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1、第三章 电力机车第一节 电力机车的特点和分类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。一、 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
2、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 160200km/h，货运电力机车也达到 120140km/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 300400km/h。 (4) 效率高 电力机车本身的效率为 80%85%。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
3、，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苦，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。二、电力机车的分类1、按机车轴数分四轴车 轴
4、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、
5、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 15kV 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
6、触网电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 16 2/3Hz)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 11-15kV，便接触网简化，
7、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
8、。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。(3)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。(4)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
9、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。第二节 电力机车概述电力机车由机械部分 (包括车体和转向架 )、电气
10、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。新型电力机车的设计都遵循了简统化、系列化工作的原则，完全按标准化进行。这对于我们了解和分
11、析不同型式的新型电力机车提供了方便。电力机车简统化、系列化工作原则的主要内容为：（1）主电路标准化设计。采用两种整流电路形式；两段桥、再生制动，牵引无级磁场削弱；三段不对称半控桥，加馈电阻制动，牵引三级磁场削弱。统一牵引电机电压等级，不同轴式采用积木式组合，货运机车牵引电机功率 800 kW，电压 1000V 左右，6 极机，半悬挂，滚动抱轴承，单边刚性齿轮传动；货运机车采用机车功率因数补偿装置；统一装备有防空转、防滑行系统；统一装备有特性控制系统；采用标准电压、电流等级的主电路各类电器设备。（2）机车车体采用统一结构。统一的司机室基本设备及布置；统一的大顶盖结构及车顶预布线工艺；统一的高台架
12、及车上布管工艺；统一的侧墙高度及结构，底架基本结构，架车升高高度。（3）统一的 DK1 型制动机。（4）统一的电子控制柜，电子插件采用模块化结构。（5）统一的大功率晶闸管与整流管。（6）统一的同一种类型转向架的基本组件，其中包括轮对系统、悬挂系统、基础制动系统等组件的统一。一、韶山 8 型电力机车简介韶山 8 型电力机车（代号 SS8 型，以下均用代号）是“八五 ”国家重点科技攻关项目（专题合同编号；85 一 40201 一 02） 。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提速旅客列车。1994 年完成的两台 SS8 型机车样机，经 20 万 km 运行考核，井经多种试验，于
13、1997 年 2 月通过国家鉴定。为适应提速需要，1997 年上半年已批量生产。1996 年 5 月至 10 月间，SS 8 型电力机车在铁道部科学研究院环行试验基地型式试验时，最高试验速度达到 187kmh1996 年 11 月在郑州一浑河间提速试验和动力学性能试验时，正线最高试验速度达到 1853kmh，创既有线最高运行速度。1997 年元月在高速综合性能试验时，创造了最高试验速度 2126kmh 的记录、1998 年 6 月 24 日，经高速试验改进的 SS80001 机车在京广线的许昌一小商桥间创造了 2396kmh 的中国铁路新的第一速记录。SS8 型客运电力机车是工频交流晶闸管相控
14、机车，机车总图及外形尺寸如图1l 所示。该机车采用 B0B0 轴式，总重 88t，轴重 22 t 。SS 8 型电力机车吸收了 SS5 型电力机车的技术，并改进提高，把机车持续功率提高到 3600kW，机车最高速度提高到 170kmh ，以适应 铁路主要技术政策 的要求。SS 8 型电力机车主要技术特点为：1机车主电路为不等分三段半控桥式电路，转向架电机并联供电，采用晶闸管分路的无级磁场削弱电路，可实现全运行区无级调速特性。2机车动力制动为加馈电阻制动，在低速区，亦能保持大的制动力。3采用微机控制系统，控制功能有：特性控制；空转（滑行）保护控制；速度分级控制系统的制动配合控制；过相分段的操纵控
15、制以及诊断、监测显示功能。4机车设有列车供电系统，可向旅客列车提供空调、采暖、茶炉、照明等供能电源。5机车可安装速度分级控制系统，与车载微机进行通信、查询，并执行牵引至电制动的优先转换、常用制动、紧急制动。6转向架为轮对空心轴六连杆弹性传动装置减轻了簧下质量。牵引装置为推挽式低位平牵引杆，牵引点高 220mm。7 采用 900kw 脉流电动机，该电机为全叠片结构，双 H 绝缘。8采用 DKl 型制动机，具有空电联合制动功能，并能实现列车的电空制动系统的电指令直通控制。9经风洞模拟试验的机车外形，可减小风阻。10车体为整体承载结构，采用有限元分析优化设计。二、韶山 8 型电力机车的总体布置电力机
16、车上有品种繁多的电机、电气设备以及元器件，为便于制造和检修，常把零散的元器件组合成相对独立的单元，设备布置就是把这些设备和单元合理地定位。一般设备布置应兼顾以下原则：1重量分布均匀。目的在于使机车轴重均衡，牵引力能充分发挥。2安装和维修方便。设备尽可能成套组装，容易接近，特别是在运用中经常要接近的设备，应留有足够的作业空间。3 安全、凡危及人身安全的设备，要有防护措施，不耐热的设备和器件，应与热源远离或隔离。4经济。设备布置时，充分利用空间缩短车体长度，按电路走向布置相应设备，使大截面的电缆、母线、风管、风道尽可能短，以简化施工，节约用料。5舒适、机车的空间小，工作时又是运动的，为乘务人员提供一个舒适的工作环境，以便安全操纵机车是十分必要的。在舒适方面，重点要考虑司机室的设备布置，要求人机之间的作业范围合适，操作方便，视线角度合理，容易正确观察仪器、仪表及信号灯指示。噪声源远离司机室，留出必要的工作和生活空间。机车通
