1、電力機車主電路的發(fā)展概述電力3121班王相備120030143摘要：本文簡述電力機車主電路的發(fā)展史，基本類型，工作狀況，工作原理，基本參數(shù)等。系統(tǒng)的闡述了電力機車主電路的運行方式，各種車型主電路的不同。系統(tǒng)的分析使電力機車主電路的發(fā)展方式更加清晰。關(guān)鍵詞：交一一直一一交電器設(shè)備1發(fā)展概況最早造出第一臺標(biāo)準(zhǔn)軌距電力機車的是蘇格蘭人R戴維森，時間是1842年，由40組蓄電池供電，但沒有實用價值。1879年5月，德國人WVON0門子設(shè)計制造了一臺能拉乘坐18人的三輛敞開式“客車”的電力機車，它由外部150V直流發(fā)電機通過第三軌供電，這是電力機車首次成功的試驗。1881年，法國在巴黎展出了第一條由架空

2、導(dǎo)線供電的電車線路，這就為提高電壓，采用大功率牽引電動機創(chuàng)造條件。1895年，美國在巴爾白摩一俄亥俄間5.6km長的遂道區(qū)段修建了直流電氣化鐵路，在該區(qū)段上運行的干線電力機車自重97t,采用675V直流電，功率為1070kW1903年德國的三相交流電力機車創(chuàng)造了每小時210km的高速記錄。中國最早使用電力機車在1914#,是撫順煤礦使用的1500V直流電力機車。1958年中國成功地生產(chǎn)出第一臺電力機車，從采用引燃管整流器到硅整流器，機車性能不斷改進和提高，至IJ1976年制成韶山型（SS俾）131號時已基本定型。截止到1989年停止生產(chǎn)，SS俚電力機車總共制造出廠926臺，成為中國電氣鐵路干線

3、的首批主型機車。196阿SS翌機車制成。197孫研制成功的SS斕機車，不僅改善了牽引性能，還把機車的小時功率從4200kW提高到4800kW,載止到1997年底，共生產(chǎn)了987臺，成為中國第二種主型電力機車。1985年又研制成功了SS4型8軸貨運電力機車，它是國產(chǎn)電力機車中功率最大的一種（6400kW）,已成為中國重載貨運的主型機車。以后又陸續(xù)研制成功了SS5SS6ffiSS7型電力機車。1994研制成功了時速為160km的準(zhǔn)高速四軸電力機車等。至此，中國干線電力機車已基本形成了4、6、8軸和3200、4800和6400kW功率系列。199處5月26日，中國株洲電力機車廠生產(chǎn)出第一臺時速超過2

4、00km的DDJ1001t“子彈頭”電力機車，標(biāo)志著中國鐵路電力牽引已躋身于國際高速列車的行列。為追蹤世界交型”交一直一交”電力機車新技術(shù)，從20世紀(jì)70年代末開始，中國鐵路一直在進行中小功率變流機組的地面試驗研究和大功率的交一直一交電力機車的研制，也已取得了階段性成果。2類型電力機車是從接觸網(wǎng)上獲取電能的，接觸網(wǎng)供給電力機車的電流交流兩種。由于電流制不同，所用的電力機車也不一樣，基本上可以分為三類：有直流和直一直流電力機車采用直流制供電時，牽引變電所內(nèi)設(shè)有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網(wǎng)上。因此，電力機車可直接從接觸網(wǎng)上取得直流電供給直流申勵牽引電動機使用，簡化了機車上的設(shè)

5、備。直流制的缺點是接觸網(wǎng)的電壓低，一般為1500V或3000V,接觸導(dǎo)線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設(shè)投資。交一直流電力機車在交流制中，目前世界上大多數(shù)國家都采用工頻（50Hz）交流制，或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所將三相交流電改變成25kV工業(yè)頻率單相交流用勵電動機，把交流電變成直流電的任務(wù)在機車上完成。由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設(shè)投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機車也是交一直流電力機車。交一直一交電力機車采用直流申勵電動機的最大優(yōu)點是調(diào)速簡單，只要改變電動機的端電壓，就能很方

6、便地在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)對機車的調(diào)速。但是這種電機由于帶有整流子，使制造和維修很復(fù)雜，體積也較大。而交流無整流子牽引電動機（即三相異步電動機）在制造、性能、功能、體積、重量、成本、及可靠性等方面遠比整流子電機優(yōu)越得多。它之所以遲遲不能在電力機車上應(yīng)用，主要原因是調(diào)速比較困難。改變端電壓不能使這種電機在較大范圍內(nèi)改變速度，而只有改變電流的頻率才能達到目的。因此，只有當(dāng)電子技術(shù)和大功率晶閘管變流裝置得到迅速發(fā)展的今天，才能生產(chǎn)出采用三相交流電機的先進電力機車。交一直一交電力機車從接觸網(wǎng)上引入的仍然是單相交流電，它首先把單相交流電整流成直流電，然后再把直流電逆變成可以使頻率變化的三相交流電供三相異步電動

7、機使用。這種機車具有優(yōu)良的牽引能力，很有發(fā)展前途。德國制造的“E120'型電力機車就是這種機車。3基本構(gòu)造交一直流電力機車由機械和電氣兩大部分設(shè)備組成。機械部分包括車體、車鉤緩沖裝置、走行部和制動裝置等。車體內(nèi)分成9個室，中部是變壓器室，室內(nèi)裝有牽引變壓器、轉(zhuǎn)換硅機組、調(diào)壓開關(guān)和電池箱等設(shè)備。電抗器室，裝有平波電抗器、離心式通風(fēng)機組及劈相機；高壓室，裝有整流硅機組、主電路電器柜和輔助電路電器柜；機械室內(nèi)裝有空氣壓縮機組和通風(fēng)機組，機械室的頂部各裝一套制動電阻；機車的兩端為司機室，室內(nèi)的正、副司機操縱臺及各種開關(guān)、儀表和指示燈等。車體側(cè)墻上開有百葉窗，空氣可以從這里進入車內(nèi)對機件進行冷卻

8、。車體底架中梁的兩端安裝著車鉤緩沖裝置。車體頂部安裝著兩套受電弓。走行部為23臺轉(zhuǎn)向架，用來承受機車的上部重量，傳遞牽引力和制動力，緩沖來自線路的沖擊。轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架、旁承、輪對、軸箱、彈簧減振裝置、電機懸掛裝置、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置及撤砂裝置等部分組成。每根車軸上都裝有一臺牽引電動機，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的傳遞使車輪轉(zhuǎn)動。電力機車除了使用空氣制動以外，還可以利用直流電機的可逆性原理，把列車的功能為電能，再把電能變?yōu)闊崮芟牡簦ń须娮柚苿樱┗虬央娔芊答伒诫娋W(wǎng)上去（叫再生制動），以達到控制勵磁電流大小，就能很方便地控制制動功率的大小。電力機車上的全部電氣設(shè)備，分別安裝在它的主電路、輔助電路和控制電

9、路之中，將產(chǎn)生機車牽引力和制動力的各種電氣設(shè)備連接而成的電系經(jīng)叫主電路中粗實，用來實現(xiàn)機車的功率傳輸。在主電路中的電氣設(shè)備有受電弓、主斷路器、牽引變壓器、轉(zhuǎn)換硅機組、調(diào)壓開關(guān)、整流硅機組、平波電抗器、牽引電動機和制動電阻等。受電弓安裝在車體頂部，每車兩套，用來從接觸網(wǎng)上取得電能，接觸導(dǎo)線送來的25kV工頻單相交流電由此引入機車。主斷路器是機車上的主要保護裝置，當(dāng)主電路發(fā)生短路、接地或其他電氣設(shè)備發(fā)生故障時，它能自動切斷機車電源。牽引變壓器共有四個繞組：原邊繞組接25kV高電壓，經(jīng)輪對、鋼軌、回流線回到牽引變電所；三個副邊繞組中，牽引裝組用來向牽引電動機供電；勵磁繞組用在電阻制動時給電動機提供勵

10、磁電流；輔助繞組用來給機車的輔助機組供電。轉(zhuǎn)換硅機組和調(diào)壓開關(guān)是保證機車平穩(wěn)調(diào)壓，達到機車的調(diào)速目的。牽引繞組輸出的交流電通過整流硅機組整成直流電后供牽引電動機使用。由于牽引電動機本身的電感較小，不足以將整流后的電流濾平到所需要的范圍，必須在電動機的電路里申接一個增大電感量的平波電抗器，以減小整流電流的脈動，改善電動機的工作條件。當(dāng)機車需要進行電阻制動時，把牽引電動機從申勵電動機改成他勵發(fā)電機，把電樞繞組與制動電阻相連接，把電能變成熱能逸散掉，達到消耗機車動能的目的。為主電路中有關(guān)設(shè)備服務(wù)的所有輔助電器連接而成的電系統(tǒng)叫輔助電路（如圖2中虛線所示）。輔助電器主要有劈相機、輔助電動機等。劈相機的

11、作用是把單相交流電變成三相交流電使用。控制電路是將控制主電路和輔助電路中各種電器設(shè)備的開關(guān)、接觸器、繼電器和電空閥等，同電源、照明、信號等的控制裝置連接而成的電系統(tǒng)。三條線路在電器方面是相互隔離的，通過電磁、電空或機械傳動等方式相互聯(lián)系，配合動作，用低壓電控制高壓電，以保證操作安全和實現(xiàn)機車的運行。4工作原理接觸導(dǎo)線上的電流，經(jīng)受電弓進入機車后經(jīng)過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經(jīng)過硅機組整流后，向六臺分兩組并聯(lián)的牽引電動機集中供應(yīng)直流，使?fàn)恳齽与妱訖C產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動機車動輪轉(zhuǎn)動。電力機車的牽引性能主要取決于牽引電動機。直流申勵電動機的外特性很

12、接近機車?yán)硐霠恳匦裕移滢D(zhuǎn)速與外加電壓成正比，只要改變牽引電動機的端電壓，就能對機車進行調(diào)速。5主要技術(shù)參數(shù)中國國產(chǎn)和引進干線電力機車的機型和主要技術(shù)參數(shù)如下表1和表2所>表1國產(chǎn)干線電力機車型號及主要技術(shù)參數(shù)型號6Y1SS1SS2SS3SS4SS5SS6SS7SS8交一直一交原龍機車制造年代1958-I960-19661979-1965-1990-1991199219941994制造臺數(shù)7SL9152548253221n制造J田心田心、株洲田心株洲<±同）株洲株洲怵1rti大同株洲株洲軸式cococococococu-co2(BD-B口一BDcocoB0一B0BOB

13、OBOBO匚用途國-f-tJ32JQ國客-f-tG客G嬸(kw)351037804620435064nn32004800480032004000最高速度9090100100100140100100177120(km/h)整流器器形式引燃管硅整流器硅整流器硅整流器四段姓濟一段全控兩段一段全控一殷全四象限控控制器半控橋一段半控半控楙一段半控一段半控電壓器調(diào)整方式3斑調(diào)壓33級調(diào)壓32縱島壓8級晶相控調(diào)壓相控調(diào)壓相控調(diào)壓相控調(diào)壓相控調(diào)壓逆變器變頻側(cè)調(diào)壓級間調(diào)壓電制動方式無電阻電阻電阻電陰再生電阻再生再生再生牽引型號電機ZQ650ZQ6501ZQ800ZQ8001ZQ950ZD107日立HS-復(fù)勵電機

14、ZD107異步電機(ZD10=14263-OIR額定功585/1500630/1500770/780725/1550800/1020800/950800/1570B00/940800/9501000/2200率/電壓懸掛方式抱軸瓦抱軸瓦相軸瓦抱軸瓦抱軸瓦電機空心軸將軸瓦胞軸瓦電機空心軸推軸瓦傳動曲88/2175/2168/2187/2088/2174/2374/1774/1771/26注：1.6Y1中4號車1966年改為硅整流器，型號為6Y1-004G;1967年生產(chǎn)的6Y1-007的功率36725kW,電機型號為ZQ650-1,最高速度為100km/h,電動機額定功率為612k2.SS1-0

15、08130于19681975年由田心廠造，SS1-131826于19761988年由株洲廠造，傳動比為88/19 。表2引進干線電力機車型號及主要技術(shù)參數(shù)表型號6Y26G16GF8K6K8G引進年代19871987198196119711972198198819908825引進臺數(shù)（已報廢）法國240法國150歐洲85100日本三菱電蘇聯(lián)諾沃切爾制造廠阿爾羅馬阿爾50赫機斯通尼亞斯通茲集和川崎重工卡斯克公司公司團2軸式C0C0C0(B0B0B02(B0B0)C0C0C0一B0B0)用途貨客、貨貨貨貨貨功率（kW）455400648006400500100400最高速度100120115100100100(km/h)一段兩段全控整流器器形引燃硅整半控一段三段半控橋硅整流橋式管流橋橋半控橋高壓高壓恒流準(zhǔn)恒恒壓限流或側(cè)側(cè)有相控速準(zhǔn)恒低壓側(cè)調(diào)整方式32級級調(diào)相控有級調(diào)壓速相控調(diào)壓調(diào)壓調(diào)速速電阻調(diào)壓電制動方式再生電阻(2臺再生電阻電阻再生）牽型號TA06LJE1TA04TA06MB-530-AHB-515引49B208-29C149DVR電額定功750/850/910/1800/925800/1020機率/電壓750770820000/(k