电力机车.ppt

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1、第二章 电力机车 第一节 电力机车构造 一、电力机车概述 无论是增加机车牵引重量还是提高列车的运行速 度，都必须考虑提高机车的功率。电力机车无原动机， 可直接从接触网获得电能，通过机车上的牵引电动机将 电能转换为机械能。因此，只要加大牵引电动机的功 率，就可以提高机车的功率。由于电力机车运行时，须 由外界提供电源，因此需要有一套牵引供电系统：,（一）电力机车的特点 与其他类型的机车相比，电力机车的特点可以概 括如下： 1、牵引功率大，过载能力强； 2、牵引力大，速度快，爬坡能力强； 3、整备作业时间短，维修量小，运营费用低； 4、能源利用率高，节约能源； 5、无煤烟、废气，环境污染少； 6、乘

2、务员工作条件好； 7、电气化铁路基本建设投资大； 8、运用灵活性差。,（二）电力机车的发展 电力牵引始于19世纪70年代末，首先应用在城 市、工矿运输中，随着电机、电器制造和电力工业的 发展，20世纪初开始广泛应用到铁路运输上来，电气 化铁道的优势得到了充分的体现。 1电气化铁路的发展历史 1879年5月31日在柏林举办的世界博览会上，由 西门子和哈尔斯克公司展出了世界第一条电气化铁 路。这条电气化铁路长约300 m，线路呈椭圆形，轨 距为1m，在上面运行的机车只有954 kg，车上装有,2.2 kw直流电动机，由 150V的外部直流电源经中间的 第三轨供电，以两条走行轨作为回路。1881年，

3、在柏 林郊区修建了一条245 km长的电车线路，采用 180 V直流电源，分别由两条彼此绝缘的轨道供电。这种电 车形式的电气化铁路的出现，极大地刺激了当时西 欧、美国和日本。于是，很多国家纷纷开始兴建电气 化铁路。不过这些电气化铁路大都是采用低压直流和 三相交流的，而且又都是修建在工矿线路和一些大城 市的近郊线路上。随着工业的发展，电气化铁路逐渐 发展到城市之间和运输繁忙的铁路干线上来了。,到了20世纪50年代，一些工业发达的国家为了完 成急剧增长的运输任务，以及与其他运输业竞争的需 要，开始大规模地进行铁路牵引动力现代化的建设， 电气化铁路的建设速度不断加快，修建的国家逐渐增 多。当时苏联、

4、日本、德国、法国、意大利和波兰等 国家的主要铁路干线都已实现了电气化，而且已经初 步成网。近年来，一些发展中国家，如印度、朝鲜电 气化铁路发展很快。泰国、马来西亚等国家也开始发 展电气化铁路，特别是我国电气化铁路更有了飞速的 发展，目前已跃居世界前列。,世界已进人建设高速电气化铁路的新时期，修建 的国家越来越多。已建成的国家有日本、法国、德 国、意大利、英国、西班牙、波兰等，正在修建的国 家有美国、瑞士、奥地利、瑞典、比利时、韩国、独 联体等，还有一些国家和地区，如澳大利亚、荷兰、 加拿大、印度和我国台湾省等也在积极筹建高速电气 化铁路。,2我国电气化铁路发展现状和前景 我国的电气化铁路建设，

5、是在新中国成立后才开 始的。1961年8月15日，在新建的宝成线宝鸡至风州 段建成了我国第一条电气化铁路，全长91km。 到20世纪70年代，为了加速大西南的建设，宝成 线凤州至成都各段的电气化工程又重新上马，1975年 7月日，676km的宝成铁路全线建成通车。它的建成 在我国铁路建设史上产生了重大影响。1975年9月襄 樊至安康段，1978年3月石家庄至阳泉段，同年5月宝 鸡至天水段也相继动工修建。以前，只是在一条线路 上一个区段内施工，现在，是同时在几条线路上施,工，而且开始由山区铁路向运输繁忙的主要干线发 展，由单线电气化向双线电气化发展。到1980年底， 相继建成了宝成铁路全线、阳安

6、线、襄渝线襄樊至安 康段、石太线石家庄至阳泉段和宝兰线宝鸡至天水段 等电气化铁路1680 km。 进人 20世纪 80年代以后，我国的电气化铁路更 有了飞速的发展，以平均每年超过 500 km的建设速 度，相继建成和改造的电气化铁路有京沈线、成渝 线、贵昆线、南昆线、成昆线 湘黔线、鹰厦线、京广 线、哈大线、宝中线、陇海线、京沪线、武嘉线、郑 徐线、胶济线、沪杭线、浙赣线等30多条。,3、我国电力机车的发展 我国第一台电力机车由湘潭电机厂和株洲田心机 车车辆工厂共同研制，1958年投人运营，成为我国第 一代干线主型电力机车。 到1988年，韶山1型电力机车 共计生产了826台。到1991年底，

7、取代韶山1型成为第 二种主型机车的韶山3型机车共生产了685台。20世纪 80年代，又成功地研制出了国内功率最大、牵引力最大 的韶山4型8轴6 400 kw货运电力机车。1990年，我国 首次研制成功了最高时速140 km、功率为3200 kw的 韶山5型 4轴客运电力机车样机2台。该机车牵引电机采 用空心轴传动全悬挂方式，以适应高速运行。,19911995年期间在韶山5型机车的基础上研制 了韶山6型相控调压、6轴机车。19901991年期间还 设计了韶山7型、轴列式为B。一B。一B。6轴电力机 车，填补了干线电力机车轴系的空白。 为发展我国的快速客运技术，研制成韶山8型时速 160km的快速

8、4轴电力机车，如图5-18所示。该车于 1998年6月 24日，在京广线的郑州至漂河区段创造了 时速240 km的最高速度，对推动我国客运快速及高速 机车的发展具有重要意义。在SS8型机车和SS6B型机 车基础上，1998年研制成技术上更为先进的SS9型电 力机车，并于2002年对SS9型电力机车进行技术改,造，研制成SS9G型电力机车，如图5-19。SS8、SS9、 SS9G型电力机车是目前我国客运提速的主型机车。 图5-18 韶山8型电力机车,图5-19 韶山9 G型电力机车 我国干线电力机车已形成了4、6、8轴的韶山型系列。,进人20世纪90年代，交流传动技术已占据了电力 机车主导地位，

9、在铁路高速和重载牵引方面显示了很 大的优越性。1996年我国成功试制出交一直一交 AC4000型电力机车。1999年10月我国自行研制时速 200 km的“蓝箭”号在广深线成功地投入使用。2001年 我国接连研制了采用交流传动技术的 200 kmh“先 锋”及 160 kmh“中原之星”动力分散型电动车组 （如图5-20所示），2002年又自主研制开发了 200km/h DJ3型交流传动客运电力机车（天梭号）， 可用于牵引200km/h高速旅客列车。他们的研制成 功，为实现我国交流传动技术的产业化，完成铁路牵,引由交直传动向交流传动的转换奠定了坚实的基础， 成为我国今后电力牵引的发展方向。 近

10、二十年来， 国外主要发展高速 铁路运输。最早致 力于铁路高速运行 的国家是法国，日 本紧随其后。到目 前为止，已有近十 个国家的铁路旅客 图5-20 “先锋”号电动车组 列车的最高运行速度达200kmh以上，有些国家修 建了高速客运专用线，列车最高试验速度已超过 500 kmh。,二、电力机车总体结构 图91是SS8型电力机车总图。 SS8型电力机车原设计用于广深线准高速铁路，现 用于我国主要干线铁路牵引快速旅客列车。SS8型电力 机车与目前运用的绝大部分电力机车相同，使用单相工 频交流电源，电压为25 kV，机车的主传动采用交一直 传动方式，使用串励脉流牵引电动机。机车主要由机械 部、电气部

11、和空气管路系统组成。,（一）机械部 机械部主要包括车体和转向架。 SS型电力机车的车体采用客车车厢式外形，双侧 走廊，两端司机室，各设备采用斜对称布置。为适应于 机车准高速客运的需求，将其中的主要变压器、平波电 抗器置于同一油箱内，并置于机车中部且沉于车体底架 下，以达到降低机车重心的目的。 SS8型电力机车有两台完全相同的2轴转向架，每 根车轴由一台牵引电动机驱动。,（二）电气部 SS8型电力机车的电气部包括机车上各种电气设备 及其连接导线。机车上的各种电机、 电器设备按其功 能、作用、电压等级，分别组成主电路、辅助电路和控 制电路三个独立的电路系统。三个电路通过电一磁、电 一空和电一机械联

12、系起来，对机车进行控制。 （三）空气管路系统 空气管路系统分为风源管路系统、控制管路系 统、辅助管路系统和制动机系统。 风源管路系统为机车和车辆提供洁净、干燥和稳 定的压缩空气，以保证列车制动系统、空气弹簧、风动,门装置及气动电器等正常工作。 控制管路系统向机车受电弓、主断路器及高压电 器柜内的电空接触器、转换开关等机车气动电器提供压 缩空气，以保证机车的安全、正常使用。 辅助管路系统用以改善机车运行条件、确保机车 运行安全。它主要由撒砂器、喇叭、刮雨器、轮缘润滑 装置及其连接管路组成。 SS8型机车制动机系统以DK一1型机车电空制动机 为基础，设有对旅客列车施行电空制动功能，机车空电 联合制

13、动功能与机车速度分级控制系统或速度监控装置 配合实行速度分级控制及超速防护功能。,三、电气部的主要部件 （一）受电弓 SS8型电力机车在机车车顶外部安装有两台单臂受 电弓。受电弓的弓头升起后与接触网导线接触，从接触 网上受取电流，并将电流通过车顶母线传送到车内供电 机使用。受电弓弓头与接触网导线接触受流的部分，其 上装有粉末冶金滑板。如图92所示，机车运行时，弓 头能随接触导线高度和驰度变化而做前后、上下的动 作，以便改善受流质量。受电弓的升降受控制机构及传 动风缸中的压缩空气的控制。机车运行时，一般正常运 行只升后弓，另一受电弓备用。,（二）主断路器 主断路器是电力机车的一个重要器件，它担负

14、着 断开和接通接触网接人机车25 kV的电路的任务，并且 对主电路的短路、过流、接地等故障状态起最后一级保 护作用。SS8型电力机车采用TDZIA一1025型空气断 路器，它是一种带外隔离开关的断路器。分断时，主触 头先行分开将电流切断，经过一段延时后，隔离开关再 分开形成电路隔离，之后主触头自行恢复闭合状态；闭 合时，只需将隔离开关的闸刀合上即可。另外这种空气 断路器是利用压缩空气来灭弧并且利用压缩空气作为操 作能源的电器。,（三）主变压器 主变压器是交一直流电力机车上的一个重要部 件。它的任务是：将从接触网上取得的高压交流电转换 为低压交流电。SS8型电力机车上的主变压器中有五种 线圈：高

15、压网侧线圈、牵引线圈、辅助线圈、励磁线圈 和列车供电线圈。SS8型电力机车主变压器接线原理如 图93所示。 通过受电弓，主断路器将25 kV的单相高压交流电 引入主变压器高压线圈AX额定电压为2 5 kV。 低压线圈中的牵引线圈通过整流调压装置、平波 电抗器向牵引电动机供电。,其中a1一b1一x1和a3b3一x3额定电压为 343.4+343.4V，a2一x2，a4一x4额定电压为686.8V。,辅助线圈a6一x6a6一b6额定电压为389 V 229V。其中线圈a6一x6输出的单相交流电由劈相机变 换为三相交流电向机车上的辅助电机（均为三相异步电 动机）供电，a6一x6还负担380V单相负载

16、如加热、取 暖等设备供电。 而线圈a6b6 额定电压为229 V，负担220 V 单相负载如热风 机、热饭电炉等 设备供电。,励磁线圈a5一x5额定电压91.6V经整流后，在机车 实施电阻制动时，向牵引电动机励磁绕组供电。 线圈a7一x7和a8一x8额定电压均为1511V，经整 流滤波后，同时工作并分别向列车提供两路DC600V电 源。,（四）牵引电动机 SS8型电力机车共有4台直流串励牵引电动机分别 安装在前后2台转向架上，通过驱动齿轮与轮对车轴相 连。同电力传动内燃机车一样，机车在牵引状态时，牵 引电动机将电能转换为机械能，驱动机车运行。当机车 在电阻制动状态时，牵引电动机将列车的机械能转

17、换为 电能，产生列车的制动力。,（五）变流装置 变流装置是SS8型电力机车的主要部件之一，它主 要由大功率整流管、晶闸管和其他附件组成。它的主要 作用如下： 1机车在牵引工况运行时，主电路的整流和相控 调压，及作为无级磁场削弱的分路开关； 2、机车在电阻制动工况下，提供连续可调的励磁 电源以调节机车制动力和提供加馈制动力电源以低速时 增加制动力。 在SS8型电力机车上变流装置由两套相对独立的单 元组成，分别向相应转向架两台并联牵引电动机供电。,（六）平波电抗器 经变流装置整流后的输出电压是脉动电压，由于 脉动电压在牵引电动机电路中产生脉动电流，脉动电流 会影响牵引电动机的换向，而牵引电动机自身

18、的电感很 小，不足以将电流滤平到允许的脉动范围内，所以要求 在牵引电动机电路中串接平波电抗器。SS8型电力机车 在牵引电动机的四条支路中分别串有一个平波电抗器， 用以抑制该支路中谐波电流分量，改善牵引电动机的换 向。其实平波电抗器是一个大电感线圈，根据楞次定律 得知，线圈中的感应电动势和感应电流总是抵抗或者说 补偿电压或电流的变化。当整流电流变大时，平波电抗,器能吸收电流，不让电流变大，这时平波电抗器是一种 储能元件；当整流电流变小时，平波电抗器又能输出电 能，不使电流变小，这时平波电抗器又像是一个电源。 同样整流电压变大时，平波电抗器能吸收电压；当整流 电压变小时，平波电抗器又能输出电压。所

19、以经平波电 抗器滤波后，供给牵引电动机的是脉动较小的直流电压 和电流，如图95中的b。,（七）司机控制器 司机控制器是司机用来操纵机车运行的控制电 器。司机利用它来控制电路中的低压电器，从而控制主 电路中的电气设备。SS8型电力机车每端司机室都装有 一台主司机控制器，一台调车控制器(又称辅助司机控 制器)和一台电空制动控制器。 1、主司机控制器 图96为主司机控制器示意图，有手轮1和手柄 2。手轮1是用来调节机车速度的，而手柄2是用来控制 机车的运行状态及方向的。,手轮由“0位可顺时针方向或逆时针方向各转动15 00。顺时针方向的00150区域为“0”位区，司机控制 器无信号输出；001500

20、。区域为“牵引”区域。逆时 针方向的00150区域也为“0”位区；001500区域 为“制动区域。在相应的条件下手轮可在“牵引”区域或 “制动”区域内转动，以改 变输出信号大小即改变机 车电路的指令以决定牵引 电动机的转速，最终目的 是调节机车的速度。因此 手轮也常被称为调速手轮。,手柄共有“后、“0、“制“、“前四个位置。 司机借助手轮及手柄来实现对控制器的操作。手 轮是固定的，而手柄是可取式(钥匙式)，利用面板上的 限位器的缺口可保证手柄只有在转换位置为“0”位时， 手柄才能插入或取出。同时手柄也是调车控制器的手 柄。利用调车控制器面板上限位器的缺口可保证，只有 当调车控制器手柄处于“取位

21、时，手柄才能插入或取 出。这样整台机车的主司机控制器和调车控制器共用一 个活动手柄，从而保证了机车在运行中司机只能操作一 台司机控制器，其余三台均被锁在“0位或“取”位，不 会引起电路指令的混乱。,为了防止可能产生的误操作，确保机车设备及机车 运行安全，司机控制器的手轮和手柄之间设有机械联锁 装置，保证了： (1)手柄在“0位时，手轮被锁住不能离开“0位； (2)手柄在“前”或“后”位时，手轮可转向“牵引”区 域； (3)手柄在“制“位时，手轮可转向“制动“区域； (4)手轮在“0“位时，手柄可在所有位置任意转换； (5)手轮在“牵引区域时，手柄被锁在“前“或“后“ 位； (6)手轮在“制动“

22、区域时，手柄被锁在“制位。,2调车控制器 调车控制器与主司机控制器结构及作用原理基本 相似，不同的是手轮与手柄共用一根轴，手柄有“取”、 “向后、“取和“向前”四个位置；手柄在“向前”或“向 后“转动的范围只有750。 3电空制动控制器 手柄有“重联”、“紧急”、 “制动、“中立”、运转”和 “过充”6个位置，而且手柄只 能从“重联”位插入或取出。 一台机车的两台电空制动控制器共用一个手柄。,四、电力机车三大电路 电力机车上设有各种复杂的电气设备，而所有电 气设备分别装设在主电路、辅助电路和控制电路这三大 电路中。 1主电路 主电路是将牵引电动机及其相关的各种电气设备 连接而成的一个系统，具有

23、电压高、电流大的特点。主 电路中包括的电气设备主要有受电弓、主断路器、主变 压器（即牵引变压器）、整流调压装置、电抗器、牵引 电动机和制动电阻等。,2辅助电路 辅助电路是将辅助电机（如劈相机、压缩机电 机、通风机、油泵等）、辅助设备（如取暖设备、电热 玻璃等）及其相关的电气设备连接而成的一个系统。它 的电源来自主变压器的辅助绕组，通过劈相机将单相交 流电转变成三相交流电后，供给牵引通风机、油泵机组 和空气压缩机等辅助电机使用。其工作电压一般为交流 380 V、220 V或直流几百伏。,3控制电路 控制电路将主电路和辅助电路中各电气设备的控 制电器（包括各种控制开关、接触器、电空阀等）同电 源、照明、信号等的控制装置连成一个电系统。一般采 用低压直流电源，电压值为 50110 V，所以又叫低压 线路。 以上三个电路系统在电气方面一般是相互隔离 的，但三者通过电磁、电空或机械传动等方式相互联 系，配合动作，用低压电控制高压电，以保证操作的安 全和实现机车的运行。,