受电弓主变器及机械部分

受电弓主变器及机械部分第一页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓

一、受电弓基本知识受电弓是电力机车上一个重要的电气部件，通过它直接与接触网接触。它是是一种铰接式机械构件，通过绝缘子安装在机车（动车）顶部。作用：受电弓升起后，集电头（滑板）与接触网导线接触取流引入机车，供车内的电气设备使用。安装位置：它安装在车顶上，不用时处于折叠状态，运用时升起与接触网接触。运行：司机操控TCMS（机车微机控制管理系统），通过压缩空气升起或降下受电弓。注意：机车正常运行时只升后弓，当其中一受电弓故障时，可经高压隔离开关隔离，机车可使用另一受电弓继续牵引。第二页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓受电弓结构示意图第三页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓DSA200型受电弓外形图第四页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓DSA200型受电弓主要技术参数额定电压/电流:25kV/1000A额定运行速度:200km/h最大运行速度:220km/h静态接触压力（不带阻尼器）:70±10N（可调）落弓位保持力:≥120N输入空气压力:0.4～1MPa额定工作气压:约0.36Mpa（可调）升高到2m的升弓时间（自绝缘子底面）：≤5.4s（可调）从2m高的降弓时间（至绝缘子底面）：≤4s（可调）第五页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓要求：（1）受电弓各铰接部分应转动灵活。（2）受电弓气囊、空气管路及各接头连接处不得有漏气现象。（3）所有紧固件应紧固到位，各导电软连线应安装良好，无断裂或破损现象。（4）滑板不得有严重缺损，安装牢固，接缝处应平整、密贴。滑板托及弓角无裂损、变形。滑板托顶面平整，不得有严重锈蚀。弓角与滑板之间应平滑过渡，间隙不得超限。滑板支架活动部分在任何高度均能动作灵活。（5）各弹簧件无裂损、锈蚀。第六页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓型号：TSG15B型

应用在HXD1C上气囊组装弓头弓头电流连接上框架平衡杆拉杆下臂杆肘接电流连接第七页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓DSA250受电弓：在CRH2等动车组上运用。工作高度：5300mm～5600mm第八页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓受电弓是DSA350S:专门开发用于高速列车。摇臂结构可优化与高架线之间的滑动接触情况。刚性构架和摇臂结构由铝合金制成。两个滑动触点由铝制成，其顶部覆有碳。第九页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓二、高速受电弓受流技术：受流技术主要研究接触网与受流器之间接触状态、受流特性及其影响因素。

弓网关系是轮轨（电气化）交通系统最重要的两个关系之一（另一个是轮轨关系）。当列车高速运行时，弓网在扰动力的作用下，将产生各种周期或非周期性振动，进而使弓网之间的接触压力发生变化。当接触压力增加时，会增加运动阻力和弓网磨耗，使接触导线截面积减小，单位阻抗压降增加。反之，会使弓、网分离，从而产生火花或电弧。第十页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓1、高速受电特点（1）波动特性影响受电受电弓沿接触导线移动速度大，接触网与受电弓的波动特性变化，影响受电。（2）空气动态力影响受电高速列车空气阻力很大，空气动态力影响大。（3）受流功率大高速列车功率大，需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。2、高速受电弓的要求（1）受电弓滑板与接触导线间接触压力恒定第十一页，共五十五页，2022年，8月28日§6.1电力机车受电弓（2）尽可能减轻受电弓运动部分重量目的是保证与接触网可靠接触。（3）受电弓结构设计力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件来承担，使滑板在垂直工作范围内保持水平位置，减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。（4）滑板材料、形状、尺寸满足要求目的是保证良好的接触状态、更高的耐磨性能。（5）升降弓时先快后慢先快后慢，升弓时减小对接触网和底架的冲击载荷，且降弓时可快速断弧。第十二页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器

我国铁道电气化采用25kV单相工频50HZ供电制，则交-直、交-直-交电力机车都需要牵引变压器。

电力牵引系统由牵引变压器、牵引变流器、牵引电动机三大部分组成。牵引变压器功能一是将机车供电系统与接触网相隔离，二是将接触网高压变压成牵引系统所需的压电，三是为变流器提供续流电感，抑制谐波电流和钳制短路电流，缺保机车安全、可靠运行。牵引系统牵引变压器牵引变流器牵引电动机第十三页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器不但交-直、交-直-交电力机车的变压器有别，就是交直交中的CRH、HXD也有不同，故主要以HXD的变压器作简介。一、牵引变压器的几个技术问题“交-直-交”电力机车牵引变压器，其实是次边多绕组的单相变压器，具有许多的特殊性。1、运行特点（1）空载工况下特点：

网压变化大；电压波形畸变；直流偏磁。研究解决：励磁涌流（幅值大，6~8的IN，甚至几十倍；时间长）问题；过电压问题；铁心饱和及发热问题；线圈机械及电气稳定性问题等。第十四页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器（2）负载工况下因牵引变压器负载为变流器及牵引电动机，则次边电压、电流不是标准正弦波，发生畸变，使变压器的负载工况分析变得异常复杂，目前，国内外无成熟、完整的分析理论。（原“南车”电机在该领域进行了探索性研究）特点：

电流、电压波形畸变，谐波含量大；空间漏磁场强，磁力线局部集中；发热及冷却技术复杂。研究解决：漏磁场问题；基波及谐波的发热与冷却问题；空间结构件在磁场中涡流发热问题；线圈短路能力问题。第十五页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器2、谐波含量经计算，谐波含量总的谐波损耗占变压器总损耗的比例为16.5%，即变压器设计时要事先考虑16.5%的冷却容量富余，线圈温升相应要考虑谐波造成温升的增加，同时还应考虑集肤效应。第十六页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器3、对变压器的影响（略）4、牵引变压器的技术处理（1）铁芯结构的选择①铁心磁密选取。保证网压31kV时，铁芯磁密不至于饱和。②铁芯柱采取整体包扎。因变压器采取卧式安装，铁芯柱需承受其本身和绕组的重量以及机车运行时各个方向的冲击力，所以对铁芯柱的强度和刚度要求高，故整体包扎。（见右图）③铁芯、夹件及其它钢结构件可靠接地，避免变压器内部出现环流和悬浮电位。第十七页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器（2）线圈结构的选择①绕组尽量设计成瘦高型，满足变压器绕组疏耦合的要求。②高压绕组出线方式按A、X、X、A、A、X布置，满足降低铁心窗高和牵引绕组出线方便。③高压绕组导线采用漆包Nomex纸包扁铜线，以提高高压绕组端部的绝缘强度。注：Nomex（诺梅克斯），称芳族聚酰胺，特点是耐热性好，强度高。第十八页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器（3）油箱结构的选择①油箱以HXD1B变压器油箱为原型，根据变压器器身尺寸和安装位置变化进行调整，箱盖根据变压器出线和强度要求进行调整。②油箱强度和刚度，根据计算（有限元计算）和实测（应力测试）结果进行设计优化。

第十九页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器（4）冷却方式的选择变压器冷却方式，采用强迫导向油循环风冷（ODAF），双冷却回路和强度要求进行调整。

变压器冷却示意图第二十页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器二、HXD1C牵引变压器（简介）

HXD1C牵引变压器采用卧式结构,强迫油循环冷却方式。特点：短路阻抗高、牵引绕组间全解耦、机械强度高、容量大、体积小、重量轻、效率高以及环保等特点。实物图：牵引变压器如下图所示。第二十一页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器

安装位置：牵引变压器安装在机车车底转向架之间和两个风缸之间。

等效电路图：次边有六个牵引绕组，分别经变流器驱动6台牵引电机。

变压器等效电路第二十二页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器三、HXD3C牵引变压器型号：货运机车采用JQFP2-9000/25（DL）型主变压器；

客运机车采用JQFP-10160/25型主变压器。安装：采用下悬式安装方式的一体化多绕组变压器。冷却方式：采用强迫导向油循环风冷。采用全密封结构。1、主要设计特点（两种主变压器相同）（1）采用下悬式安装，强迫导向油循环风冷方式；主变压器与储油柜一体化，冷却装置分开布置。（2）采用心式卧放结构，A级绝缘，普通矿物油；第二十三页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器变压器及油循环系统均采用真空注油，储油柜封入高纯度氮气，是与空气完全隔离的全封闭结构。（3）高阻抗绕组结构，使变压器内部空间磁场很强，大量采用无磁结构件。（4）油箱采用磁屏蔽的方式，避免漏磁干扰外部信号。（5）线圈导线采用Nomex纸绝缘，具有耐热等级高，机械强度大的特点。（6）全铝板翅式冷却器，两路油循环系统。（7）高压端子采用采用Nexans公司M400AR-3端子。低压端子与HXD3电力机车主变压器采用的端子一致。

（Nexans：耐克森，总部设在巴黎，全球电缆制造及工程专家，全球十大综合布线品牌之一）第二十四页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器2、主变压器循环冷却原理

两种主变压器相同。主变压器有两个油循环回路。油箱内被隔板分隔成二个区，一端为进油区，另一端为出油区。出油区的热油被油泵抽出，经蝶阀、油流继电器送入油冷却器，通过散热翅片与冷却空气进行热交换后，油管和蝶阀由油箱进油侧进入线圈，在线圈内部流动、冷却，由线圈排油侧流出到油箱的出油区，如此往复循环。循环原理图第二十五页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器3、保护功能（两种主变压器相同）（1）油温保护主变压器具有油温检测功能，设1个温度继电器，检测油温，当油温超过100℃时，温度继电器动作，主变流器封锁，停止输出功率。（2）油流保护有两路油循环冷却支路，各设一个油流继电器对油流情况进行监测。若一油流继电器检测到无油循环，则该冷却支路对应的3组牵引变流器和1组辅助变流器禁止功率输出，机车的牵引功率下降50%；若两个油流继电器均检测到无油循环，则断开主断路器。第二十六页，共五十五页，2022年，8月28日§6.2电力机车牵引变压器（3）压力保护

安装压力释放阀，当变压器内部压力达到95±15kPa时，压力释放阀动作，释放压力，同时在微机显示屏上显示。主变压器实物图第二十七页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架一、概述

电力机车（动车）一般由车体和转向架两部分组成,通过支承装置弹性连接，将车体支承在转向架上。转向架：把两个或多个轮对用一定的结构连接起来、并设相关辅助装置组成的一个小车称为转向架（bogie），又称为走行部、走行装置（runninggear）。目的：

提高车辆曲线通过能力；

增加车辆载重。第二十八页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架1、转向架的作用（1）转向架相对车体可以自由转动；（2）使较长的车辆能够通过较小曲线半径的曲线，减小运行阻力和噪声，提高运行速度；（3）采用转向架可以增加车辆长度、载重和容积；（4）便于安装减振装置，使车辆具有较好的动力性能和运行品质；（5）支承车体，使重力分配均匀；（6）便于安装牵引电机和制动装置；便于维护和互换。第二十九页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架2、转向架的分类（1）按有无动力分动力转向架，非动力转向架；（2）按动力传动方式分单独传动：每一动轴由一台牵引电机传动。组合传动：每台转向架上只装一台牵引电机，通过齿轮链来驱动该转向架上的所有轮对。注意：单独传动时，在数字或字母的右下角注以“0”

，采用组合传动时不注。第三十页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架（3）按轴数分二轴转向架（B0-B0），三轴转向架（C0-C0）等。（4）按牵引电机悬挂方式分半悬挂：也叫抱轴式悬挂或轴支承式悬挂。

特点：牵引电机的一侧通过滑动或滚动的抱轴轴承直接扣压在车轴上，另一侧则通过悬挂装置弹性的悬挂在转向架构架的横梁上。全悬挂：又称架承式悬挂。

特点：牵引电机通过悬挂装置完全固定在转向架构架上（也有悬挂在车体上的）。第三十一页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架3、转向架关键参数轨距：我国铁路标准轨距1435mm；轮对内侧距：标准轮对1353±3mm，快速轮对1353±2mm；固定轴距：同转向架最前位与最后位车轴中心线间的距离，我国规定客车一般取2.4～2.6m；最高运行速度；车轮直径：我国铁路客车标准轮径Φ915mm，货车轮径840mm，电力机车轮径1250mm，动车组860mm。轴重（Axleload）：每个轮对施加到轨道上的载荷，包括轴上承受的载荷与轮对自身重量；转向架重量：不宜大于7t；通过最小曲线半径：我国规定对于客车转向架通过最小曲线半径为连挂145m，单车调车100m；第三十二页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架动车组、客车的轴重：200km/h及以上动力分散动车组动车：≤17t；200km/h及以上动力集中动车组动车：≤21t；200km/h及以上动车组拖车：≤16t；200km/h客车：≤15.5t；160km/h客车：≤16.5t；120km/h客车：≤18t；200km/h客运机车：≤22t；第三十三页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架二、动车组（高速）转向架1、动车组转向架的基本要求良好的运行稳定性和舒适感（动力学）简单的结构和轻量化（可靠性）方便出色的维修保养性防止脱轨的安全性（动力学）第三十四页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架国外高速转向架的试验研究证明，当车辆的运行速度超过200km/h时，有可能出现这种不稳定的蛇行运动。

高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲线通过性能等关键技术问题。稳定性主要是蛇行运动。轮对的蛇行运动：第三十五页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架高速转向架发展概况：20世纪50－80年代，一些国家开始将列车速度提高到140－160－200km/h。

日本东海道新干线列车所用的DT200型转向架，最高运营速度为210km/h；

法国于1973年正式生产Y32型转向架，其最高运营速度为200km/h；

德国于1974年开始生产MD52型转向架，最高运营速度也是200km/h。

法国1990年5月的TGV转向架提高到515.3km/h。2007年TGV时速达574.8km/h。第三十六页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架2、动车组转向架主要分类分类原则因车辆用途不同、运行条件差异、制造维修方法等具体因素的影响，以及对转向架的性能、结构、参数和采用的材料工艺等要求的差别，出现了多种型式的转向架。各种转向架的主要区别在于：弹簧悬挂系统的结构与参数，垂向载荷的传递方式，轴箱定位方式，制动装置的类型与安装，构架的结构型式以及作用原理等诸方面。因此，可按转向架作用原理及结构型式分类。第三十七页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架（1）按作用原理分类

●ETR460–470–480(瑞典)●LANZADERAS（西班牙）●ICT（德国），SM3–

（芬兰）●中国●IC2000-ALARIS（西班牙）

●CDT-680（捷克）

●NEWPENDOLINO(瑞典)

●CP型和SZ型等高速转向架系列产品摆式转向架非摆式转向架注：摆式可提高曲线限速的（25~40）%第三十八页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架（2）按轴箱定位方式分类轴箱定位装置

定义：约束轮对与构架之间相对运动的机构。

作用：

轴箱定位方式决定动车组转向架结构型式。

意义：适宜的轴箱弹性定位，以避免车辆在运行速度范围内发生激烈的振动，保证车辆在曲线上运行时具有良好的导向性能，减小轮对与钢轨之间的冲击和侧压力，减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗，确保车辆运行的安全性和平稳性。第三十九页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架基本要求：

纵向和横向具有适宜的弹性定位刚度，其值是该装置主要参数；

结构形式应能保证良好地实现弹性定位作用，性能稳定，结构简单可靠，无磨耗或少磨耗，制造检修方便，重量轻，成本低等。结构方式：板弹簧式、IS式（拉板式的一种）、拉板式（支撑板式）、麦弗逊式、轴箱导框架式（普通客车及机车用）、圆柱导轨式、拉杆式、圆锥叠层橡胶式、转臂式等第四十页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架第四十一页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架3、动车组转向架的结构及其作用结构：轮对轴箱装置、构架、弹性悬挂装置、牵引装置、基础制动装置。动车转向架：增加驱动装置。（1）轮对组成：车轴、车轮车轮：我国动车组采用整体辗钢车轮；车轮由踏面、轮缘、轮辋、辐板、轮毂等部分组成；

踏面形状：锥形、磨耗形。车轴：承受弯矩、扭矩，载荷有交变的，还有突加的。

由车轴钢锻造而成。高速列车采用空心轴。第四十二页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架（2）轴箱作用：连接轮对与构架，将车轮绕其轴线、沿轨道方向的转动转化为车辆沿轨道方向的平动；承受载荷与冲击，传递各向力；注意：轴箱装置需要保证良好的润滑与密封。（3）构架结构形式：H形、口字形、目字形、日字形……，常用H形。要求：强度：静强度、疲劳强度；

刚度第四十三页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架（4）中央悬挂即中央弹簧。通常为螺旋圆弹簧、橡胶弹簧或空气弹簧。空气弹簧：在柔性密闭容器中充入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的非金属弹簧称为空气弹簧，由本体、附加空气室和高度调整阀组成，同一转向架两侧的空气弹簧还需要设置差压阀。优点：大柔度、小刚度；在任何载荷下保持车辆高度不变；在任何载荷下保持车辆自振频率不变；

吸收高频振动、降低噪音效果好；具有良好的非线性刚度特性。第四十四页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架4、典型动车组转向架CRH2型（四方/川崎）动车组转向架第四十五页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架动力转向架由构架、轮对轴箱、牵引装置、基础制动装置、二系悬挂装置、牵引电机、驱动装置组成。每节动力车厢下有两个动力转向架。每台动力转向架有两根动力轴，电机采用架悬方式，降低了簧下质量，改善了动力学性能。拖车转向架与动车转向架组成结构基本一致，但没有牵引电机和驱动装置。拖车下是拖车转向架。第四十六页，共五十五页，2022年，8月28日§6.3电力机车转向架转向架结构概要转向架为两轴无摇枕、“H”型构架