世界电力机车的发展.docx

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世界电力机车的发展

世界电力机车的发展

 最早造出第一台标准轨距电力机车的是苏格兰人R·戴维森，时间是1842年。

1879年5月，德国人W·V·西门子设计制造了一台能拉乘坐18人的三辆敞开式“客车”的电力机车，这是电力机车首次成功的试验。

1881年，法国巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造了条件：

1895年，美国在巴尔的摩—俄亥俄间5.6km长的隧道区段修建了直流电气化铁路。

1903年德国的三相交流电力机车创造了每小时210km的高速记录。

电力机车的发展取决于电气化铁道的发展。

建设具有真正意义的电气化铁路首先要解决如何提供高压电，改变供电制式的问题。

接触网供给机车的电流制，分为直流制和交流制两种（交流制中又分单相交流、三相交流），这就叫供电制式。

在电力车发展初期,主要是采用直流电力机车,另外也有一部分三相交流制和单相低频制电力机车,由于当时科学技术水平的制约,直流制电力机车供电电压不高,三相交流制接触网设备过于复杂,单相低频制电力机车又需要单独的供电电网,因此电力机车初期发展较慢,20世纪20年代中期,接触网电压由由过去的几百V提高到了3000V,当时世界各国电气化铁道采用的都是直流制,接触网电压为1500伏～3000伏,为了克服直流电力牵引网电压低的缺点,1904年瑞士实验成功了单相工频交流电力机车,1950年法国试制了引燃管整流器式电力机车,1960年西德制成半导体整流器式电力机车,1958年美国发明晶闸管后,晶闸管相控机车开始问世,使制造大功率机车用逆变器成为现实,工频单相交流制推动了电气化铁道的发展。

1973年～1974年爆发石油危机之后，各国对铁路电力和内燃牵引重新进行了经济评价，电力牵引更加受到青睐。

英国原先主要是发展内燃牵引，也开始重视发展电力牵引。

连已经完全内燃化的美国，铁路电气化的呼声也很高。

 这时候，半导体技术和微机控制技术的突破和发展推动了新型电力机车的问世。

1979年，第一台E120型大功率采用异步电动机驱动的交—直—交电力机车在德国诞生，开创了电力机车发展的新纪元。

随着既有电力机车的更新换代和高速铁路的蓬勃发展,干线电力机车的研制已从直流传动转向交流传动。

20世纪90年代，欧洲、日本等主要机车制造厂商几乎已停止了直流传动电力机车的生产，交流传动电力机车已成为世界电力机车发展的主流,目前世界先进国家新造的大功率电力机车几乎都采用了三相交流传动技术,单轴功率达到1000～1600KW的大功率客货通用型GTO变频调速电力机车已经广泛投入运用,在250～300km/h及其以上的高速领域,交流传动的电动车组独领风骚,在140～220km/h的快速客货运输领域,交直型电力机车（或其他直流传动机车）也正在被三相交流传动技术所取代.

中国电力机车的发展

中国最早使用电力机车在1914年，是抚顺煤矿使用的1500V直流电力机车。

1958年12月28日，在参照前苏联的H60型电力机车（20千伏）的基础上,中国第一台干线铁路电力机车试制成功（由湘潭电机厂负责电气设备及总装,田心厂负责其他），命名为6Y1型。

“6”指机车有6根车轴（6对车轮），“Y”则是引燃管（一种整流方式）的“引”字汉语拼音首字母。

机车持续功率3410kW，最高速度100km/h.

通过对6Y1型电力机车长达10年的研究,随着中国半导体工业技术的发展,1968年由株洲电力机车工厂开始研制生产SS1型,到1976年制成韶山l型（SS1型）131号时已基本定型。

截止到1989年停止生产，SSl型电力机车总共制造了826台，成为中国电气化铁路干线的首批主型机车。

1966年由株洲电力机车工厂与株洲电力机车研究所试制成功SS2型机车，1978年株洲电力机车工厂与株洲电力机车研究所研制成功了SS3型机车，1982年12月通过鉴定,1984年开始批量生产,把机车的小时功率从4200kW提高到4800kW，截止到1997年底，共生产了987台，成为中国第二种主型电力机车。

1985年又研制成功了SS4型8轴货运电力机车，它是国产电力机车中功率最大的一种（6400kW），已成为中国重载货运的主型机车。

1990年以后又陆续研制成功了SS5、SS6和SS7型（唐山厂）电力机车。

1994年研制成功了时速为160km的准高速四轴电力机车SS8,并于1996年开始生产。

1998年研制成功SS9型,并针对2004年第五次铁路大提速,在SS9型的基础上又发展了SS9改型。

至此，中国干线电力机车已基本形成了4，6，8轴和3200kW、4800kW和6400kW功率系列,仅株洲电力机车厂一家生产量到2001年底已达2893台。

为追踪世界新型“交-直-交”电力机车新技术，从20世纪70年代末开始，中国铁路一直在进行中小功率变流机组的地面试验研究和大功率的交-直-交电力机车的研制，也已取得了阶段性成果。

我国从1991年开始研制AC4000型交直交原型机车,1995年完成组装,进入整机试验阶段,2001年9月我国自行研制成功200km/h的“奥星”交流传动电力机车,电动车组在20世纪90年代中期得到迅速发展,早期应用在广深线的“X2000新时速”电动车组是以租用的方式从瑞士进口的,在取得成功经验后,研制了国产“蓝箭”电动车组,1999年4月“春城”号电动车组在99年昆明世博会投入运行,（采用传统的的交直传动技术,动力分散）,同年10月时速200km/h的“蓝箭”号在广深线投入使用,2001年又研制成功采用交流传动技术的200km/h的“先锋”号及160km/h的“中原之星”动力分散型电动车组,这些均预示着机车性能的深刻变革,因而成为今后我国电力机车的发展方向.

                 国产主要电力机车概况

6Y1型电力机车 

用途：

客货两用 轴式：

Co-Co 传动方式：

交—直传动

传动方式：

交—直传动 持续功率：

3410kW 持续速度：

48.2km/h

持续牵引力：

257.7kN 最高速度：

100km/h 最大牵引力：

308.7kN

整备重量：

138t 累计产量：

7 首台投产年代：

1958.12

            韶山1                           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，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，轴式C0-C0，电流制为单相工频交流。

韶山1型电力机车获全国科学大会奖。

 用途：

客货两用  轴式：

Co-Co  传动方式：

交—直传动  持续功率：

3780kW

持续速度：

43km/h  持续牵引力：

301.1kN  最高速度：

90km/h

最大牵引力：

343.2kN  整备重量：

138t  累计产量：

819

首台投产年代：

1968.4

           韶山2                       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。

SS2（韶山2）型电力机车 

 用途：

客货两用  轴式：

Co-Co 传动方式：

交—直传动

持续功率：

4620kW  持续速度：

51.5km/h  持续牵引力：

323.4kN

最高速度：

100km/h  最大牵引力：

352.8kN  整备重量：

138t

累计产量：

1  首台投产年代：

1969.10

   韶山3型客货两用干线电力机车

株洲电力机车工厂1978年设计试制的大功率电力机车。

1989年开始批量生产至今。

该车采用大功率硅整流管和晶闸管组成的不等分三段桥式全波整流电路，晶闸管相控平滑调压和补偿绕组的脉冲串励四极牵引电动机。

 用途：

客货两用  轴式：

Co-Co  传动方式：

交—直传动

持续功率：

4350kW  持续速度：

48km/h  持续牵引力：

337.14kN

最高速度：

100km/h  最大牵引力：

450.8kN  整备重量：

138t

累计产量：

677（截止于2003.3）

首台投产年代：

1979.3  首台投产年代：

1979.3

    韶山3B型重载货运电力机车                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。

该车由两节完全相同的6轴电力机车通过内重联环节连接组成，每节车为一完整系统。

每节机车装有一台牵引变压器，两台整流器，每台整流器给三台并联的直流牵引电机供电，每台牵引电机在故障情况均可单独隔离，保证其他电机正常工作，以提高机车的利用率。

机车空气制动采用SS系列电力机车使用的DK-1型电空制动机，动力制动采用加馈电阻制动。

控制系统由列车总线和车辆总线两极网络构成。

两节机车之间的重联控制及信息交换采用WTB（绞线式列车总线），双份冗余并自动转换。

单节机车内部采用MVB（多功能列车总线），连接本节车内各控制单元。

机车功率持续2×4350kW，最大速度100km/h，车长2×20200mm，轴式2（C0-C0），电流制为单相工频交流。

用途：

客货两用  轴式：

Co-Co  传动方式：

交—直传动

持续功率：

4350kW  持续速度：

48km/h  持续牵引力：

317.8kN

最高速度：

100km/h 最大牵引力：

470.9kN  整备重量：

138t

累计产量：

251（截止于2003.3）  首台投产年代：

1992.9

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。

由各自独立又互相联系的两节车组成，每节车均为一个完整的系统。

主电路采用四段经济半控桥，相控调压。

它具有恒压或恒流控制的牵引特性和恒速或恒励磁控制的电阻制动特性。

空气制动采用DK-1型电空制动机。

每节车有两个两轴转向架。

牵引电动机采用抱轴悬挂式。

垂直力传递系统由两系悬挂装置组成，其中第二系采用了橡胶金属叠层弹簧，有较好的波动性能。

牵引力传递系统则采用斜拉低位牵引杆，有较高的粘看性能。

车体广泛使用高强度低合金结构钢。

该机车牵引及制动功率大、起动平稳、加速快、工作可靠、司机室工作条件良好、污染少、维修简便。

获国家科技进步一等奖。

机车功率持续6400kW，最大速度100km/h，车长2×15200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。

用途：

干线货运  轴式：

2（Bo-Bo）  传动方式：

交—直传动

持续功率：

2×3200kW  持续速度：

51.5km/h  持续牵引力：

436.4kN

最高速度：

100km/h  最大牵引力：

627.6kN  整备重量：

2×92t

累计产量：

158（截止于2003.3） 首台投产年代：

1985.9

用途：

干线货运  轴式：

2（Bo-Bo）  传动方式：

交—直传动

持续功率：

2×3200kW  持续速度：

51.5km/h  持续牵引力：

450kN

最高速度：

100km/h  最大牵引力：

628kN  整备重量：

2×92t

累计产量：

51（截止于2003.3）  首台投产年代：

1996.4

SS4C（韶山4C）型电力机车  用途：

干线货运  轴式：

2（Bo-Bo）

传动方式：

交—直传动  持续功率：

2×3200kW  持续速度：

51.5km/h

持续牵引力：

450kN  最高速度：

100km/h  最大牵引力：

628kN

整备重量：

2×100t  累计产量：

2（截止于2003.3）

首台投产年代：

1997.12

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。

机车由各自独立的又互相联系的两节车组成，每一节车均

为一完整的系统。

它电路采用三段不等分半控调压整流电路。

采用转向架独立供电方式，

且每台转向架有相应独立的相控式主整流器，可提高粘着利用。

电制动采用加馈制动，

每台车四台牵引电机主极绕组串联，由一台励磁半桥式整流器供电。

机车设有防空转防

滑装置。

每节车有两个B0-B0转向架，采用推挽式牵引方式，固定轴距较短，电机悬挂为

抱轴式半悬挂，一系采用螺旋圆弹簧，二系为橡胶叠层簧。

牵引力由牵引梁下部的斜杆直

接传递到车体。

空气制动机采用DK-1型制动机。

机车功率持续6400kW，最大速度

100km/h，车长2×15200mm，轴式2（B0-B0），电流制为单相工频交流。

用途：

干线货运  轴式：

2（Bo-Bo）  传动方式：

交—直传动

持续功率：

2×3200kW  持续速度：

51.5km/h  持续牵引力：

450kN

最高速度：

100km/h  最大牵引力：

628kN  整备重量：

2×92t

首台投产年代：

1993.9

SS5（韶山5）型电力机车 

   韶山5型客运电力机车是国家“七五”重点科技攻关项目。

“七五”期间，我国采用技贸结合的原则，在购买欧洲50Hz集团8K型机车的同时引进国外先进技术。

在要求消化吸收的基础上，结合我国电力机车设计、制造、运用的经验，进行设计韶山5型电力机车。

1988年~1989年6月完成施工设计，两台样车分别于1990年9月和10月落成。

1990年12月出厂，后讲行了西安一宝鸡间进行30万公里的运行考核。

韶山5型机车的主要技术特点如下：

①电机空心轴弹性传动，电机采用架悬式悬挂。

②两段桥相控，即一段全控桥加一段半控桥。

③再生制动。

④功率因数补偿装置。

⑤机车采用标准电子控制柜，具有特性控制、电气补偿、功补控制、防空转等功能。

⑥设有空电联合制动。

⑦机车设有列车供电绕组，供客车空调、取暖、照明、通风。

用途：

干线客运  轴式：

Bo-Bo  传动方式：

交—直传动  持续功率：

3200kW

持续速度：

80km/h  持续牵引力：

137kN  最高速度：

140km/h

最大牵引力：

235kN  整备重量：

88t   累计产量：

2  首台投产年代：

1990.11



SS6（韶山6）型电力机车 

用途：

客货两用  轴式：

Co-Co  传动方式：

交—直传动 持续功率：

4800kW

持续速度：

48km/h 持续牵引力：

351kN最高速度：

100km/h

最大牵引力：

485kN  整备重量：

138t累计产量：

53（截止于2003.3）

首台投产年代：

1991.6  株洲电力机车厂制造

SS6B型电力机车为株洲电力机车厂1994年研制成功，该型电力机车是在SS系列机车的设计平台上开发的一种交直型6轴货运电力机车，目前，已生产148台，为中国铁道部购买，分别用作京－广线和宝－凤线货运列车的牵引动力。

机车装有两台相同CO转向架，牵引电机的悬挂方式采用滚动抱轴承半悬挂，并采用单边直齿刚性齿轮传动方式。

  车体为整体承载结构，用高强度低合金钢焊制而成。

    每台机车装有一台牵引变压器，两台整流器，每台整流器给三台并联的直流牵引电机供电，每台牵引电机在故障情况均可单独隔离，保证其他电机正常工作，以提高机车的利用率。

       机车空气制动采用SS系列电力机车使用的DK-1型电空制动机，动力制动采用加馈电阻制动。

       机车采用相控调压、有级磁场削弱方式，实现恒流、准恒速特性控制，机车司机室布置符合UIC617－5规定      

SS6B（韶山6B）型电力机车 

用途：

客货两用  轴式：

Co-Co 传动方式：

交—直传动持续功率：

4800kW

持续速度：

50km/h 持续牵引力：

337.5kN最高速度：

100km/h

最大牵引力：

485kN  整备重量：

138t累计产量：

148（截止于2003.3）

首台投产年代：

1994.11

韶山7型电力机车为干线客货两用机车，是国家"八五"重点企业技术开发项目，于1995年9月通过铁道部科技成果鉴定。

韶山7型电力机车被评为国家级新产品和国家级火炬项目，并获得国家科技进步二等奖。

该机车在采用国内相控电力机车成功经验的基础上，吸收了进口机车的先进技术，在技术上有新的突破。

机车采用B0-B0-B0轴式转向架，壳式导向油循环变压器、全叠片复励牵引电机、再生制动，具有轮缘磨耗小，小曲率半径线路的通过能力强，低速转距大，恒功范围宽等特点。

S7（韶山7）型电力机车

韶山7型电力机车是6轴4800kW的客货两用机车，它不仅适用山区小半径线路，也适用于长大坡道干线线路。

多机重联时也可以担当重载货运牵引。

机车采用单相工频制，电压25kV，交-直传动，串励+他励的复励全叠片牵引电动机。

主电路采用了牵引电机串励回路为全控+半控二段桥、他励回路为一段半控桥的调压整流方式，对机车进行无级平滑调速。

牵引特性为恒流起动+准恒速特性控制，电气制动采用再生制动，其特性为恒流+准恒速控制。

设有功率因数补偿装置，以改善机车功率因数。

具有轴重转移的电气补偿环节和空转与滑行保护装置，以改善机车的粘着利用。

　韶山7型电力机车为B0-B0-B0轴式，由3台2轴转向架组成，一系悬挂由螺旋圆弹簧和轴箱橡胶弹性导柱加垂向减振器组成，二系悬挂由螺旋圆弹簧、橡胶弹性元件和垂向、横向减振器组成。

转向架固定轴距短，中间转向架与车体有较大的横向位移并与二系高圆簧相匹配，提高了机车在曲线线路上运行的安全性并减少了轮轨间的磨耗。

牵引电机采用滚动抱轴承半悬挂、单边直齿传动机构，采用低位斜拉杆牵引装置。

双侧制动，全车的24个单缸制动器和4个储能制动器提高了机车停车及运用的安全性。

车体采用框架式整体承载结构，设置了整体起吊装置和事故救援起吊装置。

采用大面积立式百叶窗车体通风方式。

车内设备斜对称布置，双边走廊，设备屏柜化、成套化。

　韶山7型电力机车的辅助电路采用旋转式劈相机供电系统，设有2台劈相机。

各辅助电机采用交流电磁接触器控制通断，采用电子装置（现在改用断路器）进行保护。

高压电器采用的2台受电弓为TSG3型，是引进8K型电力机车受电弓的消化吸收产品。

主变压器JDFP-7700/25型是壳式一体化变压器，器身与平波电抗器、功率因数补偿电抗器共油箱和共用一个强迫油循环风冷系统。

　韶山7型电力机车制动机系统采用DK-1型电空制动机，设有空气干燥器。

机车的主要特点是：

　1.B0-B0-B0轴式转向架，提高了机车在曲线线路上运行的安全性。

　2.他复励全叠片牵引电机，磁路分布均匀，兼有串励的软特性和他励的硬特性，提高了机车的防空转能力，简化磁场削弱电路和牵引、再生制动转换的控制。

　3.大功率壳式主变压器，结构紧凑、体积小、重量轻。

增设向客车供电的供电绕组。

　4.他复励控制系统，恒流起动+准恒速特性控制；再生制动和功率因数补偿相配合，确保机车低速电制动时具有较大的制动功率和制动力，并且提高了再生反馈电能的质量（机车功率因数≥0.9，三次谐波含量≤10%）。

性能参数：

机车主要技术参数：

　轴式　　　B0-B0-B0  机车最高速度　　　100km/h  轴重　　　23t

　机车整备重量　　　138t  额定电压　　　25kV

　机车电制动方式　　　再生制动 通过最小半径　　　125m（速度≤5km/h）

　轮周电制动功率　　　4000kW     机车持续功率　　　4800kW

　机车前后车钩中心距　　　22016mm     机车车体宽度　　　3105mm

　机车持续牵引力　351kN（半磨耗轮） 机车持续速度　44km/h（半磨耗轮）

　机车起动牵引力　　　485kN     机车全轴距　　　17080mm

　机车车体最高点距轨面高度　4700±30mm（落弓状态最高点距轨面高）

　韶山7B型电力机车为铁道部重点科技项目。

它是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。

韶山7B型电力机车是韶山7型电力机车系列化产品之一，也是我国铁路"重载提速"政策重点实施步骤。

其走行部、传动系统等，都是引进、消化、吸收国外交-直机车的先进、成熟技术达到国内先进水平，并接近了世界水平。

轴式：

Bo-Bo-Bo  轴距：

1435mm  机车功率（持续制）：

4800kW 

整备重量：

150t  轴重：

23+2t  额定牵引力：

385kN

起动牵引力：

485kN  最高速度：

100Km/h  机车电制动：

再生制动

两端车钩中心距离：

22016mm  首台生产年代：

1997       累计产量：

2

SS7C（韶山7C）型电力机车

韶山7C型电力机车是交—直传动4800kW，最高运用速度120km/h的6轴客运电力机车。

机车主要特点是：

　　1.采用两段桥相控（全控+半控）和它复励电路，无级调速和无级磁场削弱；

　　2.采用恒流起动及准恒速运行的特性控制方式；

　　3.采用微机控制及LCU逻辑控制单元；

　　4.采用电机滚动抱轴承鼻式悬挂、低位斜牵引拉杆方式；

　　5.采用B0-B0-B0转向架及单侧制动；

　　6.电制动采用再生制动；

　　7.设有列车取暖及空调的供电电源；

　　8.采用双管制供风；

　　9.为满足轴重22吨的要求，总体、车体、转向架、变压器等各主要部件均做了轻量化设计。

性能参数：

机车主要技术参数：

　电流制　　单相工频交流  工作电压额定 25kV 机车整备重量　　132t

　轴重　22t  轴式　B0－B0－B0 机车额定功率:

（持续制）　4800kW

　机车牵引力：

持续牵引力（半磨耗）　　220kN

　起动牵引力　　310kN  机车运行速度（持续制）　　76km/h

　运行最大速度　　120km/h

　机车恒功速度范围（机车在牵引工况下）　　76—120km/h

　机车电制动制动方式：

再生制动

　再生制动力：

在速度为10～80km/h时　　173kN

　　　在速度为0～10km/h时制动力从零，线性升至173kN　

　　　恒功率速度范围（机车在制动工况下）　　80～120km/h

　　　电制动持续功率　　4000kW

　　　再生制动最大励磁电流（他励）　　250A

　　　再生制动最大制动电流　　775A

　　　再生制动的控制方式　　无级调控准恒速

　车钩中心距　　22016mm

　机车落弓时最高点离轨面高度　　4755±30mm

　车体底架长度　　20800mm     车体宽度　　3105mm

　车钩中心线离轨面高度880±10mm 受电弓滑板中心距　15000mm

　动轮直径（新）　　1250mm  （半磨耗）　　1200mm

　转向架固定轴距　　2880mm   转向架中心距　　7100×2mm

　轨距　1435mm 传动方式　单边、直齿（刚性） 传动比　68/23=2.957

韶山7D型电力机车是为满足我国铁路客运提速需求，依据铁道部科教装[1999]37号“关于下达《SS7D型电力机车设计任务书》的通知”研制开发的最大速度为170km/h的客运电力机车。

该机车的设计工作严格遵循简统化、标准化、系列化的原则，力求机车设计的先进性、运用的安全性和可靠性。

机车主要特点：

　1.采用三段不等分桥相控