现代电力机车的技术特点

现代电力机车的技术特点

周浩李辉

（中车大连机车车辆有限公司电气分公司辽宁省大连市116022）

摘要：基于电力机车的启动快、速度高、低污染等特点，电力机车广泛应用于铁路运输领域。电力机车维护与保养以及动态管理质量直接决定电力机车的使用效率和寿命，对电力机车牵引电动机、变压器等有效的维护和保养有助于解决电力机车组成装置的变形、磨损、老化等问题，进而延长电力机车的使用寿命。此外，动态质量管理有助于增强电力机车运行的安全性，在电力机车研究中处于重要地位。

关键词：电力机车；技术；特点；分析

引言：目前，我国的铁路正处在快速发展的时期，机车技术作为铁路发展的核心也是这个发展时期重点关注的对象。在过去的几十年里，我国的电力机车主要以国产韶山系列为主。该系列的电力机车按照其供电方式来看的话，都是属于交－直流供电机车。所谓的交－直流供电指的是接触网上的电流为交流电，该交流电经线路传至机车后以特定的转换电路将其转换为直流电流，最后用于各电机的驱动。随着人们对机车的要求不断改变以及机车技术本身的不断发展，电力机车逐渐被分为了客运机车和货运机车。现就客运机车及货运机车的供电方式进行分析。

1.电力机车电气部分的维护与保养

1.1牵引电动机

电力机车牵引电动机的故障包括启动、发电、异常声响、高温或者冒烟以及电压缺相等故障，严重阻碍了电力机车的效率。电动机的启动故障是指牵引电动机接通电源后无法正常启动的现象，包括电机内部短路、电容器、电阻盒等造成的电器障碍。牵引电动机的发电故障是指电机启动的发电故障，包括电机发电极性、接线、磁绕组等造成的电机启动的发电故障。牵引电动机的异常声响是指电机定子内部接线错误或者短路等造成电机运转时发出异常声响，电机异常声响时电机仍可以正常运转。电动机的高温或者冒烟主要是由于电压不达标造成的电机出现温度过高，严重时可能导致冒烟。牵引电动机的电压缺相故障主要是由接线缺相造成的，严重时会导致电机烧毁，进而导致电力机车运行故障。基于电力机车的特殊性，进行电机检测要采用听、闻、摸以及专业设备排查相结合的故障检测方法，依照国家相关规范的要求，定期地进行电机日常巡检，排除安全隐患。采用听、闻、摸等故障检测方式有助于分辨电机的声音、温度变化，快速地进行电机故障检测与维修。专业设备排查的方法有助于及时、有效地发现电机内部故障，确保电机正常运转。

1.2主变压器

主变压器是电力机车电气部分的重要组成部分，直接决定电力机车的牵引质量，是电力机车的动力来源，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主变压器具有重量轻、高阻抗等特点，通过设置温度继电器、油流继电器等实现对主变压器的温度、过压保护。主变压器故障直接导致电力机车牵引质量的下降，在电力机车的维护和保养中居于重要地位。常见的主变压器故障主要内容有变压器的工作原理故障、铁芯故障、绝缘故障、组件故障、短路故障、放电故障、保护误动故障、渗漏油及油流带电故障、雷击及进水等，其中放电故障又可分为火花放电故障、局部放电故障以及电弧放电故障。变压器油中存在绝缘物质、气泡等空穴，变压器油中存在水分、固体颗粒等杂质，高压电气设备内部金属器件接触不良等都容易造成放电故障的产生。主变压器短路故障主要是短路产生瞬间强电流，使得主变压器绕组失稳或破坏，进而造成主变压器故障。

2.机车技术的自身特点

2.1机车技术的功率

在实现重量与速度的完美结合首先就要有充足的功率来带动，所以为了满足运输的要求现代的电力机车都是大功率的，特别是单轴功率上提高的很大。我国电力机车的单轴功率都是在630kW基础上发展起来的，而在其他国家的交流电力机车单轴功率都已经达到了1600kW。其中的单轴功率的提升不并是可以一直延伸的，它也受到了物理学和运动学的约束，所以说功率问题是同电力机车的整体性匹配还要充分发挥粘着。当前全球的国家都采用着货运机车单轴功率在800kW与1000kW以上客运机车。

2.2机车技术的速度调整

电力机车速度是从最原始的机械开始再经过了电机极对数转换调速，最后就是直接到了电压直流调节电机速度，同时还是从机车的直流传动到交直传动的漫长历程发展。当电子技术得到了快速发展后，就直接采用频率调节与交流电压电机调速并进入了当前的交直交传动时代。电力交直传动机车的优点就是牵引性能出众；功率大、体积小和重量轻；它的电网功率因数非常与１相近，同时和小谐波使电流畸变系数又接近，所以它的通信时没干扰的情况；它的恒功速度在两倍以上的范围，作为通用型客货机车来用；同时还没有电机无电刷与整流子，是一个性能非常高的不用太维护的产品。因此交直传动技术才被世人所青睐，特别当前铁路发展到200kmh/以上时的高速运输之后，牵引动力的交直交传动技术就是目前铁路机车先进技术的标志。

2.3机车技术的使用控制

机车控制是从最早的继电式有级变速触点开关逻辑控制开始发展到电子式无级直流变速无触点模拟逻辑电路控制。由于半导体器件的发展及由半导体产生的交直传动技术晶闸管相控调压电路与交直交传动技术的变流电路使用，加快了微电子技术机车调整的发展，特别是数字化控制设备早已变成三相交流传动技术必须使用的装置。所以对于电气单相交流铁路的要求就是：变流器控制和电网能量交换的机车最好是用纯有功电流，功率因数为１最佳；电流畸变系数的能量消耗与转换能量反馈的电网谐波少用，在连续不断地无接点进行操作；快速闭环应用控制的陡的转矩转速实际特性可以有效控制空转与滑行；并完成系统自我诊断与网络总线通信等。数字微机控制技术计算机系统从8位发展到16位，但32位的作为商业应用系统模块式微处理器，计算内在也提高了10倍，并让机车控制在不断完善中取得了到新的发展。因此，数控技术也是目前铁路机车先进技术的标志。

2.4机车技术的转向架

转向架是铁路机车重载和高速发展需要最关键最理想的设备。所以新型转向架必须有大牵引力的传递强度与粘着应用，还要有临界速度高、轨作用力低并且质量和稳定性都要好。铁道机车转向架要加大关注牵引力和临界速度的提升。约束着机车牵引力与速度提升的因素就是铁道曲线，它是转向架在设计时要克服的困难。只有转向架降低动力的簧下重量就是提升临界速度最有效方案，所以电机悬挂方式从发展到体承式全悬挂就带动了传动装置的巨大变迁，转向架临界速度也突破了300km/h。目前应用比较多的是径向转向架，它可以有效减少曲线经过轮轨作用力和轮轨磨耗，还提升了其安全稳定性与曲线通过速度，对机车在曲线上的粘着性有了很大提升。还包括自导向与迫导向两种，所以说径向转向架技术也是现在铁路机车先进技术的代表之一。

总结：只有提高我国的铁路运输能力就可以对现在的海上丝绸之路和高铁外交都有了坚实的后盾。同时也是国力强大的象征。

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