电力机车基础知识论文

目录

1、电力机车概述 (2)

2、电力机车基本构造 (3)

3、电力机车工作原理 (5)

一、电力机车概述

电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电能作为能源，由机车转向架上的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。

电力机车的能源是从接触网上获取的电能，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流性质不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流型电力机车、交-直流型电力机车、交-直-交流型电力机车三类。

直－直型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3000 V，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—直型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25 kV工业频率单相交流电，再由串励电动机把交流电变成直流电用于机车运作。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。

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。

二、电力机车基本构造（以SS8型电力机车为例）

电力机车主要有机械部分、电气部分、空气管路部分组成。

1、电气部分：主要由受电弓、主断路器、主变流器、牵引电动机、交流装置、平波电抗器、司机控制机器组成。

2、机械部分：包括车体、转向架、车体与转向架的连接装置、牵引缓冲装置。

3、空气管路部分：包括风源系统、制动管路系统、控制管路系统、辅助管路。

4、特点：

(1)SS8型机车的B0转向架采用牵引电机轮对空心轴全悬挂和单侧直齿六连杆万向节传动，以满足准高速客运机车减小簧下重量，并获得良好的动力学性能及特定性能。牵引装置为推挽式低位平牵引杆，牵引点距轨面高 220mm，有利于机车粘着牵引力的发挥。

(2)采用900kW的ZD115型脉流牵引电动机，该电机为全叠片结构，双H绝缘。

(3)机车主电路为不等分三段半控桥式整流电路，并采用晶闸管分路无级磁场削弱电路，可实现机车牵引特性全运行区无级调速。整流装置采用大功率的晶闸管KPA1300 -28和整流管

ZPA2100-28。

(4)机车电制动方式为加馈电阻制动，在低速区能保持大的制动力。

(5)采用微机控制系统，控制功能有特性控制、防空转厂防滑行控制、速度分级控制、过分相控制以及诊断、监测显示等功能。

(6)机车设有列车供电系统，可向旅客列车提供空调、采暖、茶炉、照明等电源。

(7)机车可安装速度分级控制系统，与车载微机进行通信，并执行电制动优先转换、常用制动、紧急制动。

(8)采用DK-1型制动机，具有空电联合制动功能，并能实现列车的电空制动系统的电指令直通控制，确保行车安全。

(9)经风洞模拟试验的机车外形，可减小机车运行中的风阻。

(10)车体为整体承载结构，采用有限元分析优化设计，以在保证车体强度的前提下减轻质量。

三、电力机车工作原理

1、直直型电力机车工作原理

直流电力机车是现代电力机车中最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机，其工作原理如图所示。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：机车由受电弓从接触网取得直流电，经断路器QD，启动电阻R向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。当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。

2、交直型整流器电力机车工作原理

如图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（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。

3、交直交型电力机车工作原理

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。

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