电力机车采用的直流牵引电动机结构简单、控制方便、易于维修、运用比较可靠。但由于接触网屯压不高而使送电距离受到限制，变屯所数目增加，尤其不适于机车向大功率方向发展。其调速方法多采用调节起动电阻和改变电机连接方式，但能耗大并有一定冲击。目前，已大量使用晶闸管进行斩波调速，以实现无级调速而成为直流电力机车的发展方向。在意大利、西班牙、波兰、俄罗斯、日本、法国仍有相当数量的直流电力机车在运营。·交流制电力机车又可分为单相低频(25Hz或162/3Hz)电力机车和单相工频(50Hz)电力机车。(1)单相低频电力机车它是在单相交流低频供电网下采用单相交流整流子电动机驱动的电力机车。低频是为了有利于单相交流整流子电动机的整流，其接触网电压可提高到II-15kV，便接触网简化，变电所数目减少，适应大功率牵引的要求。但因为供电频率与工业用电不同，需专门发电厂或在工业系统和铁道系统之间设置复杂的变频设备。等到单相工频制出现之后，单相工频电力机车的原理和电路应用到了单相低频电力机车中，两种机车除供电频率不同外，其间无大的区别。单相低频电力机车在早期发展电气化的国家中延用至今，在西德、瑞士、瑞典、挪威等仍在盛行，并占有一定比重。(2)单相工频电力机车它是单相交流工频供电网下采用的直(脉)流或交流牵引电动机驱动的电力机车。单相工频交流制自20世纪50年代开始发展而成为当今世界铁道电气化最先进的供电制。其接触网电压高达20kV或25kV，而且与工业系统频率相同。在这种电流制下工作的单相工频电力机车，又可分为交直传动电力机车和交流传动电力机车。..交直传动电力机车是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给直(脉)流牵引电动机来驱动的机车。伴随着半导体器件的发展，交直传动电力机车先后有整流(引燃管或半导体二极管)电力机车和目前最广泛应用的相控(晶闸管)电力机车。..交流传动电力机车是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给交流(同步或异步)牵引电动机来驱动的机车。与之相应的为同步牵引电动机电力机车和异步牵引电动机电力机车。交流传动电力机车的发展是起源于20世纪70年代。它的发展同样与新型功率半导体器件的层出不穷和微机控制技术的进步而密切相关，从快速晶闸管到GTO、IGBT(IPM)、IGCT，使1979年出现的E120型异步交流传动电力机车之后，又相继出现的同步型或异步型交流传动电力机车，充分展示了交流传动电力机车的优越性。当前，由交直交电压型变流装置和鼠笼式异步牵引电动机构成的交流传动系统已成为世界电力机车电传动技术的主流，这就是通常我们称之为交直交电力机车。·多流制电力机车这种机车可以同时适用直流制、交流制在不同的频率、不同电压下工作。这是由于有些国家或相邻国家联运时存在着不同电力牵引供电网形成的，以西欧国家居多。电力机车的构成电力机车由机械部分(包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。转向架是由牵引电机把电能转变成机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机之外，其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。空气管路系统主要执行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等组成。我国电力机车的型号我国电气化铁路借鉴国外的成功经验，从一开始就采用国际先进的单相交流工频25kV的单一供电制式，并从一开始就来用交直传动的电力机车。直到目前为止，我国干线用电力机车仍以交直传动电力机车为主，其型号用韶山命名，代号为SS，全名表示为:ss□□机车派生系列号，A、B、C、D机车序号，1-9...机车代号我国第一台交流传动电力机车原型车代号为AC4000，其中AC表示交流传动，4000了表示机车功率交流传动电力机车的研制到20世纪90年代，交流传动电力机车在西欧和日本等发达国家已被广泛应用于铁路牵引。我国应在试制成功第一台交流传动原型车AC4000型电力机车基础上，一方面要自主开发和创新，另一方面积极引进和借鉴国外先进技术，尽快研制出符合我国国情的各种不同功率级和各种不同用途的交流传动的电力机车。(1)自主开发新型交流传动电力机车当前，我国应加紧研制开发国产化新型交流传动电力机车，见下表。该型机车应选择以轮周功率1200kW为基准，采用GTO、IGBT(IPM)等新型半导体功率器件和自主开发的交直交传动系统。此外还要注重其机车主要零部件标准化、简统化、模块化，以便于远期交流电·力机车的派生。自主开发新型交流传动电力机车推荐表------------------------------------------------------------------------------------用途轴式机车轮周功率/kW最高运行速度/km/h------------------------------------------------------------------------------------客货运B0-B04800140-200货运C0-C07200120货运2(B0-B0)9600120------------------------------------------------------------------------------------(2)合资开发新型交流传动电力机车为了推动我国交流传动电力机车技术的发展，加快缩短与国外交流传动电力机车的差距，目前国内采取整车合资生产、整机引进的方式。株洲西门子牵引设备有限公司即将为宝成线提供8轴64OOkW交流传动货运电力机车，引进整机技术的4800kW最高速度为200km/h交流传动客运电力机车(DJ1型)，己试制成功，将对我国交流传动电力机车技术的发展起到一定的促进作用。新型电力机车的关键技术新型电力机车研制应紧跟世界先进水平，研究高性能的交直交传动系统，同时从综合技术、高新技术出发，提高电力机车整体设计、工艺水平，研制开发出多种国产化的新型的电力机车。其关键技术应包括:(1)新型功率器件的应用积极跟踪世界先进水平开展GTO、IGBT(IPM)、IGCT应用技术的研究，为国产交直交传动电力机车主变流器的开发奠定基础。(2)水冷技术综合国内外变流器冷媒应用的经验，开展主变流器水冷技术的研究及工程化。(3)主变流器控制系统·32位微机控制应选择先进的高速32位浮点运算的CPU为核心，建立模块化、标准化的硬件电路，采用先进的PCB设计方法和制造工艺，以满足通用要求和系统可靠性要求。·网侧变流器控制技术保证网侧功率因数接近1或等于1，保证低谐波电流。·电机侧变流器控制技术开发高性能的异步牵引电动机的控制策略，如矢量控制技术和直接转矩控制技术。·粘着技术开发蠕滑率控制技术和粘着技术，以获得机车在各种运行条件下的最佳粘着利用率。(4)大功率异步牵引电动机改进绝缘系统，提高电机的可靠性，提高电机的经济指标，降低单位功率的重量。(5)无摇枕转向架及径向转向架合理选择一系、二系悬挂参数，同时设计性能良好的全悬挂转向架，以提高机车转向架的动力性能、运行稳定性和曲线通过能力，并降低轮轨磨耗，同时提高机车粘着利用。(6)车体轻量化及模块化设计积极研究车体轻量化结构。采用高强度结构材料和铝合金材料，以减轻车体重量。采用模块化设计来适应多种车型的研制开发。(7)采用独立风道通风系统，以及按人机工程学设计的司机室。