铁路丛书-国产电力机车.doc
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电力机车
韶山3型干线客货运电力机车株洲电力机车厂
电力机车本身不带原动机,靠接受接触网送来的电流作为能源,由牵引电动机驱动机车的车轮。
电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点,而且不污染环境,特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多,坡度大的山区铁路。
韶山7C型干线客运电力机车大同机车厂
电力机车是从接触网上获取电能的,接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。
由于电流制不同,所用的电力机车也不一样,基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。
直-直流电力机车采用直流制供电,牵引变电所内设有整流装置,它将三相交流电变成直流电后,再送到接触网上。
因此,电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用,简化了机车上的设备。
直流制的缺点是接触网的电压低,一般为1500V或3000V,接触导线要求很粗,要消耗大量的有色金属,加大了建设投资。
交—直流电力机车在交流制中,目前世界上大多数国家都采用工频(50Hz)交流制,或25Hz低频交流制。
在这种供电制下,牵引变电所将三相交流电改变成25kV工业频率单相交流串励电动机,把交流电变成直流电的任务因机车上完成。
由于接触网电压比直流制时提高了很多,接触导线的直径可以相对减小,减少了有色金属的消耗和建设投资。
因此,工频交流制得到了广泛采用,世界上绝大多数电力机车也是交—直流电力机车。
韶山9(G)型干线客运电力机车株洲电力机车厂
交—直—交电力机车采用直流串励电动机的最大优点是调速简单,只要改变电动机的端电压,就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。
但是这种电机由于带有整流子,使制造和维修很复杂,体积也较大。
而交流无0整流子牵引电动机(即三相异步电动机)在制造、性能、功能、体积、重量、成本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。
它之所以迟迟不能在电力机车上应用,主要原因是调速比较困难。
改变端电压不能使这种电机在较大范围内改变速度,而只有改变电流的频率才能达到目的。
因此,只有当电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速发展的今天,才能生产出采用三相交流电机的先进电力机车。
交—直—交电力机车从接触网上引入的仍然是单相交流电,它首先把单相交流电整流成直流电,然后再把直流电逆变成可以使频率变化的三相交流电供三相异步电动机使用。
这种机车具有优良的牵引能力,很有发展前途。
德国制造的“E120”型电力机车就是这种机车。
1866年,德国工程师西门子与技师哈卢施卡联营创立电机公司,发明强力发电机,制成世界上第一列电力机车。
第二年在巴黎博览会上展出,震惊了许多人。
1879年,在柏林的工商业博览会上,这辆世界最早的电力火车公开试运行。
列车用电动机牵引,由带电铁轨输送电流,功率为3马力,一次可运旅客18人,时速7公里。
两
大秦线上的和谐1型电力机车
年之后1881年,柏林郊外铺设了规模虽小,但为世界最初营业用的电车路线。
同时德国又试验成功驾空接触导线供电系统,使电力机车的供电线路由地面转向空中,机车的电压和功率都大大提高。
1895年,在美国的巴尔的摩一俄亥铁路线上首次出现了长途电力机车。
机车重96吨,1080马力,采用550V直流供电。
1901年,西门子、哈卢施卡电机公司制造的电力机车在柏林附近创造了时速160公里的记录。
与此同时,在1880年,美国爱迪生也进行了电车的实验。
中国第一台电力机车于1958年诞生于湖南株洲,命名为“韶山”,为中国铁路步入电气化立下了汗马功劳。
电力机车由于速度快、爬坡能力强、牵引力大、不污染空气,因此发展很快。
地下铁路也随着电车的出现而得以发展
我国在运主要干线电力机车有:
韶山(SS)1SS3SS4(G)SS6SS6BSS7SS7C/D/ESS8SS9(G)
和谐(HXD)1HXD3DJ1
株洲电力机车厂/大同电力机车厂韶山电力机车(SS)
韶山1型电力机车
图中机车重联插座为后来加装
一、简介:
SS1型电力机车是我国第一代(有级调压、交直传动)电力机车。
它是由我国1958年试制成功的第一台引燃管6Y1型电力机车(仿苏联20世纪50年代H60机车)逐步演变而来,但其三大件(引燃管、调压开关、牵引电动机)可靠性较差,而经历了三次重大技术改造。
第一次技术改造从8号车开始:
首先是采用200A、600V螺栓型二极管取代引燃管组成中抽式全波整流桥;牵引电动机改为4极、有补偿绕组的高压牵引电动机;由于低压侧调压开关的级位转换电路中过渡电抗器的跨接会产生环流,使开关触头分断极为困难,调压开关经常“放炮”。
第二次技术改造从61号车开始:
采用300A、1200V平板型二极管组成中抽式全波整流电路,利用二极管的反向截止特性组成过渡硅机组,取代过渡电抗器以消除级位转换电路中的环流,大大提高了调压开关可靠性,也使33个运行级全部成为经济运行级。
第三次技术改造从131号车开始:
将主电路中抽式电路改为单拍式双开口桥式整流调压电路。
该电路取消了过渡硅机组,而与主整流机组合并。
整个机组采用500A、2400V的整流二极管。
这种改造于1980年从SS1-221号车定型,这也就是这里介绍的SS1型电力机车。
二、机车性能参数
电流制单相工频交流
工作电压/kV
额定值25
最高值29
最低值19
轴式C0-C0
轴重23吨
机车整备质量138(+3/-1)%吨
轨距/mm1435
动轮直径(新/半磨耗)/mm1250/1200
机车功率/kW
小时制4200
持续制3780
机车牵引力/kN
小时制343.2
持续制301.1
粘着值362.8
起动值487.4
机车速度/km·h(-1)
小时制42落弓时最高点距轨面高度/mm4740
持续制43车钩中心线间距离/mm20368
粘着值41.2车钩中心距轨面高度/mm880±10
最大值90车体底架长度/mm19400
电制动方式一级电阻制动车体宽度/mm3106
制动功率/kW3500转向架固定轴距/mm4600
空气制动机型EL-14改进、JZ-7、DK-1
基础制动8英寸±3.5单缸制动器
空气压缩机能力/m³×min(-1)2x2.3
主风缸容量/m³1.224
砂箱总容量/m³0.8
机车通过最小曲线半径(5km/h时)/m125
三、技术特点
(1)、主电路为低压侧调压、单拍全波整流和集中供电,即由低压侧调压开关切换牵引变压器绕组抽头逐级改变交流输出电压,实现机车开关有级调压。
单拍全波整流接线方式中二极管兼作级间转换之用,使整流回路的最高电压与对地电位接近于桥式电路为中抽式整流电路的1/2。
(2)、一级电阻制动采用他励发电机电路,制动电阻在400度时2.93欧。
当励磁电流Il=500A、制动电流Lz=420A时为制动额定工作点,其轮周制动力为334kN,相应运行速度为37.6km/h,轮周制动功率为3500kW,是机车持续牵引功率3780kW的92.6%。
(3)、采用TGQ1-6300/25型低压侧调主变压器,其牵引绕组有基木绕组和调压绕组共四组,22个抽头。
变压器采用强迫油循环风冷式。
(4)、采用低压侧调压开关TKT1-2100/2040型作切换主变压器牵引绕组电压,供机车起动和调速之用。
调压开关由绕组转换开关和分级转换开关两部分组成。
前者将主变压器的调压绕组同基本绕组作正向和反向的连接,使两者的电压相加或相减;后者用于转换调压绕组分接(抽头),以逐级提高或降低交流输出电压,得到机车运行的33个调压级位。
(5)变流装置型号为TGZ6-3000/1500和派生系列TGZ6A-3000/1500,额定输出直流电压为1500V,额定输出直流电流为3000A。
采用ZP500-20或ZP500-24的整流元件,整流元件2臂×(6串×8并)为96只,转换用元件2臂x6并为12只,全车共用108只整流元件。
该主整流装置采用强迫风冷,平均冷却风小于5m/s。
(6)牵引电动机为有补偿绕组、四极、串励的ZQ650-1型脉流牵引电动机。
小时功率700kW(持续功率为630kW),额定电压为1500V,持续电流为450A,固定磁场削弱95%,三级磁场削弱分别为70%、54%和45%。
(7)辅助电路采用YPX280M型旋转式劈相机,额定容量为57kW,额定输人为单相交流396V(空载)、220A,额定输出为三相交流380V、90A。
(8)采用了110V晶闸管直流稳压控制电源、晶闸管励磁电源、电子时间继电器、11OV/4OV直流电压变换器和110V/24V直流电压变换器五种电子装置,使电子技术在SS1型电力机车及此后的各型国产电力机车上得到应用。
(9)转向架具有中央支承,一系悬挂装置由均衡梁和钢弹簧组成,二系悬挂装置由中央支承和旁承组成,采用油压减震器。
牵引电机采用抱轴式悬挂(亦称半悬挂)、双侧斜齿传动。
(10)采用了ZS-14型电子式轮缘喷油器,可自动控制压缩空气气流,将润滑油有间隙地喷射到轮缘下以润滑轮缘和轨肩,有效地减轻轮缘和钢轨的磨耗。
(11)为了适应铁路牵引动力的需要,SS1型电力机车从235号车起先后装用DK-1型和JZ-7型空气制动机,取代了EL-14型空气制动机。
(12)车内设备布置为国产电力机车传统设备布置方式,将机车最重的设备主变压器设在中央,分室斜对称布置,车内有双侧走廊相通。
车体两侧开有大面积进风百叶窗以便冷却车内设备,侧墙还有玻璃窗可自然采光。
司机室均设有采光、取暖设备,司机劳动条件较好。
韶山2型电力机车
(模型复原图)
1969年,株洲电力机车研究所和株洲电力机车工厂联合研制了韶山2型电力机车试验车,代号SS2。
主电路采用高压侧调压、硅半导体桥式整流集中供电线路。
1971年和1974年又先后进行了两次重大技术改造,应用了大功率可控硅元件和电子技术,实现无级调速;采用他励牵引电动机等,从而大大改善了机车牵引性能,为中国电力机车的发展积累了宝贵的经验。
机车持续功率达到4620kW,最大速度100km/h,车长20000mm,轴式C0-C0,电流制为单相工频交流。
技术参数:
用途 客货
轴式 C0-C0
轴重 23吨
持续功率/kW 4620
持续速度/km/h 51.5
最高速度/km/h 100落弓后机车高度/mm 4750
持续牵引力/kN 303.4转向架固定轴距/mm 4670
起动牵引力/kN 530转向架中心距/mm 10600
变流电路 一段整流桥车钩中心距/mm 21336
功率因数 补偿车体宽度/mm 3107
调压方式 高压侧有级调压研制单位 株机厂,株洲所
控制方式 33个恒压级首台出厂年份 1969
电制动方式 一级电阻截至1999年产量/台 1
制动功率/kW 3107
牵引电机悬挂方式 半悬挂
车体底架长度/mm 20000
韶山3型电力机车
一、简介
SS3型电力机车是我国第二代(级间相控调压、交直传动)客货用电力机车。
该型机车是在吸收了SS1、SS2型电力机车成熟经验,由株机厂和株洲所共同研制,并于1978年底试制出厂。
二、机车性能参数
电流制单相工频交流
工作电压/kV
额定值25
最高值29
最低值19
轴式C0-C0
轴重23吨
机车整备质量138(+3/-1)%吨
轨距/mm1435
动轮直径(新/半磨耗)/mm250/1200
机车功率/kW
小时制4800
持续制4350
机车牵引力/kN
小时制356.7
持续制317.5
起动值490
机车速度/km·h(-1)
小时制47.2
持续制48
最大值100
电制动方式二级电阻制动
制动功率/kW4000
最大制动力/kN302.1
车体底架长度/mm20200
车体宽度/mm3100
落弓时最高点距轨面高度/mm4740
车钩中心距/mm21416
车钩中心距轨面高度/mm800±10
机车牵引点距轨面高度/mm750
受电弓滑板中心距11640
转向架固定轴距/mm4300
转向架中心距/mm15800
空气制动机型号DK-1
机车通过最小曲线半径/m
(相应速度5km/h时)125
三、技术特点
(1)、主电路为主变压器低压侧级间平滑调压、双拍全波桥式整流。
由于采用调压开关与晶闸管相控相结合的级间平滑调压,加之采用恒流限制控制,使机车具有较好的加速特性。
(2)、机车小时制功率为4800kW(持续制为4350kW),比SS1型机车功率提高14.3%,因此机车具有较大的牵引力。
机车轮周电制动功率达4000kW,比SS1型机车屯阻制动功率提高25%。
两级电阻制动改善了机车低速工况下的制动能力。
(3)、主变压器型号为TBQ3-7000/25,额定容量为6925kV·A,牵引绕组电压为1111V+277.8Vx4的基本绕组和调压绕组二者组成,冷却方式为强迫油循环风冷。
(4)、TKT3-3300/2200型调压开关与SS1型电力机车用调压开关结构相似,由于级间与晶闸管相控配合,因此对触头的开闭逻辑角度要求高,对相应零部件制造和开关组装精度要求高。
(5)、TGZ3-3300/1550变流装置由整流二极管和晶闸管构成桥式整流电路,并兼具级间平滑调压功能。
它只需要少量晶闸管就可以达到级间平滑调压的作用,使机车具有多段桥特性,从而提高机车功率因数。
(6)、具有最早批量装车、技术比较成熟的第一代机车电子控制柜。
它包括110V稳压电源系统及主回路级间相控电子系统等,其中有电子插件30块。
(7)、采用小时制功率为800kW,具有补偿绕组、串励、4极的ZQ800-1型脉流牵引电动机,额定电压为1550V,持续制电流为495A。
(8)、全车配有2台TZZ4型立式制动电阻柜,额定发热功率为2xl900kW。
通风机将车体下的空气通过铁丝网吸迸过渡风道,经过冷却电阻带,然后从车顶吹出。
平时电阻柜顶部的铝合金百叶窗是关闭的,防止雨雪及其他异物进入电阻柜,制动时气缸连杆将百叶窗打开。
(9)、转向架的特点是一系采用轴箱螺旋钢弹簧与弹性定位拉杆悬挂结构,二系采用全旁承橡胶堆简单悬挂结构,采用中心销式传递牵引力的方式,轴箱轴承采用能承受轴向和径向的滚动轴承,牵引电机采取抱轴式悬挂、双侧刚性斜齿传动方式,构架受力和结构趋于合理。
(10)、为了使车体减轻自重、满足轻量化要求,同时又增加结构的刚度和强度,传统的底架承载结构型式已不能满足要求,而代之以框架式整体承载结构形式。
侧墙百叶窗是车内设备通风冷却的迸风窗口,百叶窗采用竖式结构,过滤除尘效果较好,外形美观大方。
SS3B(小)型电力机车
韶山3B型货运电力机车
一、简介
SS3B型固定重联电力机车是12轴重载货运电力机车,它由两节完全相同的六轴机车并由车钩、连挂风挡连接组成,两节间设有电气系统高压连接器、控制电缆、网络屏蔽线、及空气系统控制风管。
可在任一节司机室内对全车进行同步控制。
机车采用单相工频制,电压25kV、交—直传动、串励式脉流牵引电动机。
全车设有4台独立供电的3轴转向架,每台转向架牵引电机采用独立的晶闸管不等分三段桥半控调压控制。
机车的电气制动系统采用加馈电阻制动,使机车在低速区仍具有大的制动力。
机车的辅助系统采用旋转式劈相机单—三相交流系统。
机车设备布置采用双边纵走廊、分室斜对称布置,设备屏柜化、成套化。
机车通风采用车体侧墙大面积立式百叶窗通风方式。
SS3B型固定重联电力机车是在原SS34000系列机车的基础上,取消Ⅱ端司机室;增加网络控制系统;司机室更改为规范化司机室;将两节机车重联起来等改进后的又一种新型机车。
相对SS3机车而言,电气控制系统做了较大的改进,即列车级采用WTB网络控制,车辆级采用MVB控制。
取消外重联控制。
SS3B型固定重联机车的主要技术特点是:
1、机车持续功率9600kW,两节重联,2×(C0-C0)转向架。
最高速度100km/h,轮周电阻制动功率8000kW。
2、采用晶闸管不等分三段桥半控调压控制,前后转向架独立供电。
3、采用大功率二极管ZPX2300-50、晶闸管KPX1400-50。
4、采用加馈电阻制动,扩大了机车低速区的最大恒制动力范围。
5、采用网络技术,使机车的控制系统技术含量得以提高,增加了机车的可靠性,从而减少机车的故障率。
6、机车采用防空转、防滑行保护装置及电气轴重补偿等技术,提高机车的粘着利用率,即提高了机车的运行性能。
7、采用恒流、准恒速特性控制方式,较好的发挥了机车最大起动牵引力,方便司乘人员的操作。
二、性能参数:
用途 重载货运
前后车钩中心距 42832mm
车体底架长度 41616mm
车体宽度 3100mm
机车最高点距轨面高(落弓高) 不大于4750mm
车钩距轨面高度 (880±10)mm
转向架固定轴距 (2300+2000)mm
牵引点距轨面高 460mm
电流制 25kV,50Hz
工作电压 额定25kV,最高29kV,最低19kV
整备重量 2×(138,+4.04,-1.38)吨
轴重 23吨
轴式 2×(C0-C0)
功率 2×4800kW(小时制)
2×4350kW(持续制)
轮周牵引力 2×357.3kN(小时制)
2×317.8kN(持续制)
启动牵引力 2×470.9kN
(0—5km/h速度范围内,半磨耗轮周平均牵引力)
速度 47.2km/h(小时制)
48km/h(持续制)
最高速度 100km/h
轮周电阻制动功率 2×4000kW
轨距 1435mm
轮径 1250mm(新),1200mm(半磨耗)
主风缸容量 2×1.224m³
砂箱容量 2×0.8m³
最小曲线通过半径 125m(速度小于5km/h)
并能在R=250m的曲线上正常摘挂作业
最大制动电流 420A
轮周电制动力 309kN
(机车速度在18.3—47.2km/h范围内)
励磁电流 550A(小时制)
调压方式 晶闸管不等分三段半控桥平滑调压
整流方式 单相不等分三段桥全波整流
供电方式 转向架独立供电
制动方式 加馈电阻制动
控制方式 恒流准恒速控制
空气压缩机能力 2×2.6m³/min
空气制动系统 DK—1型电空制动机
制动系统采用DLK制动逻辑控制装置
顶置单元式空调制冷量 4300—4500kCal/h(5—5.2kW)
研制单位:
中国北车集团大同电力机车有限责任公司
韶山3B固定重联型电力机车
一、简介
SS3B型电力机车由两节完全相同的六轴机车通过机械、电气和制动空气管路采用固定重联方式,组成一个完整的十二轴重载货运机车,可在其中任意一节机车的司机室内对全车进行统一控制。
两节机车亦可分开,作为一台六轴机车独立应用。
每节机车均是在SS3型机车基础上,取消一个司机室。
机车增加了列车控制网络(TCN)
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