电气化铁路与电力机车

交直交型电力机车的优点
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1、机车的启动牵引力大 2、机车的恒功范围宽 3、机车的粘着系数高 4、牵引电动机的维护量少 5、功率因数高 6、等效干扰电流小
我国交直交型电力机车的现状
• 1、DJ1型机车是中国机械进出口公司和铁道部 于1997年三月底委托奥地利西门子公司开发， 制造和供应20台双机重联机车，头三台车有奥 地利的西门子格拉兹工厂制造，其余17台由西 门子与株洲电力机车厂，株洲电力机车研究所 的合资公司——株洲西门子牵引设备公司制造。 20台车都将交付郑州铁路局宝鸡机务段，在宝 成线北段运用。目前调至湖东电力机务段担当 大秦铁路的生产运输任务。 这种机车是第二代EuroSprinter（为德国铁 路公司开发的152型货运机车派生产品）系列 机车的代表产品。
电力机车的发展史
• 韶山7D型客运电力机车，代号SS7D。由大同机车厂、 株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂联合研制的适 应我国铁路提速需要的新产品。 • 韶山7E型客运电力机车，代号SS7E。是由电力牵引 研发中心牵头，大同机车厂、大连机车车辆厂联合开 发的准高速客运机车。该机车目前已经成为我国铁路 干线的主型客运电力机车之一。 • 韶山9型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山 型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机 车先进技术，是由株洲电力机车厂研制开发的。
电力机车的分类
• 1、直流供电：采用直流牵引电动机的直 直型电力机车 • 2、交流供电：采用脉流牵引电动机的交 直型电力机车 • 3、交流供电：采用变流器-三相交流异 步牵引电动机的交直交型电力机车 • 4、交流供电：采用变流器-三相交流同 步牵引电动机的交交型电力机车
电力机车的特点和优越性
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交直交型电力机车的工作特点
• 1、机车的功率大。牵引电动机重量轻，可以 减少机车的簧下重量。 • 2、交流牵引电动机的维修量少。 • 3、机车具有优异的牵引和制动运行特性，机 车的粘着利用和防空转性能好。 • 4、机车的功率因数高，谐波干扰小。 • 5、简化了主电路，各设备易于实现标准化。 • 6、操作简单，检查方便。
电力机车的发展史
• 中国电力机车的研制开始于1958年。当时的铁道部田 心机车车辆工厂，也就是现在的株洲电力机车工厂在 协助湘潭电机厂制造工矿电力机车的同时，设计并试 制铁路干线电力机车。1958年12月28日，中国第一台 干线铁路电力机车试制成功，命名为6Y1型。 • 1968年，经过对6Y1型10年的研究改进，在中国半导 体工业发展的条件下，将引燃管整流改为大功率半导 体整流，试制出韶山1型电力机车，代号SS1。1969年 开始批量生产，到1988年止，共生产826台。机车持 续功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm。 韶山1型电力机车获全国科学大会奖 。
电力机车的发展史
• 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，代号SS2。 • 株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电力机车 韶山3型客货两用干线电力机车，代号SS3。1989年开 始批量生产。 • 韶山3B型重载货运电力机车，代号SS3B。株洲电力 机车厂2002年在SS系列机车的设计平台上开发的一种 12轴重载货运电力机车。 • 韶山4型干线货运电力机车，代号SS4。株洲电力机车 工厂1985年设计试制的8轴货运电力机车。 • 韶山4改进型电力机车，代号SS4G。是在SS4、SS5 和SS6型电力机车的基础上，吸收了8K机车一些先进 技术设计的。
电气化铁路牵引接触网
• 馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线，它 的功能是从牵引变电所向接触网供电。它由牵引 变电所的母线上引出，在分相装置的两侧连接在 接触网上。 • 利用走行钢轨作为牵引电流的回路。 • 回流线是钢轨回路与牵引变电所之间的连接线， 它的作用是将轨道回路内的牵引电流吸回牵引变 电所。回流线由架空线引到铁路线附近，然后改 用地下电缆连接到轨道回路。
• 同轴电缆供电方式（CC供电方式） • 它的同轴电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作为 供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与 钢轨相接。每隔5～10公里作一个分段。
电气化铁路牵引接触网的供电
• 单边供电 • 上下行并联供电 • 双边供电
电气化铁路牵引接触网的供电
• 单边供电
电气化铁路牵引接触网的供电
电气化铁路对电力机车的供电
电气化铁路牵引供电方式
• • • • • 直接供电方式（TR供电方式） 吸流变压器供电方式（BT供电方式） 带回流线的直接供电方式 自耦变压器供电方式（AT供电方式） 同轴电缆供电方式（CC供电方式）
电气化铁路牵引供电方式
• 直接供电方式（TR供电方式） • 是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方 式。电气化铁路最早大都采用这种供电方式， 它一根馈线接在接触网（Touch）上，另一根 馈线接在钢轨（Rail）上：
电气化铁路与电力机车
山东职业学院
电气化铁路概述
• 在铁路运输中，主要有三种牵引形式：蒸 汽牵引、内燃牵引和电力牵引。 • 电气化铁路，是以电能作为牵引动力的一 种现代化交通运输工具。 • 电气化铁路由电力机车和牵引供电系统组 成。
电气化铁路牵引供电系统
• 牵引供电系统主要包括牵引变电所和牵引 接触网两部分。 • 牵引变电所是电气化铁路供电系统的心脏。 主要功能是变压和变相。 • 牵引接触网的作用是良好地不间断地向电 力机车提供电能，由馈电线、接触网、轨 道回路和回流线组成。
交直交传动电力机车的发展
• 交－直－交流电力机车采用交流无整流 子牵引电动机（即三相异步电动机）， 这种电动机在制造、性能、功能，体积、 重量、成本、维护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。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。
• 优点：由于接触网与回流线中流过的电流大致相等， 方向相反，因而对邻近的通信线路的电磁感应绝大部 分被抵消，因此降低了对通信线路的干扰。 • 缺点：这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压 器，牵引网的阻抗比直接供电方式约大50%，能耗也 较大。供电距离较短，投资也比直接供电方式大。 • 应用：在我国电气化铁路上采用较广。
我国交直交型电力机车的现状
机车主要特点： 4．总体设计采用了高集成化、模块化的设计技术。 5．车体采用轻量化的整体承载结构和流线型的外形。。 6．转向架为两轴转向架，采用空心轴双侧六连杆传动方式。 牵引电机、传动齿轮箱、空心轴驱动装置、托架及制动横梁合为 一整体，构成驱动制动单元，一端悬挂在构架中间横梁上，另一 端刚性固定在转向架端梁上，为架悬式结构。牵引装置为中间推 挽低斜拉牵引杆。基础制动采用轮装式盘形制动装置。 7．变压器为卧式结构，车体吊挂式安装，一体化的多绕组全 分裂变压器。二次吸收电抗器、辅助变流电抗器、列车供电电抗 器共油箱，共用一套冷却装置。 8．采用车顶夹层通风方式。 9．采用再生制动加空气制动的联合制动方式。
电力机车的发展史
• 1、60年代初，为满足我国第一条电气化铁路的运营需 要，从法国进口6Y型6轴电力机车，25台。 • 2、1972年，我国又从法国购买了6GF型6轴电力机车， 40台。 • 3、1971年，我国又从罗马尼亚购买了6GL型6轴电力 机车，2台。 • 4、1987、88年，我国又从日本购买了6K型6轴电力机 车，85台。 • 5、1986年，我国又从法国购买了8K型8轴电力机车， 150台。 • 6、1988年，从苏联进口的8G型8轴电力机车，100台。
电气化铁路牵引供电方式
• 直接供电方式（TR供电方式） • 优点：这种供电方式最简单，投资最省，牵引 网阻抗较小，能耗也较低。 • 缺点：由于电气化铁路是单相负荷，机车由接 触网取得电流，经钢轨流回牵引变电所。由于 钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流 入大地，因此对通信线路产生感应影响。 • 应用：一般用在铁路沿线无架空通信线路或通 信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。
电气化铁路牵引供电方式
• 吸流变压器供电方式（BT供电方式）
• 是在牵引网中架设有吸流变压器——回流线装置的一 种供电方式。吸流变压器的变比为1：1，它的一次绕 组串接在接触网（T）中，二次绕组串接在专为牵引电 流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）中：
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电气化铁路牵引供电方式
• 吸流变压器供电方式（BT供电方式）
我国交直交型电力机车的现状
• 2、 DJ2型交流传动电力机车是我国第一台具 有自主知识产权的商用型交流传动电力机车。
• 机车主要特点： 1．采用交流传动技术。电传动系统采用国产化的GTO水冷变 流机组，1225kW大功率异步牵引电动机，调速恒功范围宽、轴功 率大、粘着特性好、效率和功率因数高。 2．以转向架为单元的静止辅助变流器装置能提供VVVF和CVCF 三相辅助电源，对辅助机组进行分类分级供电，系统冗余性强、 节能降噪效果好。 3．控制系统采用国产化分散式微机网络控制系统，并采用冗 余设计（主机热备及冗余输入输出）来提高整个列车组运用的可 靠性。分散式微机控制系统和车辆级MVB总线，列车级WTB双绞总 线实现了全列车的网络控制、逻辑控制和自诊断功能。
• 上下行并联供电
电气化铁路牵引接触网的供电
• 双边供电
电气化铁路牵引接触网的分段
• 根据工作需要，要求接触网停电进行作业 的分段
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• 根据检修需要的分段
电气化铁路牵引接触网的分段原则
• 电分段，当分段处两侧由同一电源供电 时，电压为同相，且电压差不大时，采 用电分段。当机车通过电分段时，可以 带电通过。 • 电分相，当分段处两侧由不同的电源供 电时，电压不同相，或电压尽管同相但 电压差较大，采用电分相。当机车通过 电分相段时，机车必须断电通过。
电力机车的发展史
• 韶山5型准高速电力机车，代号SS5。为准高速铁路试 制的样车。 • 韶山8型快速客运机车，代号SS8。株洲电力机车厂在 SS5电力机车的基础上开发的，于1994年研制成功， 填补了我国快速客运电力机车的空白，当时成为我国 快速客运的主型机车。 • 韶山6型干线客货运电力机车，代号SS6。株洲电力机 车工厂制造的国际招标中标机车。 • 韶山7型干线客货两用电力机车，代号SS7。是大同机 车工厂自行研制开发的新型电力机车，该机车填补了 我国山区小曲线区段线路客、货运电力机车的空白。。 • 韶山7B型重载货运电力机车，代号SS7B。大同机车 厂1996年设计完成，1997年试制成功的一种新型的重 载货运电力机车。
电气化铁路牵引供电方式
• 带回流线的直接供电方式 • 在接触网支柱上仅架有一条与钢轨并联的回流 线，这种供电方式取消了吸流变压器，保留了 回流线。利用接触网与回流线间的互感作用， 使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变 电所。
电气化铁路牵引供电方式
• 自耦变压器供电方式（AT供电方式） • 每隔10公里左右在接触网与正馈线之间并联接 入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相接。自 耦变压器将接触网的供电电压提高一倍，而供 给电力机车的电压仍为25千伏。
电气化铁路牵引供电方式
• 自耦变压器供电方式（AT供电方式） • 优点：因此电压损失小，电能损耗低， 供电能力大，供电距离长。对邻近的通 信线路干扰很小，其防干扰效果与BT供 电方式相当。 • 缺点：牵引变电所和牵引网比较复杂。 • 应用：一般用在重载、高速等负荷大的 电气化铁路上。
电气化铁路牵引供电方式
电气化铁路的电流和电压制
• 直流制：750V、1500V、3000V三种，我国地下 铁道采用750V，在工矿运输中采用1500V。 • 低频单相交流制：15Hz、 162/3Hz、 25Hz。 • 工频单相交流制，优点是供电系统简单，牵引变 电所可以方便地向地区负荷供电，可以大幅度提 高接触网电压，增大变电所的距离，降低电气化 铁路的投资。缺点是负荷分配不均匀，容易对沿 线的弱电产生干扰，功率因数低。