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1、车辆电气装置 郭世伟 第一章 绪 论,铁道车辆电气装置的主要组成：供电系统、输配电设备、电气负载、检测与控制装置等。 随着人们生活水平的不断提高和科学技术的不断发展，现代客车上的电气设备日益增多：电气照明、电热水器、空气调节、闭路电视、播音通信，信息设备，以及轴温检测与报警及自动控制等装置，提高了乘客的舒适性、服务水平、运输安全性。,一、车辆的供电方式 考虑车辆的电气负荷类型、功率等用电要求，经济性考虑，车辆编组方式、车种及用途等因素。 1、单独供电 单独供电的三种类型： （1）蓄电池组供电 设备简单，使用方便，可靠性好，纯直流；体积、重量大，电压逐渐降低，须及时充电，电量小。 （2）轴驱式发
2、电机与蓄电池组并联供电 曾应用广泛。小功率时皮带传动，大功率时万向轴传动。 （3）小型柴油发电机组供电 减小机车牵引动力，提高供电电压，减小蓄电池用量等；但要求性能可靠，使用维护方便。,每辆车都可带有一套独立工作的供电装置。但在车辆用电量较小时可两、三辆车共用一套独立供电电源，安装发电设备的称母车，不带发电设备的称子车，子母车间输电干线由车端电力连接器沟通。 特点：可随意摘挂和编组，供电装置的主机不占用车内有效空间，全列车的输电干线联接为统一电网，局部故障不影响列车用电；发电功率小。,2、集中供电 用于用电量较大的固定编组的列车。电气化区段，由接触网通过电力机车主变压器供电；非电气化区段，由列
3、车发电车上的柴油发电机组供电。 （1）柴油发电车 集中供电电压为400V/230V（线电压/相电压），50Hz交流电，可直接使用民用的异步电动机、日光灯、控制电器、保护元件等产品。 （2）接触网供电 电气化区段的供电电压为单相，工频25kV，经电力机车主变压器变换为单相，工频，21500V的电压输送给输电干线。要求保证安全，好的绝缘性能。 又有机车供电、电源车供电和DC600V/AC380V兼容供电三种方式。 每辆车上有逆变器、整流器、变压器等变流、降压设备。,3、混合供电 适于一些特殊运输条件下有混合供电方式。 （1）车辆照明、通风机等由轴驱式发电机与蓄电池组并联供电，采暖电热元件由接触网供
4、电。如电气化区段运营的普通客车情况。 （2）正常运行时，由柴油发电机组供电；空载和停车时由轴驱式发电机与蓄电池组并联供电。如空调软卧客车与非空调客车连挂的情况等。,二、铁道车辆供电装置 1、客车发电机 典型的为22型和25型普通客车的供电发电机KFT-1型感应子式发电机，又称J5型发电机。为交-直流供电装置，采用轴驱式交流感应子发电机和蓄电池组并联供电。列车运行时，车辆的轮轴通过皮带或万向轴传动装置带动三相感应子发电机工作，输出的三相变频交流电经硅整流器整流成直流电，可向车上电气负载供电，并向蓄电池充电。J5型发电机配备KP-2A型控制箱，为可控硅电压自动调整装置。,改进的J5型发电机配套有K
5、P-2B型可控硅控制箱，可输出两种端电压，既满足照明负载的用电需要，又适合蓄电池的充电要求。 轴驱式发电机功率小、效率低、供电品质不好，停车时不能发电，为简单供电方式，现仅用于非空调客运列车。 2、客车蓄电池 在前述的客车发电机供电系统中，在列车停站时，由蓄电池组向车上的电气负载供电。按年代、发展顺序： 酸性铅蓄电池TG型蓄电池 碱性蓄电池燃料电池,3、大容量供电装置 空调客车等的需要。 本车独立供电柴油发电机组 非电气化区段大容量供电发电车，能提供三相380V交流电压。 电气化区段，采用接触网供电。,三、铁道车辆电气负载 1、照明电光源 交流荧光灯（电感性），白炽灯（电阻性）。 2、空气调节
6、与制冷装置 制冷压缩机、冷凝器风机、空调通风机的直流或交流电动机，取暖加热的电热元件。消耗功率很大，为车辆的主要电气负载。 3、饮食和卫生设备用电气装置 电开水炉、电冰箱、电气集便器。包厢式客车配有手机、笔记本电脑电源等。 4、列车的电视、播音和通信设备。要求稳定优良的交流、直流电源。 5、其他电气设备 电扇、电动水泵等。,四、铁道车辆检测及控制装置 1、发电机自动调压与过电压、过电流自动保护装置等； 2、空调装置的温度自动调节，机组自动保护、自动显示等； 3、车辆故障自动检测； 4、列车轴温报警装置； 5、列车电源自动控制装置； 6、火灾自动报警装置； 7、开水炉自动补水与加热器自动开闭装置
7、； 8、列车照明自动开关装置； 9、列车信息显示系统； 10、其它，等等。,五、车辆电气装置的运用条件 1、安全性 配线的绝缘性能，电器温升，电弧，悬挂电器的尺寸、结构强度等。 2、工作可靠性，对高压线电磁干扰等外界干扰由足够的抵抗能力。重量、尺寸、成本问题，结构简单、牢固、使用寿命，维护检修方便性。 3、适于气候、自然地理条件的多变。高低温，湿度，海拔，沙土、雨雪、雷电等的影响。 4、振动与冲击。,对于高原的高海拔问题： （1）空气压力或空气密度低 绝缘材料绝缘性能降低；电力电容器内部气压降低，电气间隙减小，击穿电压降低，导致高压电气设备的局部放电电压降低，电晕放电问题；导致以空气介质的灭弧
8、的开关电器灭弧性能降低，电寿命缩短。做电气绝缘的修正，加大电气间隙、灭弧性能，耐电晕绝缘材料的选用，金属结构设计中减少尖角、界面突变等。 对于空气散热方式的电气，因空气冷却效果降低，温升增加，考虑减小用电负荷或提高温升裕度。 其它的低密度、低浓度、多孔性材料的物理化学性质改变，造成不利影响。,（2）空气温度低、变化大 对蓄电池、密封结构、橡胶材料、铁磁材料等性能的影响。考虑用耐低温材料，数字电路优于模拟电路等。 （3）降水少，空气绝对湿度小 （4）太阳辐射照度较高 材料老化，空气易于电离。高压电气设备尽量安装于车内，户外高分子材料的试验、选用。 （5）大风、雨雪、冻土,六、车辆电气负载用量,1
9、、计算参数（Parameters for calculation） 一般电气设备上标注有额定功率和效率。 需要功率为输入功率，对于电热元件构成的电气负载，其功率即为需要功率；对于电动机，有效机械功率为输出功率，两者比值为机械效率。 视在功率等于负载的额定电压与额定电流的乘积，单位VA或kVA； 交流用电负载的功率因数cos，它与视在功率的乘积等于需要功率（有功功率）。电阻性负载（如白炽灯、电热元件等）的功率因数等于1，一般的荧光灯、控制电器，功率因数等于或小于0.7。车辆所用的三相异步电动机正常工作状态下cos=0.750.85，不满载时减小，空载时可下降到0.250.30。,负载的功率利用系数，指平均需要功率与总安装功率之比。常见车辆电气负载的功率利用系数如下表：,2、柴油发电机组（的额定功率）需根据某一特定车型的电气负载用电需求进行选型。 PZ=PY+PB =（PJS+P1）+PB =（1.051.1）PJS+PB（kW） 其中装机容量PZ、运转容量PY、备用机组容量PB，计算功率PJS，运转机组电力余量P1。 （教材实例） 3、发电车的计算负荷 发电车的计算负荷是柴油机组选型的重要依据,4、空调列车用电量 （教材实例分析） （教材附录表的分析）,