我国电力机车四十年技术发展综述

科 技专 家, 长 期从 事 电 力机车总体工作。
Survey on 40 years technical development of electric locomotives in China
Zhuzhou Elect ric L oco cmo tive Works( Z huzhou 412001) Liu Youmei
Abstract: It is summar ized the t echnical features o f differ ent st ages dur ing the 40 year s electr ic lo co mot ive development, especially the specific dev elo pment o f elect ric dr ive sy st em for locomo tiv es. T he aut hor po ints o ut that along w ith the dev elo pment o f new t echnolo gies, the pha se co nt ro l electr ic lo como tiv es a re being ser ialized and nor malized, w hich satisfy the dema nds for heavy haul and high speed in Chinese railw ay tra nspor tation.
的成功经验, 一开始就采用供电制式为 AC 25 000 V、 交直交传动的基础研究、地面装置功率试验、交直交电
50 Hz 的交直传动方式, 走了一条捷径。所以我国干线 力机车原型车研制及试验工作。目前已完成轴式 B0—
电气化是单一制供电方式, 它为我国电力机车开发提 B0, 机车总功率4 000 kW、最高时速120 km/ h 交流传
表1 电力机车生产产量表
压的发展过程。我国第一代电力机车产品由 SS1、SS2
年份
机型
台数
总台数
年均台数
组成, 其特征是有级调压。其中 SS1 为 C0 —C0 轴式, 机
1958～1967 S S1( 6Y1)
7
7
0. 7
车功率3 780 kW , 采用以低压侧调压开关来实现33级
1968～1977 SS 1
摘 要: 综述了我国电力机车40年间技术发展的各个阶段的技术特征, 尤其是机车电传动系统的 具体技术 演变过程, 并指出随着新技术 的不断开发, 电力机车可在相控 电力机车领域实现 系列化、简 统化, 以适应我国铁路重载、提速的运输需求。
关键词: 电力机车 技术 发展 展望
刘 友 梅 1938 年 生, 1961年毕业于上海交 通 大 学电 力机 车专 业, 高 级 工 程师 ( 教授 级) , 国 家有突出贡献的中青 年
137
SS 2
1
1978～1987 SS 1
582
SS 3
72
SS 4
3
1988～1997 SS 1
100
SS 3
605
S S3B
232
SS 4
570
S S4B
2
S S4C
2
SS 5
2
SS 6
53
S S6B
30
SS 7
54
S S7B
2
SS 8
39
T M1
12
A C4000
1
1998
S S3B
138
SS 7
表2 电力机车产品开发历程表
第一代
年 份
1958～1988 1969
机 型
S S1 S S2
轴 式
C0—C0 C0—C0
功率/ k W
3 780 4 620
电 传 动 方 式
开关有级调压、交直传动 开关有级调压、交直传动
总台数
826 1
第二代 1978～1993
S S3
C0—C0
4 320
* 其中2台为最高速度150 km /h 传动比的机车。
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机 车 电 传 动
1 998 年
3 机车电传动方式的演变
我国电力机车发展的技术难题主要集中在电传动 技术上。国产电力机车初期攻关三大项目是调压开关、 整流器、牵引电动机。1958年引进了苏制 H60电力机车 技术, 主电路电传动系统采用了以过渡电抗器作级位 转换的低压侧调压开关, 水银整流器( 引燃管) 中抽全 波整流桥, 4极、无补偿绕组高压牵引电动机。由于该三 大器件均不可靠, 从而引发了对 SS1电力机车三次重 大技术改进。本文主要介绍电传动方式的演变。第一次 技术改进从8# 车开始。首先是采用200 A 、600 V , 螺栓 型二极管取代引燃管, 组成中抽式全波整流桥; 同时牵 引电动机改为6极、有补偿绕组的高压牵引电动机; 调 压方式仍采用以过渡电抗器作级位转换的低压侧调压 开关调压。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大环流( 图1) , 使开关触头分断 极为困难, 还限制了级位的长期运行, 所以调压开关经 常“放炮”, 可靠性差, 33个运行级位, 只有9个可长期运 行的经济运行位。第二次技术改进从61# 车开始。采用 300 A、1 200 V 平板型二极管组成中抽式全波整流电 路, 并利 用 二级 管的 反向 截止 特 性, 组 成 过渡 硅 机 组 取代过渡电抗 器( 图2) , 消除了级位转换电路中的 大环流, 且调压开关几乎不分断电流, 从而大大提高了 调压开关可靠性, 也使33个运行级全部成为经济运行 级。其缺点是单独一台过渡硅机组, 结构比较复杂, 在 级位转换过程中, 元件抗过电压能力要求高。第三次技 术改进从131# 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, 且整流机组具备级位转换功能( 图3) , 简化了电路 与结构, 节省了元件, 降低了操作过电压和对地电位, 大大提高了整流电路可靠性。二极管采用500 A、2 400 V 的, 减少了元件数, 并达到了简化和可靠的目的。
30
S S7C
2
SS 8
80
138 657 1 704
250
13. 8 65. 7 170. 4
250
有级调压的调速方式, 630 kW 脉流牵引电动机拖动; SS2为 C0 —C0轴式, 机车功率4 620 kW, 采用以高压侧 调压开关来实现32级调压的调速方式, 770 kW 脉流 牵引 电动机拖 动。我国 第二代电 力机车产 品仅只 有 SS3, 其特征是采用低压侧调压开关进行8级电压粗调, 在每一级间利用晶闸管进行相控电压微调, 实现了类 似8段桥相控调压的无级调速特征, 机车轴式 C0—C0, 机车功率4 320 kW, 720 kW 脉流牵引电动机拖动。我 国第 三代电力 机车产品 由多机型 组成, 有 SS4、SS5、 SS6、SS7 、SS8以及它们的派生型 SS4B、SS4C 、SS6B、SS7B、 SS7C等, 其特征均是采用多段桥( 3、4段) 相控无级调压 的调速方式, 机车轴式有 B0—B0 、C0—C0 、B0—B0 —B0 、 2( B0—B0) , 构成了4、6、8轴和快速客运、客货两用、重 载货运等系列产品, 机车功率有3 600 kW 、4 800 kW、
2 电力机车的发展阶段
6 400 kW 等功率级别, 由客运900 kW 、货运 800 kW 脉流牵引电动机单轴拖动。交直传动电力机车三代产
我国干线电力机车的技术发展分成四个阶段, 也 品的区分是以调压调速方式和单轴功率级大小这两个
可以说四个阶段形成四代电力机车产品。国外干线电 基本特征来区分的( 表2) 。
级间相控调压、交直传动
677
第三代 1985～1998
S S4
2( B0—B0)
6 400
多段桥相控调压、交直传动
573
1990
S S5
B0—B0
3 200
多段桥相控调压、交直传动
2
1991～1995
SS 6、S S6B
C0—C0
4 800
多段桥相控调压、交直传动
83
1992～1998
S S7
B0—B0—B0
我国电力机车经过40年的发展, 截止1998年底, 电 力机车生产总台数达到2 756台( 表1) 。第一个10年是 研制开发和学习的10年, 总产量仅为7台, 年均不到1 台。这7台 SS1机车均属初期试制产品, 现已全部报废,
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我 国的 电 力机 车 制造 业 徘 徊了 10 年。第 二 个1 0年 是 正 式起步的10年, 这期间跳出了当初照搬国外电力机车 的技术模式, 走上了自我发展的道路。SS1机车开始了 批量生产, 并完成了从8# 车、61# 车、131# 车开始的三 次重大技术改进, 实现了10年138台的总产量, 其中还 研制了 SS2型机车1台, 但年均产量也仅为13. 8台, 月 均产量1. 15台。第三个10年是开始发展的10年, 此期间 SS1机车在完成三次重大技术改进后从221# 车开始定 型生产, 研制成功第二代电力机车, 而且很快投入批量 生产达72台; 第三代 SS4电力机车也完成了3台样机研 制; 10年的总产量达到了657台, 年均产量为65. 7台, 月 均产量发展到5. 475台。第四个10年是大发展的10年, 我国第三代电力机车开发形成多机型系列, 第四代电 力 机车 也 完成 了 基础 研 究 和原 型 车 研 制。这1 0年 是 新 产品开发的高峰期, 10年间电力机车技术实现了从常 速向高速和从交直传动向交直交传动的两次跨跃, 使 我 国电 力 机车 的 研究 工 作 跨入 了 高 科 技领 域 。10 年 的 电力机车总产量达1 704台, 年均产量达170. 4台, 月均 产量14. 2台。1998年电力机车年总产量达到250台, 月 均产量为20. 8台。