电力机车总体及特性主讲：汪科简介非自给式机车蒸汽机车内燃机车自给式机车电力机车电力机车工作原理第一章电力机车按供电电流制——传动型式分为四类:Ø 直流供电——直流牵引电动机的直直型电力机车；Ø 交流供电——直（脉）流牵引电动机的交直型电力机车；Ø 交流供电——变流器环节——三相交流异步电动机的交直交型电力机车Ø 交流供电——变频环节——三相交流同步电动机的交交型电力机车第一节第一节 直直型电力机车工作原理直直型电力机车工作原理一、基本工作原理 直流电力机车直流电力机车使用的是直流电源和直流串励牵引电动直流电源和直流串励牵引电动机机，目前有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式工作过程为工作过程为：机车由受电弓从接触网受电弓从接触网取得直流电，经断路器断路器QD，启动电阻启动电阻R R向四台直流牵引电动机四台直流牵引电动机M1～M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所四台牵引电动机接通电源后即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行二、直流电力机车的特点二、直流电力机车的特点 1.1.机车结构简单，造价低，经济性好；机车结构简单，造价低，经济性好；2.2.采用适合于牵引的直流串励电动机、调速方便、控制采用适合于牵引的直流串励电动机、调速方便、控制简单、运行可靠；简单、运行可靠；3.3.供电效率低。
由于受牵引电动机端电压的限制，接触供电效率低由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为网电压一般为15001500伏～伏～30003000伏传输一定功率时电流较伏传输一定功率时电流较大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低 4.4.基建投资大为了减少接触网上的压降，电气化区段基建投资大为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大的牵引变电所数量较多，造成基建投资大5.5.效率低，有级调速由于机车使用调压电阻进行启动效率低，有级调速由于机车使用调压电阻进行启动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节随着电力电子技术的发也难以实现连续、平滑地调节随着电力电子技术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速一、基本工作原理图1-2 整流器电力机车工作原理 第二节 交直型电力机车工作原理图1-2所示为整流器电力机车的两种基本原理 线路图。
单相交流电由接触网通过受电弓引入牵引变 压器的高压绕组，再经钢轨接地1.中点抽头式全波整流电路电力机车工作原理在图1-2（a）中牵引变压器二次侧绕组分成oa 、ob两段，两段电压大小相等、方向相反整流元件 D1、D2的正极分别与二次侧绕组的a、b点相接，负极 相互联接在一起牵引电动机的一端与变压器二次侧 绕组的中点o相接，另一端经平波电抗器PK与整流电 路的输出端即整流元件的负极相接电路正常工作，当变压器二次侧电压正半周a点为 高电位时，整流元件D１导通，电流由a点经D1、平波电 抗器PK、牵引电动机M回到O点，构成一闭合回路此时 ，整流元件D2因承受反向电压而截止当变压器二次侧 电压负半周b点为高电位时，整流元件D2导通，电流由b 点经、D2、平波电抗器PK、牵引电动机M回到O点，也构 成一闭合回路D1因承受反向电压而截止由此可知， 在交流电压的正负两个半周内，变压器二次侧绕组oa、 ob交替流过电流而牵引电动机Ｍ中则始终流过连续不断 的方向不变的电流，保证了直流（脉流）牵引电动机的 正常工作2.桥式全波整流电路电力机车工作原理 电路正常工作，当变压器二次侧电压正半周a点 为高电位时，整流元件D1、D3导通，整流电流由绕组a 点经整流元件D1、平波电抗器PK、牵引电动机Ｍ、整 流元件D3回到绕组b点，此时整流元件D2、D4承受反向 电压而截止。
在变压器二次侧电压负半周b点为高电 位时，整流元件D2、D4导通，整流电流由b点经整流元 件D2、平波电抗器PK、牵引电动机Ｍ、整流元件D4回 到a点此时整流元件D1、D3因承受向电反压而截止 由此可见，在交流电压的正、负半周内都有电流流过 变压器二次侧绕组且方向不同，而牵引电动机Ｍ中则 始终流过方向不变的电流二、整流器电力机车的工作特点由以上分析，我们可以看出整流器电力机车有 以下特点： ⑴整流器电力机车的变流过程是在机车内完成 的（直直型电力机车的变流过程是在牵引变电所进 行），因此整流器电力机车是一个集变压、变流、 牵引为一体的综合装置，不仅简化了电气化牵引的 供电设备，而且由于采用交流电网供电，提高了接 触网的供电电压，使一定功率的电能得以采用小电 流输送，既可减小接触网导线的截面，节省有色金 属用量，也可减少电能损耗，提高电力机车的供电 效率 ⑵由于机车内设有变压器，调压十分方便，牵 引电动机的工作电压不再受接触网电压的限制，机 车就可以选择最有利的工作电压，使牵引电动机的 工作更为可靠⑶牵引电动机采用适合牵引的串励或复励电动机 ，可以获得良好的牵引性能和启动性能，尤其启动 时它采用了调节整流电压的方式，省略了启动电阻 ，不仅减轻了电气设备的重量、降低了启动能耗， 而且改善了电力机车的启动性能，提高了机车的运 行可靠性。
4）由于整流器电力机车采用单相50Hz整流， 其输出电压有很大脉动，因而流过牵引电动机的电 流也有较大脉动脉动电流不仅使牵引电机的损耗 增加，而且使牵引电机的换向恶化，因此在整流器 电力机车上需要装设平波电抗器PK和固定磁场分路 电阻R0以限制电流的脉动，改善电动机的工作条件 同时，在牵引电动机的结构上亦作了特殊设计交直交型电力机车属于交流传动机车由逆变 器供电，机车和动车组采用交流异步电动机做牵引 动力根据变流器结构的不同，目前交（直）交型 机车和动车组有电压型、电流型两种基本结构 我们以电压型交直交变流器供电、三相异步电动机 作牵引电动机的机车为例分析，原理如图所示第三节 交直交型电力机车工作原理 机车在工作时，受电弓将网压引入机车变压器 一次侧绕组，经变压器二次侧绕组降压后送入①环 节，将交流电转换为直流电，经②环节平滑Ａ处脉 动，送入③环节，将直流电逆变为电压和频率可调 的三相交流电，经④环节平波电抗器，供给⑤环节 三相异步牵引电动机，实现牵引运行在这个系统 中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然 后进一步转换成电压和频率可调的交流能量各环 节的作用分述如下：①环节——整流电路基本作用是将交流电转换 为直流电。
具体电路可以是不可控整流桥、相控 整流桥、四象限脉冲变流器 ②环节——直流环节滤波器基本作用是平滑Ａ 处的纹波（脉动），消除或减少谐波含量，改善机 车的功率因数采用不同的整流电路，其滤波电路 也不同，功能有所差别③环节——逆变器用于将直流电转换为三相交流 电，同时具有较宽的调频范围和调压范围，一般采 用正弦波脉宽调制（PWM）技术或采用电压相量（ VVCPWM）控制技术，减少网压波动的影响 ④环节——电抗器，其主要作用是：降低电机 、电缆中的高频成分，控制噪声的传播，抑制电 机启动过程中的谐波分量；保证频繁断开电机电 路时不损坏变频器；系统的工作特点： 1.功率/体积比大 2.交流电机维修量小 3.机车具有优异的牵引和制动运行性能 4.简化了主线路 交流传动机车具有启动牵引力大、恒功率 范围宽、粘着系数高、电机维护简单、功率因 数高、等效干扰电流小等诸多优点，是目前我 国铁路发展的必然趋势。