电力机车概述 天津职业技术师范大学2014 学生复习课件

1、电力机车 电力机车的牵引动力是电能，但机车本身没有原动力，而是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机驱动列车前进。 采用电力机车牵引的铁道称为电气化铁道。电气化铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成。由电力机车实施的牵引运行称为电力牵引，是世界各国公认的最佳铁路牵引方式，我国铁路牵引动力现代化的主要方向就是大力发展电力牵引。电力机车汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、电力机车发展概况四、电力机车工作原理及其组成五、电力机车的基本参数六、我国电力机车浏览Contents汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、

2、电力机车发展概况四、电力机车工作原理及其组成五、电力机车的基本参数六、我国电力机车浏览Contents 1. 电力机车与其它类型机车相比其主要优点: 单机功率大：由于机车上没有牵引用的能源(发动机及其燃料)，使得同等机车功率下机车重量轻；同等机车重量下机车功率大。 过载能力强(爬坡性能好)：牵引电动机过载能力强，对坡道、气温、气压、缺水、高原地带都有较强的适应性。下坡道可方便地使用电阻制动或再生制动，提高列车下坡的平均速度(维持“限速”下坡)，从而提高铁路线上困难区段的通过能力，提高运能。汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、电力机车发展概况四、电力机车工

3、作原理及其组成五、电力机车的基本参数六、我国电力机车浏览Contents电力机车一般是按照电力机车的供电电流制及所采用的牵引电动机型式来分类。直流与交流制供电的电气化铁道上使用的电力机车分别为直流供电电力机车和交流供电电力机车。 1.直流供电电力机车 牵引运行时，由电网获得直流电、一般使用直流牵引电动机工作（不包含现在的地铁），驱动机车运行。该结构简单，控制方便，易于维修，运用也比较可靠，而且容易实现再生制动。其缺点是接触网电压不高(一般为15003000V)，送电距离受到限制、变电所数目多，接触网结构复杂、笨重。2、按机车轴数不同可分为4轴、6轴、8轴等电力机车。3、按电流制不同可分为单相低

4、频制（25Hz、Hz）单相工频制（50Hz）整流器式电力机车三相异步电动机电力机车 单相低频电力机车的牵引电动机是单相整流子电机，机车直接从接触网获取单相低频(25Hz或162/3Hz)交流电。这种供电系统的电压一般为1115KV，有效地克服了直流制电力牵引的不足，缺点是供电频率与工业用电不同，因而需要建造专用的发电厂，或在工业电力系统与铁道供电系统之间设置复杂的变频设备。 单相工频制目前广泛使用。 单相工频交流制自五十年代以来，发展很快。最初的单相工频交流制使用的是整流器式电力机车，它由接触网受入单相交流电，经机车内的整流器整流后，供给直流(脉流)牵引电动机进行工作，接触网供电电压一般为20

5、25KV。这种机车既采用了高压交流供电，又采用了性能良好的直流牵引电机，且供电系统与工业系统频率相同，故具有更大的优越性。 变流技术-工作原理牵引变流器是机车传动级控制的核心部件，其功能是实现将工频电网中的交流电流通过变频变压控制，变换为适合于交流牵引电机运行要求的频率可变的交流电。交直交电路结构的变流器由变压器侧整流器和电机侧逆变器两部分组成。变流技术-工作原理交流电机直流电机 三相交流异步牵引电机：1.结构简单，坚固耐用，易于制造，可靠性高；2由于取消了整流子和炭刷，消除了环火及换向引起的电气损耗和机械损耗，大大减少了维修工作量；3耐振动、冲击，适合于风雪，多尘，潮湿等恶劣环境；交流传动电

6、力机车中磨耗件种类和数量的减少，以及广泛采用模块化结构和诊断装置，提高了无故障运行的公里数，缩短了检修时间，减少了维修费用。故障率降低可以提高设备利用率，进而减少动车段备用动车数量。国外运用表明，在相同条件下，交流传动电力机车的维修费用仅为相控电力机车的1/3，每年的运营费用仅为相控电力机车的50%左右。我国韶山系列交直传动电力机车的效率一般在0.810.83，而交流传动电力机车的效率能达到0.840.86。交直传动电力机车的动力制动一般是电阻制动，制动过程中的动能转化为制动电阻上的热能消耗掉；交流传动机车的动力制动一般采用再生制动，将制动过程中的动能转化为电能回馈回电网。2003年7月22日

7、在中国大秦线，进口DJ1交流传动电力机车双机牵引万吨货物列车自湖东站到茶坞站，全程303km，牵引用电11584度，再生制动发电15099度，合计用电3515度；22日同样行程，DJ1交流传动电力机车双机牵引一万两千吨货物列车，牵引用电15222度，再生制动发电18066度，合计用电2844度，符合中央提出的“节约社会” 精神。汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、电力机车发展概况四、电力机车工作原理及其组成五、电力机车的基本参数六、我国电力机车浏览Contents3.提高阶段（自80年代末开始2005年左右）：在消化吸收引进机车技术的基础上，对已开发的机

8、车进行了技术改造，并结合我国传统的牵引电机并联的主电路形式，相继开发SS5、SS8、SS6B、SS7等型号的电力机车。（微机控制，相控调压） 发展与演变的主要特点： （1）技术进步快有级开关调压，相控无级调压，变压变频； 电阻制动，加馈制动（增大低速制动能力），再生制动； 粘着系数利用率达95%以上； 继电器控制，电子装置控制，微机控制与LCU、多CPU分布式实时总线控制； 机械特性的改进； 所有的电器件绝缘等级不断提高。 （2）功率大幅度增长 交直传动3900kW，交直交9600kW轴功率（单电机）： 货运：650kW800kW 客运：900kW1600kW1、电力机车的组成 电力机车是由机

9、械部分、电气部分和空气管路三部分组成的。 机械部分包括车架车体、走行部（转向架）、钩缓等等。SS3B机械系统介绍转向架：两台完全相同并各自独立的转向架，C0-C0，即六根车轴全部是动轴，且单独传动方式。车体 ：两端司机结构。车内设备按斜对称平面布置。全车共分七个室。端司机室端辅助室端高压室变压器端高压室端辅助室端司机室2、电力机车的组成（空气系统） 空气管路系统包括空气制动机管路系统、控制气路系统和辅助气路系统三部分，分别实现机车的空气制动、机车上各种设备的风动控制，并向各种风动器械供风。风源，制动机管路，控制管路和辅助管路系统一、风源两台NPT-5型空气压缩机组、空气压力调节器、高压安全阀、

10、止回阀、油水分离器、总风缸等。二、控制气路：辅助空气压缩机、分水滤气器、换向阀、门联锁阀等。三、辅助气路撒砂器，刮雨器，高、低音风笛及其风管路所组成。四、制动机是空气管路系统的一个主要组成部分，也是机车的一个重要部件。ss3型采用了我国自行研制DK-1型电空制动机。 SS3B空气管路介绍2、电力机车的组成（电气系统）电气部分包括机车上的各种电气设备及其连接导线。电气设备主要有受电弓、主断路器、牵引变压器、硅整流装置、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。为了保证机车的正常运行，机车上还有许多辅助电气设备和控制电器。 本PPT最后部分单独进行介绍！电力机车的基本构造与原理电力机车的工作原理 （交

11、直传动） 电力机车运行时，受电弓升起，从接触网上取得25KV单相工频交流电，通过主断路器进入牵引变压器，将接触网的高压交流电变为低压交流电，然后经过硅整流装置将交流电整成直流电，再经平波电抗器滤波后，供给牵引电动机。 牵引电动机旋转带动车轴和车轮转动，由于轮轨间的粘着作用从而产生牵引力使列车前进。牵引电动机的转速不同，机车的运行速度就不同。电动机的转向改变，机车的运行方向也随之改变。 牵引电动机还可做发电机运行，将列车运行的机械能变为电能，进行电阻制动。汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、电力机车发展概况四、电力机车工作原理及其组成五、电力机车的基本参数

12、六、我国电力机车浏览Contents(一) 功率 电力机车的功率有小时功率和持续功率 1、小时功率：就是在额定电压、正常温升、正常通风、整流子检查孔关闭条件下，牵引电动机工作一小时发出的最大功率。与之对应的为小时状态、小时电流、小时转速、小时力矩、小时升温、小时牵引力、小时功率因素等。 2、持续功率：就是在额定电压、正常通风、正常温升、整流子检查孔关闭条件下，牵引电动机长期工作发出的最大功率。与之对应的为持续状态、持续电流、持续转速、持续力矩、持续升温、持续牵引力等。(二) 速度 机车牵引一定重量的车列运行时，在同一功率下，其速度随线路纵断面的变化而变化，其中特征速度有三个，即: 1、机车最大

13、运用速度：是设计机车时给定的最大速度，根据这个速度确定走行部的结构和参数,校验曲线通过以及选用制动方式等。 2、机车计算速度：机车牵引规定重量的车列通过限制坡道的最低运行速度称为机车计算速度。或者说，用以计算机车牵引重量的速度叫做机车计算速度。(二) 速度 3、机车的持续速度：机车在全功率工况下，其冷却装置的能力所能容许的持续运行的最高速度叫机车的持续速度。 对电力机车来说，机车持续速度是指机车在全功率下，以持续电流工作时的机车速度。(三) 牵引力 电力机车的三个特征牵引力系指起动牵引力、计算牵引力和持续牵引力。 1、起动牵引力：机车起动时所能发出的最大牵引力叫起动牵引力。为防止车轮发生空转，

14、起动牵引力要低于起动时的粘着牵引力，同时起动牵引力要保证列车能在限制坡道上起动。对电力机车来说，起动牵引力也可能受起动电流的限制。 2、计算牵引力：在全功率工况下，对应机车计算速度下的牵引力称为计算牵引力。计算牵引力受计算速度下的机车粘着的限制。 3、持续牵引力：机车在全功率工况下运行时，对应持续速度的牵引力称为持续牵引力。 汽车与交通学院 交通教研室 孟亚东一、电力牵引的优越性二、电力机车的分类三、电力机车发展概况四、电力机车工作原理及其组成五、电力机车的基本参数六、我国电力机车浏览Contents电力机车的基本构造与原理各型电力机车技术参数、速度特性、牵引（力）特性、制动特性、供电特性、总

15、效率不同各型电力机车包括电气、机械和空气管路三大系统。 不同型号的电力机车采用的上述三大系统内部结构有所不同以下介绍电力机车的电气系统三大电路与电制动 电力机车上设有主电路、辅助电路和控制电路三条电气回路，机车上所有的电气设备都在这三条电器回路中。（1）主电路 主电路将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个电系统，实现机车的功率传输。 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）、整流调压线路、电抗器柜、牵引电动机和制动电阻等。1 电力机车的三大电路主电路主要由受电弓、主断路器、高压电流互感器、变压器、硅整流装置、牵引电机、高压电器柜、平波电抗器、制动电阻柜及电

16、路保护装置等组成，是产生机车牵引力和制动力的主体电路，或称动力电路。主电路又按电压级可分为网侧（25kV侧）高压电路、调压整流电路和牵引制动电路三级。+(保护电路) C0-C0主电路举例 调压方式：主变低压侧晶闸管不等分三段半控桥式相控调压方式。一桥为1/2U半控大桥，二、三桥均为1/4U半控小桥。整流方式：单相不等分全波桥式整流电路供电方式：转向架独立供电方式电阻制动：电阻制动、低速加馈保护形式：有短路、过流、过载、过电压、接地保护等多种功能装置主电路基本型式：“交直传动系统”主电路举例电阻制动工况励磁电路原理图主电路举例电阻制动工况牵引电机接法主电路举例主电路接地保护系统原理图主电路举例S

17、S7E机车主电路1、主传动复励牵引电动机 C0-C02、牵引电机供电方式架控3、三段半控桥相控整流，复励电路，无级调压，磁场削弱采用调节复励电机的他励电流的无级调节4、加馈电阻制动主电路举例 SS7E机车主电路牵引绕组a1-x1,a3-x3电压为675.6V;a5-x5为励磁绕组168.9V。主电路举例 l）受电弓：机车顶部装有两套单臂受电弓，受电弓紧压接触网导线滑行摩擦从电网上取得电流。机车运行时机车只需升起一套受电弓，另一受电弓作为备用。接触网上送来的25千伏工频单相交流电就由此引入机车。(图3-57)图3-57 TSG3630/25受电弓主电路举例 2）主断路器：主断路器是用来接通或断开

18、电力机车高压电路的。当主电路发生短路、接地或整流调压电路、牵引电动机等设备发生故障时，它能自动切断机车电源，实现对机车上设备的保护。主电路举例 4）调压开关：用来调节牵引变压器中副边牵引绕组的输出电压，从而使牵引电动机的端电压得以改变，以达到机车的调速目的。 3）主变压器：又称牵引变压器，它把从接触网上取得的 25千伏高压电降低为牵引电动机所适用的电压。变压器共有四个绕组：一个原边绕组接25千伏高压电；三个副边绕组，其中牵引绕组用来向牵引电动机供电；励磁绕组用在电阻制动时给电动机提供励磁电流；辅助绕组用来给机车的辅助电机供电。 5）电抗器：由于牵引电动机本身的电感极小，不足以将整流后的电流滤平

19、到所需要的范围。因此，在牵引电动机电路中串接一个增大电感的平波电抗器，以减小整流电流的脉动。主电路举例 （2）辅助电路 辅助电路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。辅助电路主要由供给三相交流电的劈相机和各辅助机械牵引通风机、空气压缩机、制动风机、油泵以及司机室热风机、电热玻璃、自用电插座和相应的各电阻接触器等组成。因为是专向中辅助机械供电的电路，故称辅助电路，它是保证主电路发挥功率和实现性能所必不可少的电路。按电压等级可分为380V、220V两个部分。 辅助电路特点（供电品质）：辅助电源有（-24+16）%超

20、高量的电压波值。由劈相机实现单-三相供电系统，使电压、电流呈三相不对称供电特性。辅助电源存在高次谐波分量包括：电源电路负载电路保护电路辅助电路 （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。控制电路控制电路就即主令电路，司机通过主令电路发出指令来间接控制机车主电路及辅助电路，以完成各种工况的操作。它由110V直流稳压电源，蓄电池组，及控制机车牵引、制动、向前、向后、加速停车，控制各辅助机械开停和各照明工作等有关的主令电器，各种功能的低压电器及开关等组成。电子电路主要环节有牵引特性控制，电制动特性控制，空转、滑行保护装置控制等。 控制电