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单词 电力机车和电动车组
释义

【电力机车和电动车组】
 

拼译:electric locomotive and motor coach
 

由牵引电动机驱动车轮的机车叫电力机车。它所需要的电能由电气化铁路供电系统供给,是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、速度高、牵引力大、过载能力强、整备作业时间短、维修量少、热效率高、节约能源、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动节省能源等优点。使用电力机车牵引列车,可以提高列车运行速度和牵引重量,从而大幅度提高铁路运输能力。电力机车在运输繁忙的铁路干线和隧道多、坡度大的山区铁路更能发挥其优越性,此外电力机车还能为客车空调和取暖提供电力。

1835年荷兰斯特拉廷和贝尔两人试制了以电池供电的小型电力机车。1842年苏格兰戴维森制造成功1台用电池供电重5t的标准轨距的电力机车。1879年德国西门子设计的小型电力机车,能牵引3节乘坐18人的车厢,机车由外部150式直流发电机,通过第3轨向机车供电。

1914年中国在抚顺煤矿首次使用直流电力机车,接触网电压为1500v。50年代初由湘潭电机厂研制成80t、100t、150t等各种规格的矿山用直流电力机车。1958年第1台6Y1型干线电力机车研制成功,由单相交流、工频25kv接触网供电,6轴3510kW,引燃管整流,使用脉流串激牵引电动机,1968年改用硅半导体整流器,定名为“韶山1”型。随着电气化铁路和科学技术的发展,中国先后又制出一系列干线电力机车。

世界各国制造的电力机车有各种电压和电流制式。直流制有600V、750V、1500V和3000V等几种;交流电力机车又分单相、三相、工频和低频等几种,接触网电压等级有6250V、15000V、25000V等几种。

1.直流电力机车;多采用串励电动机,机车起动和调速是借助于调节起动电阻和转换牵引电动机串-并联方式来完成的。这种起动和调速方式不能作到连续平滑调节,而且电能消耗大,线路转换复杂。近年来由于大功率电子器件的发展,直流电力机车逐步采用直流斩波进行平滑地起动和调速。电力机车除有空气制动装置外,还设有电气制动。电气制动可大大减少制动闸瓦和车轮踏面的磨耗,可提高长大下坡列车运行速度和保障行车安全。进行电气制动时,牵引电动机转换成发电机工况,将电能消耗在电阻上的电阻制动,或将电能反馈到牵引供电系统的再生制动。目前直流电力机车多用于矿山,地铁和城市交通中。

2.交流电力机车:由于机车功率的不断扩大,使直流供电系统结构复杂和工程费用增大,因而逐步发展交流电力机车。目前交流电力机车中数量最多的是整流器式机车。接触网采用单相交流25kV,经过机车上变压器降压后整流供给脉流牵引电动机,因此该型机车也叫交-直型电力机车。起动和调速有两种方式;(1)使用调压开关改变变压器抽头,即改变变压器原次边线圈变比的方法调压。(2)用晶闸管整流器相控调压。

由于交-直型电力机车存在着功率因数低、谐波电流大以及在机车动轴之间有限空间直流牵引电动机功率无法再提高等一系列原因,所以交-直-交型电力机车得到发展。这种机车的接触网上的单相高压交流电经车上变压器降压整流,使直流中间环节保持恒定的直流电压或恒定的直流电流,再经过逆变装置将直流电逆变成三相交流电向三相交流牵引电动机(同步或异步)供电,改变逆变装置输出的频率和电压即可调节机车的功率和速度。目前世界上有代表性的交-直-交型电力机车是德国的E120型(1979)。

交-直-交电力机车有下列显著优点:(1)机车功率因数高,谐波电流小。该型机车一般采用四相限控制变流器,几乎可以在整个运用范围保持功率因数接近1。电流波形接近正弦(无谐波电流),与相控交-直型机车相比,相当于无偿地使供电系统能力提高15%,还可以去掉地面的补偿装置。四相限控制器具有良好的自动调节能力,因此能承受接触网电压在大范围内波动,如E-120型机车允许网压在+20%~-30%(一般交-直型机车允许网压波动+10%~-24%)。(2)牵引性能好。由于异步牵引电动机容量大,通常不受发热条件限制,所以通常具有较大的起动牵引力和较宽的恒功速度调节区,如E-120型机车恒功速度区为80~160km/h(恒功速比为2),而恒功速比最大的国产电力机车SS6为48~80km/h(恒功速比为1.67)。因此该型机车既适合作低速大牵引力的货运需要,又满足高速大功率要求,很容易满足客货两用要求,简化运用机车品种,有利运用和维修。由于异步牵引电动机机械特性很硬,有利于机车粘着重量利用,且具有良好地抗空转/滑行特性。(3)异步牵引电动机轻,维修简单,如E-120型机车牵引电动机持续功率1400kW,重量仅为2.3t(国产直流牵引电动机一般为800kW,重4t左右)。牵引电动机重量轻可减少机车簧下部分重量,这将大大降低机车运行时对线路的不利冲击作用。这对发展高速铁路十分重要。这也是欧洲国家发展交-直-交机车重要原因之一。三相异步电动机结构简单,运行可靠,维修简单。

为了发展新型交-直-交电力机车新技术,中国从70年代末开始着手进行小、中功率的交-直-交机车的地面试验研究。80年代末瑞士BBC与西德BBC公司分别制出大功率GTO新器件,分别用于Re4/4-TV电力机车和ICE型高速电动车组。为尽快掌握此项新技术,已将“GTO控制的交-直-交电力机车”列入研制计划。

用电力作牵引动力的动车叫电动车组。电动车组与电力机车的主要区别是牵引动力(电动机)分散于几个车辆上。电动车组是由几个车辆组成的一个单元,单元内的车辆上有牵引电动机的称为动车,没有牵引电动机的称附挂车(拖车)。可由几个单元组成一列客运列车。电动车组也分直流和交流两种。

20世纪初,英国利物浦至绍斯波特的市郊电气化铁路使用两端各为1节440kW的动车、中间有两节附挂车的直流电动车组。1909年英国伦敦市郊电气化铁路上使用了交流电动车组(两个动车各为440kW,两个附挂车)。60年代初为提高旅客列车的运行速度,动力分散的电动车组得到发展。1965年在日本东海道新干线上行驶的电动车组最大运行速度达到210km/h。70年代初日本和法国的电动车组最大速度达到260km/h。到1979年日本达到319km/h。1981年法国的TGV型电动车组在巴黎和里昂间试验最高速度创造了380km/h的纪录。1988年德国的ICE电动车组又创造了406.9km/h新纪录。随后法国的第2代TGV电动车组单元功率提高到8800kW,又以515.3km/h速度创造了世界新纪录。南朝鲜、澳大利亚和中国的台湾也已经或准备修建300~350km/h的高速线路。印度也准备将部分线路的最高时速提高到160~200km/h。

中国在高速铁路方面的基础比较薄弱。1989年制成的DKJ-1型电动车组试验速度为141km/h。1990年制造的客运电力机车“SS5”最高速度为140km/h。在“SS5”基础上经过改进,于1994年制造的客运电力机车“SS8”,速度可达到160km/h。目前计划专用客运线的速度提高到200km/h以上。

【参考文献】:

1 纪念电气化铁路30周年学术论文集,1991,8

(西南交通大学博士生导师李治教授撰)

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