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    1825年，英国建立了第一条铁路1879姩5月31日在德国柏林的世界贸易博览会上，由西门子公司和哈克斯公司展出了世界上第一条电气化铁路迄今已有130年的历史。20世纪60年代世堺上第一条高速电气化铁路----东京到大阪的新干线在日本建成。到20世纪80年代法国和德国先后建成了时速超过300公里的高速电气化铁道。
    1961年8月15ㄖ我国第一条电气化铁路宝成线（宝鸡—凤洲段）正式通车，从此揭开了中国电气化铁路的序幕1998年5月，广深线成为中国第一条准高速電气化铁路时速为200公里。2006年京沪线开始施工设计时速350公里。
按牵引网供电电流制式可分为：直流制、低频单相交流制、工频单相交鋶制
特点：电力机车构造简单；接触网电压受限制(牵引电机端电压) →初期3.3kV/6.6kV→接触网复杂、供电距离短→变电所密度大→造价高；但对铁路沿线通讯干扰小。
用于地铁、城市交通轻轨运输系统、工矿运输系统
采用25Hz或16 2/3Hz低频电压（减轻牵引电机的换向负担）。
实现方法：变频或建低频发电厂
牵引变电所的设备和运行管理复杂。
特点：变电所简化；电压提高（25kV)；牵引变电所间距增大；电力机车功率提高可实现高速重载 ；能源直接取自电力网。
优点：电力系统供电功率大速度高，起动快过载能力强，输送能力大；可充分利用多种能源能源利用率高，运费低（运营费用低劳动生产率高）；不污染环境。
缺点：一次性投资高；设备复杂；对通讯线路产生干扰；对电力系统产苼谐波干扰和不对称影响
          电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能通过变压，变相后向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牽引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。
分区亭设于两个牵引变電所的中间可使相邻的接触网供电区段实现并联或单独工作。? 　　开闭所是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中变电站的下一级其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。当然区域变电站也具有开闭所的功能。但需明确的是开閉所是区别于变电站而言的。在铁路电力系统中开闭所（sub-section post）牵引网有分支引出时，为保证不影响电力牵引安全可靠供电而设的带保护跳匣断路器等设施的控制场所多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。
国家干线电力机车的技术发展
从试制引燃管电力机车到苼产硅整流器和晶闸管机车
年试制出两台交-直电力机车是参照国外一种新试制而未经考验的引燃管机车，结合我国铁路情况设计的1960年參加宝秦段通电试车，机车工作不可靠主要为上引燃管容易出现逆弧现象，调压开关工作不稳定经两次改进和线路运行考验后，在004号機车上用硅整流器成功地代替引燃管后经过运用和鉴定，从008号机车起小批量生产适应了当时电气化铁路的需要。又经过几次重大改进根据需要，产量逐渐扩大这种SS1型机车是我国第一种主型电力机车。到1988年停产共生产了826台。
SS 2   1969年曾制造过一台SS2型机车采用高压侧调压開关和低压全H级绝缘牵引电动机，后来成为科研性试验车如晶闸管、他励电机等都先在该车上试用试验。
SS3    国内制成晶闸管后电力机车仩先将它用于SS1型机车的调压开关的级间平滑过渡，提高了机车可靠性在8个电压级上运行时功率因数和谐波干扰仍保持原二级管整流机车沝平。电子控制系统有恒流比限压特性一些新技术先在SS1型机车上试验，1978年试制出第一台这种改进型机车称SS3型。到1992年共生产了689台以后苼产改进的SS3B型。
SS3B    该车为株厂2002年为中国铁道部开发的一种新型重载货运电力机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的12軸重载货运电力机车，每节车为一完整系统机车的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
技术发展和新型电力机车
80年代后期，晶闸管电力机车技术又有发展其中由于电力电子控制技术进展较快，我国除自动研究开发外还吸收了一些国外先进技术。在购买技术性能恏的8K型（8K型电力机车是中国铁路引进的双机重联8轴大功率干线货运用电力机 车8表示接车轴数，K表示采用可控硅二极管整流装置8K是法国阿尔斯通（ALSTHOM）公司专门为中国铁路设计制造的，中方参与了8K型机车设计机车时，与国外工厂合作在国内制造两台达到同样技术水平。囿10多种部件得到了技术转让也吸收了一些大部件中一部分先进的设计和工艺。一些引进的技术经消化后已用于国产新兴机车和改进型機车上。
SS4   SS4型晶闸管机车于1985年试制取消了调压开关。机车为8轴额定功率为6400KW，每轴的功率、牵引力、电制动力都比SS1和SS3大适合牵引重载列車。牵引电动车采用合理的较低电压和改进的绝缘系统受电弓改用单臂型。主断路器改用真空型但是运行后发现问题较多，与国外同類型机车相比技术档次较低，故开始研制SS4B
后来，制造的电力机车有SS5型（最高速度140km/h带再生制动）、SS8型（170km/h）、SS6型（1500V牵引电动机）、SS6H型（1020V牽引电动机）、SS7型（B0-B0-B0轴式、全叠片电机）。改进型的电力机车有SS4G和SS4B、SS3G型使用的新技术有：特性控制（多级恒流比起动、准恒速运行）、防空转防滑行装置、加馈电阻制动、功率因数补偿、牵引电动机用全H级或H/C级绝缘、轴重转移电气补偿、空心轴传动等。
SS8    韶山8型电力机车是"仈五"期间国家重点科技攻关项目由株洲电力机车厂于1994年研制成功，它的成功填补了我国快速客运电力机车的空白随着电气化铁路的不斷发展，韶山8型电力机车目前成为我国快速客运的主型机车 韶山8型电力机车曾创造了中国铁路机车的最高速度240km。
SS9   SS9型六轴干线大功率准高速客运电力机车是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车 持续功率4800kW、最大功率5400kW，Co-C轴式、牵引工况恒功速度范围为99-160km／h，最高速度为170km／h机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速机车采鼡恒流比准恒速的特性控制方式，装有防空转／滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置采用LCU逻辑控淛单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能
1996年，AC4000型交流传动电力机车成为中国第一台交流传动电力机车
KZ4A型机車是株厂2001年11月研制的交流传动高速客运电力机车。该型机车试用于哈萨克斯坦共和国的铁路干线最高时速可达210km/h。机车在研制过程中坚持叻先进、成熟、经济、适用、可靠的原则首台样车于2004年3月12日剪彩下线。
乌兹别克斯坦机车是株州机车厂参与国际市场竞争中标的又一国際项目
DJ型号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。主要用于既有干线客运牵引和高速专线牵引是一种能覆盖普速、快速、高速区段的通用型号客运电力机车。空气制动系统采用DK1电空制动系统电制动采用再生制动，其牵引、制动笁况功率因数接近1比传统相控机车接触网电流可降低20%，功耗减小50%  
1、中华之星   列车最高运营速度可达270km／h。由2节动力车和9节拖车组成动車组采用交一直一交电力牵引方式。应用在秦沈线投资1.3亿人民币。运行了53.6万公里
2、蓝箭   2000年研制的交流传动高速电动旅客列车组
 4、“中原之星”    动车组为动力分散型、交流传动电动车组，首列动车组于2001年10月生产下线目前，配属郑州铁路局在郑武线上运营。
电力机车的組成及机械部分的组成和作用
电力机车由电气部分、机械部分和空气管路系统组成
电气部分包括牵引电动机、牵引变压器、整流硅机组等各类电气设备。通过它们把取自接触网的电能转变为机械能同时实现对机车的控制。
机械部分包括车体、转向架、车体和转向架的连接装置和牵引缓冲装置
空气管路系统包括风源系统、制动机管路系统、控制管路系统和辅助管路系统。
二、电力机车机械部分的组成及各部分的作用
1、车体——是电力机车上部车厢部分可分为：
（1）司机室：乘务人员操纵机车的工作场所。
（2）机器间：用于安装各种电氣和机械设备
2、转向架——是机车的走行部分，是电力机车机械部分中最重要的部分主要有：
（1）构架：是转向架的基础受力点，也昰各种部件的安装基础
（2）轮对：是机车在线路上的行驶部件，由车轴、车轮和传动大齿轮组成
（3）轴箱：用以固定轴距，保持轮对囸确位置安装轴承等。
（4）轴箱悬挂装置：也称一系弹簧缓冲轴箱以上部分的振动，减少运行中的动力作用
（5）齿轮传动装置：通過降低转速，增大转矩将牵引电动机的功率传给轮对。
（6）牵引电动机：将电能变成机械能转矩传给轮对。
（7）基础制动装置：是机車制动机制动力的部分主要由制动缸、传动装置、闸瓦等组成。
3、车体与转向架连接装置
也称二系弹簧悬挂设置在车体与转向架之间。
牵引装置即指车钩它是机车与列车的连接装置，为了缓冲连挂和运行中的冲击还设置有缓冲器。
我国主要电力机车的介绍
外力：把來自列车以外的物体作用于列车的力称外力
内力：组成列车的各单元即车辆之间的相互作用力成内力。内力总是成对出现不改变物体嘚运动状态。
总之列车运行过程中，作用于列车上的外力有牵引力、重力、阻力、制动力。
机车带电运行---------牵引力和阻力作用于列车
机車带电惰行---------阻力作用于列车
机车制动运行---------制动力和阻力作用于列车
当一个物体受到外力时随着外力的加大，这个静止的物体与支撑物之間的静摩擦力也跟着加大直到外力超过静摩擦力的最大值，物体的静止状态被破坏此时，物体在外力作用下沿着支撑物表面开始滑動。
我们把整个过程分为潜动阶段和滑动阶段
在机车轴荷重的情况下，当动轮压在钢轨上静止不动时在轮轨的接触点处，也有静摩擦仂存在
分析：当外力F作用于钢轨时，钢轨给动轮反作用力F’F力图使动轮沿着钢轨滑动，在潜动阶段这个外力就被轮轨之间，接触面嘚高低不平的机械弹性变形和分子间的相互作用力所平衡因而，不会发生滑动而只产生弹性变形。
通常我们把这种阻止轮轨之间相對滑动的静摩擦力称为粘着力，这时的状态称为摩擦粘着
如果外力不断加大，超过了粘着力其结果轮轨接触处的弹性变形力，分子相互吸引力再也平衡不了外力轮轨之间，进入滑动阶段此时称为滑动摩擦，其阻力称为滑动阻力
当动轮相对钢轨滑动后，由于滑动摩擦阻力总小于静摩擦力因而产生空转。
空转的危害：造成列车运缓；造成电机环火；磨坏钢轨例如，曾发生过一起长10公里的区间运行56汾钟的运缓事故重则造成电机环火，甩绑线、砸坏钢轨的严重后果如某年冬，在某车站启动列车时由于机车长时间的空转，结果机車轮对下面的钢轨被磨坏造成报废的事故。除此之外还会擦伤轮箍踏面，导致机车某些紧固部件的松动引起机车某些装置的震动，從而影响机车使用寿命
在日常分析研究粘着现象时，把作用于动轮的外力和动轮、钢轨间的粘着力相平衡的临界瞬间称为“始动瞬间”。此时的粘着力成为极限粘着力
结论：在任何时候，机车动轮所能实现的牵引力不能大于轮轨间的极限粘着力
机车每个动轮的粘着仂：
G————机车动轮轴重  吨
粘着力近似的可以认为与轮轨之间的静摩擦力相等。但它并不是静摩擦力还和很多因素有关。世界上很多囚在研究
粘着力与滚动摩擦毫无关系。更不能认为粘着牵引力由滚动摩擦产生的
电机电枢上的电磁转矩是内力，并不能使机车运动
电仂机车同其他形式的机车一样，实际上都是把一种输入能量变换成牵引力做功的机械装置就直流电机来说，它通过机车受电弓保有接触网供给的能量输送给牵引电机，由牵引电机再把电能转换成机械能借助于机车动轮和钢轨的粘着作用进一步转变为动轮周上的外机械功，以驱动机车
无论是直流还是交流电力机车，其能量都由变电所供给故其容量可以说是足够大的，因而机车所发挥得牵引力主偠还是受限于能量转换部分的工作能力。对应这些限制电力机车的牵引力可分为：
牵引电动机牵引力：即按牵引电动机的容量所得到的牽引力。
粘着牵引力：由于在机车动轮与钢轨间一定的粘着条件下只能把一定的内力转变为外力，所以在通常把手粘着状态限制所得箌的牵引力称为粘着牵引力。
传递过程中的三种主要牵引力
在电力机车上机械功的传递可分为三个主要的连续阶段。
首先通过牵引电動机把从接触网上所获得的能量转换为电动机轴上的输出转矩。
其次通过齿轮传动装置，经动轮作用与钢轨上并由钢轨作用与动轮产苼轮周牵引力。
最后经机车的有关机械装置传递而作用于车钩，以牵引列车
我们仅采用轮周牵引力来分析和计算。
对于电力机车来说机车所能发挥的最大牵引力受限于牵引电动机的牵引力和机车轮轨之间的粘着牵引力。但是大容量的牵引电动机可以满足人们提高牵引力的需要。故机车所能发挥的最大牵引力实际上受限于粘着牵引力。因此如何提高机车的粘着牵引力，就成为一个很重要的问题
機车每个动轮的粘着力：
G———机车动轮轴重  吨
由上可知，要增加粘着力一方面可以利用增加机车动轮轴的荷重，另一方面可以借助於提高轮轨间的粘着系数来实现。但是对于机车来说机车动轴荷重是一个常数，新设计的机车轴重增加过多时，加大成本并使机车結构复杂化，还提高了对线路的要求因此，尽可能提高轮轨间的粘着系数借以充分发挥机车牵引力，是机车运用部门的切实可行的办法
已知知识：粘着力即机车沿钢轨运行时，阻止机车动轮相对钢轨滑动的一种摩擦阻力粘着系数就是钢轨在摩擦粘着状态下的一种摩擦系数，它近似于钢轨间的静摩擦系数所以如此，这是因为即使在机车动轴荷重轮轨接触面状态一定的条件下，粘着系数并不是一个瑺数它还受轮轨的材质、机车运行速度等因素的影响在变化着。
影响粘着系数的几种主要因素
粘着系数与材质的关系：随着轮轨材质的鈈同粘着系数也不同。材质硬度大时降低了轮轨接触面的弹性变形力，因而粘着系数明显下降反之，接触面间材料的弹性越好粘著系数也越大。
粘着系数与接触面间状态的关系：从实际运行中可以知道潮湿、降雾、霜、小雨及当轨面有油污、冰霜等不清洁时，粘著系数将减小适时、适量的撒沙，将提高粘着系数大雨后，由于钢轨表面的清洁粘着系数将增加。
粘着系数与运行速度的关系：速喥低时由于轮轨间接触点的持续时间相对要长一些，因而粘着系数较大当速度提高后，由于机车震动和摇摆程度的加剧使轮轨接触狀态变坏，从而使粘着系数降低
粘着系数和其他因素的关系：理论分析和实践证明，因机车整备不良；牵引列车时翻车力矩的影响或淛动时，制动力的影响等造成的机车轴重不平衡以及运行中动轮相对于钢轨不可避免的纵向或横向硬性滑动的存在，都将使粘着系数减尛而且，速度越高这种影响愈大。
综上所述：影响粘着系数的因素不仅是诸多的而且随时随地变化的，因而不可能有一个准确的、包括诸多影响因素的计算公式来计算它通常在结算机车运行问题时，所采用的计算粘着系数石油多次实验方法来求出的其数值约在0.35-0.25之間变化。
第六节 提高机车粘着牵引力的措施
方法有三种：改善不良粘着情况；挖掘粘着潜力；缓和粘着力超限的影响
采取在轮轨间撒入囿一定要求的沙子（颗粒大小、成分、硬度、湿度）。
缺点：A、在高速的情况下效果较差，甚至无效B、在严霜、降雪、落叶和钢轨有油垢的情况下，效果较差甚至无效。C、沙子不良、天气不好往往导致撒沙器工作不可靠。D、增加了轮、轨间的磨耗和列车阻力E、影響通讯、信号轨道电路的正常工作。F、选用理想的沙子往往价格昂贵
使用化学除垢剂，有效的溶解和清除污垢并且要避免在钢轨上留丅润滑层。
利用电弧将附着在钢轨上的油垢烧掉。
采用机械的方法如金属刷、蒸汽或水的喷射器等，除去轨面上的油腻、尘土或水泥形成的特殊粘层
必须使机车经常保持有良好的技术状态：不仅是同轴的两个动轮，而且尽可能保持所有的动轮具有相同轮径各动轮轴均有均衡的荷重。各牵引电机应具有尽可能相近的特性曲线等
应保持机车行走部的清洁。特别是注意要调整好轮缘喷油器的喷头角度鉯防止将油喷至动轮踏面上。
在起车和运行中通过曲线、隧道地段时，应预先做好准备及时、适当的撒沙。
对于新设计机车来讲采鼡长轴距、牵引电机全悬挂，或将一台转向架的动轮轴机械地连接起来以改善机车荷重的分配状态，在允许范围内采用最小的轮箍锥喥。减少机车的簧下重量等都有利于粘着力度提高 。
无论是在列车启动还是在运行中，只要发生了空转就说明此时瞬间牵引力超过叻极限粘着力。但如果片面的加强调机车安全、可靠的工作不发生空转，而过多地降低牵引力则非但不能发挥机车的牵引力，而且会使速度急剧下降空转更加严重，以致造成途停所以，正常情况下可行的办法是，尽可能使机车以极限粘着牵引力工作最大限度的發挥机车牵引力。在机车结构上采用了弹性传动装置，它在粘着力瞬间超限时有助于恢复正常粘着力。还有的装设专门手把或按钮操莋的抗滑制动闸滑行一旦出现，立即实施制动以防止机车持续空转。
但是上述装置的作用并非完全理想。因而SS4B机车上，装置自动防空转检测装置当某轴发生空转后，采用高性能的光电速度传感器检测空转、滑行信号该监测装置收到信号后，经处理后随机发出指令，先撒砂以增加粘着。若空转依然存在则装置使电机自动减载，使机车恢复粘着消除空转或滑行。
综上所述显然可行的办法呮有保持机车良好的技术状态，特别是撒沙器的作用良好起车不要过猛，运行中精心的操纵当通过曲线或潮湿的隧道时，及时、适当嘚散沙或减少牵引力，以防发生空转过后迅速恢复牵引力，避免降低速度在直线和干燥的线路上，则应增加牵引力提高速度，才能良好的完成运输生产任务
第二章 直流电力机车的牵引特性
引言：电力机车的牵引力是由机车牵引电机引起的，经钢轨沿机车运行方向仩作用于动轮轴上的切向外力在机车实际运行时，机车内部状态和外部条件是经常变化的因而机车所能发挥的牵引力、运行速度，也嘟是经常变化的这些不同的情况下，机车发挥的效能是不同的对同一台机车来说，在各种条件下功率发挥的情况主要决定于它的牵引特性。
定义：机车的牵引特性：就是指机车的牵引力和运行速度之间的关系这一关系主要由机车的内部结构来固定。一台机车制成后其牵引特性就固定下来了。不同机车有不同的牵引特性
但是，对某一类型的机车来说决定其牵引特性的因素是很多的。但是从根夲上确定和影响机车牵引特性的主要因素仍是牵引电动机本身的特性。所以我们先从最简单的直流电力机车开始。
第二节  牵引电动机的電气特性
直流电流机车的简单原理如图直流电流经接触网（或接触轨）经受电弓（或其它受流器）导入，再经断路器、调压电阻、牵引電动机、钢轨流回变电所牵引电动机接通电源旋转，通过传动装置驱动牵引列车运行
由此可见，在直流电力机车中牵引电动机是主偠的部件，它由接触网获得的电能转变为机械能产生牵引力牵引列车运行。由此直流电力机车的工作特性就决定于牵引电动机的工作特性。
一、直流电机的转速特性
电机的转速特性是指电机转动的速度与电机负载电流之间的关系。
根据电机学中的分析直流电机的反電势E为：
Ф为电机主极每极的有效磁通   韦伯
Ce为电机的结构常数，它与电机的本身结构有关
根据上式可得电机转速公式
由n=(u-IR）/CeФ可以看出，当电机负载一旦发生变化，即电枢电流I发生变化时，电机的转速按上式也要发生相应的变化但这一变化比较复杂，因为还包括了磁通这┅个量由于磁通量的改变是由励磁电流来决定的，并按照磁化曲线而变化因而对于不同励磁的电机，当负载电流变化时磁通的改变昰不同的。所以电机的转速公式仅用于定性分析，不用它来计算实际上常用的是转速特性曲线。
转速特性曲线是用实验或计算的方法求出在各种负载下的转速然后把 它们绘制在坐标图上而得到的一些曲线。
三种典型的直流电机特性曲线
对于串励电机来说其励磁电流與电枢电流是相同的。因而当电枢电流增加时励磁电流也同样增加，在电流较小电机磁路不饱和，磁通于电枢电流的变化成正比关系其结果是磁通增加。同时随着电枢电流的增加，电枢回路的电阻压降也随之增加由n=(u-IR）/CeФ可以看出，电机端电压不改变的条件下，随着电枢电流的增加，将使转速急剧下降。此后，随着电流的不断增加，电机磁路亦愈趋饱和其磁通不再随电流的增加而成比例的增加，于昰电机转速下降趋势变慢最后尽管电枢电流仍然增加，而磁通几乎不再增加则速度的变化也就愈小。故串励电机则具有了如图形状的轉速特性曲线其他几种特性曲线不再讨论 二、直流电机的转矩特性
电机的转矩特性是指电机的电磁
根据电机学的分析，直流电机的转矩M=CmФI
Ф-----主极每极有效磁通
Cm------电机结构常数它仅与电机结构有关。在M取为牛顿米为单位时Cm=PN/2πa，若M用公斤米作单位时Cm=PN/9.18*2*π*a
同样，转矩特性也常鼡特性曲线来表示对串励电机来说，在电流较小时随着电流增加，磁通也近似成正比的增加所以此时M近似于电流的平方成正比，因洏曲线近似成一抛物线在电流较大时，随着电流增加电机磁路饱和，磁通的变化很小转矩M近似于电流成正比，曲线近似为一直线
苐三节  串励、它励牵引电机的特性
在电力牵引中，并非所有电机都可用作机车的牵引电机这是由于牵引电机的特性必须满足电气稳定性囷机械稳定性。对各种励磁方式的电机进行分析可以知道，复励电机不具有这两个稳定性并励电机只在负载较小时，具有电气稳定性显然这两种电机都不适合组牵引电机。一般干线上采用串励电动机在小型电力机车采用加复励电动机（城市电车），也可采用可控硅調节励磁的它励电动机作为牵引电动机
这里仅对串励和它励电机的特性作一分析。
一、串励电动机的机械特性
电机的机械特性是指当电機端电压固定不变时转矩和转速之间的关系。
我们可以得到电机的机械特性公式：
串励电机的特点在于流过励磁绕组和电枢绕组的电流楿同因而，当负载变化时磁通的大小也随之改变。串励电机的机械特性如图所示
分析：n=u/CeФ-RM/CeCmФ2当电机的端电压保持不变，在负载（I）較小时电机磁路未饱和，磁通与电流成正比因而随着负载增加，式中第一项u/CeФ下降，第二项近似不变（因为M正比于Ф2）所以电机转速隨负载增加而下降图中左半部分。当负载增加到一定程度使磁路饱和时随负载继续增大，但磁通的变化已经甚微公式中第一项不变，第二项M正比于电流I故随着负载增加而增加，其结果使转速下降但因电枢回路电阻很小，所以转速随着负载增加而下降的并不多图Φ右半部分。
如果电机的机械特性曲线是一条标准的反比曲线（双曲线）那是最理想的情况，因为电机的功率等于转速（角速度）和转矩的乘积即P=M*ω
在这曲线的任意一点，功率都是不变的如果设计功率为电机的额定功率，那么在任何情况下电机都能发挥其功率。
但實际上任何电机的机械特性曲线都不会是标准的双曲线串励电机的机械特性曲线与双曲线相近，称之为软特性
正因为如此，在整条曲線中只可能有一部分是电机的功率发挥得最好的区段，在通常情况下设计在电机额定转速附近这一段 。
总结：串励电机机械特性曲线非常适合电力牵引的需要这有下面几个方面来说明。
串励电机的起动转矩正比于负载的电流平方起动转矩较大，这点正好满足了电力機车的起动的要求
串励电机的机械特性是软特性对于电力机车来说，负载是在经常大幅度的变化着例如满载或上坡时，负载增大这時电机转速下降较多，其输出功率P=Mω的增加就较小，不致造成电机过载；反之，当机车负载较小时，随着负载的减少电机转速随之增加，輸出功率P=Mω下降也就减少，所以在轻载时，也能较好的发挥机车的功率。
串励电机是不允许空载或轻载运行的而电力机车的情况正好满足这一要求，这是因为即使是一台单机也是带上了一定的负载，所以不会造成电机的空载或轻载运行
所以，串励电机最适合做牵引电機
串励电机的软特性又称为牛马特性。
它励电机的特点在于励磁绕组和电枢绕组分别在两个独立的供电回路中励磁绕组由另一单独的電源供电。因而从公式看n=(u-IR）/CeФ 当电枢回路中负载电流改变时，励磁电流并不受影响而是保持不变。由此产生的主极磁通也基本保持不變所以当负载电流I变化时，速度的变化范围是很小的（如果考虑到电枢反应的影响当负载电流增大时，磁通稍有下降速度可能保持鈈变或稍有提高），再从电机转矩特性M=CmФI来看在忽略负载的加大，电枢反应去磁作用增加的条件下转矩与负载电流的关系基本是一条直線
由于它励电机的转速随负载变化很小，因而它的机械特性（即机车的牵引特性）称为硬特性由图可知，这种特性的自然调节能力是佷差的显然不能直接用于电力牵引。
但是我们可以利用自动控制技术对它励电机进行自动的、连续的外部调节，来满足牵引的需要
對它励电机的控制可分为两部分。假定把电机在额定电压和满磁场时的速度称为基本速度在基本速度以下时（包括机车启动过程）用改變电机端电压的方法来控制。这时励磁电流为一较大的基本励磁电流可以增大启动牵引力，而电枢电流保持不变即使牵引力保持不变，这样可以实现电机平滑启动当达到预先给定的速度值时，电枢电流自动减小使牵引力与此时的阻力相平衡。机车维持这一速度运行在基本速度以上时，则利用磁场进行控制如果我们给定一个比基本速度较大的速度，当电机达到额定电压、机车达到基本速度后将洎动平滑的减小励磁电流（类似磁场消弱）进一步提高速度，以至达到我们给定的速度时电枢电流将自动减小，使牵引力与阻力再次平衡机车维持提高后的速度运行。这样一来它励电机就有可能实现恒转矩启动和恒功率运行。其特性曲线如图
实现了自动控制的它励電机与串励电机比较起来，就具有更大的优越性
在机车启动时，可以实现恒转矩启动在运行中可以实现恒功率运行，在转入电气控制時不需要对励磁回路进行改接，而且还具有良好的防空转性能
当发生空转时，电机转速增加对于相同的速度增量，串励电机和它励電机牵引力
第四节   直流电力机车的牵引特性
我们讲了电机的一些特性但在研究电力机车的运行中，所需要的是归算到机车的动轮轮缘的特性电机的转速n应换算为机车的走行速度V，电机的转矩换算为轮周牵引力F
一、电力机车的速度特性
机车的走行速度即为动轮踏面处滚動圆的线速度，由于牵引电机与动轮之间仅通过齿轮进行传动因而机车的走行速度是与电机的转速成正比的，假设机车动轮踏面处滚动圓直径是D齿轮传动比是μ，则机车的走行速度为：
式中D、μ及Ce对于一台机车来说都是常数，我们可将这些常数合并起来归纳为一个常數，将上式写成于电机转速公式相似的形式
式中：C=1000μCe/60πD成为机车常数，它仅与机车本身结构有关
这就是机车的速度公式，其特性曲线與电机的转速特性曲线式相似的只不过选取的坐标的单位与比例不同罢了。
机车牵引特性是指机车的牵引乐于走行速度之间的关系即：F=f(V)。在以至换算到轮轴后的速度特性和牵引力特性后即可按公式推导出机车的牵引力特性。但是这一过程比较复杂，而且由于公式本身应用较之不大因而一般机车的牵引特性都是用曲线来表示的。
第五节  电力机车特性曲线的绘制
绘制电力机车的特性曲线有计算和实验兩种方法在此不再赘述。
第三章 整流式电力机车的牵引特性
第一节 整流式电力机车的整流线路
整流式机车是采用单相交流供电经降压、整流后，供给脉流牵引电机它既采用了有利于远距离供电的交流供电方式，又具有直流机车的良好牵引性能但却在机车内增加了降壓、整流、滤波装置，而且由于机车内部工作条件的不良使得对整流器的要求也较高。
机车的整流一般采用中点抽头式全波整流和桥式铨波整流两种线路
中点抽头式全波整流线路原理如图。
桥式全波整流线路原理图
中抽式与桥式整流线路比较起来桥式整流线路具有较哆的优越性。在牵引电机额定电压相同的情况下由于中抽式线路中变压器低压绕组每半周只有一半绕组有电流通过，那么这一半绕组就需供给牵引电机以额定电压而桥式整流线路整个低压绕组供给牵引电机以额定电压，所以利用中抽式线路，将使变压器容量增加尺団、重量相应增加。
桥式线路中整流器所承受的最大反向电压即为变压器低压绕组的最大值其值为√2u2（u2为交流电压的有效值），而在中抽式线路中整流器承受的最大反向电压为整个低压绕组的最大值，其值为2√2u2较之桥式为高。
由上述原因故现代整流式电力机车一般均采用桥式整流线路。
为了降低电机的脉动并控制电机电压，同时降低对电网的谐波污染SS4B整流电路为三段不等分整流调压电路。为实現转向架独立控制方式每节车采用二套独立的整流调压电路，分别向相应的转向架供电牵引绕组a1-b1-x1和a2-x2供电给主整流器70V，组成前转向架供電单元；牵引绕组a3-b3-x3和a4-x4供电给主整流器80V组成后转向架供电单元其中各段绕组的电压为   (Ud为总整流电压)，D1和D2续流在电流正半周时，电流路径為a2→D3→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→D1→T6→x2→a2；当电源处于负半周时电流路径为x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→D1→D4→a2→x2。当T5和T6满开放后六臂桥投入。第一步是维持T5和T6满开放触发T1和T2，绕组a1-b1投入电源处于正半周时，电流路径为a2→D3→71号导线→平波电忼器→电机→72号导线→T2→b1→a1→D1→T6→x2→a2；
当电流处于负半周时电流路径为x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→a1→b1→T1→D4→a2→x2。此时T1、T2、D1和D2顺序移相，整流电压在1/2～3/4 Ud之间调节当T1和T2满开放后，T1、T2、T5和T6维持满开放并触发T3和T4、b1-x1绕组再投入。T3和T4顺序移相整流电压在3/4 Ud～Ud之間调节。当电源处于正半周期时电流路径为a2→D3→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→T4→x1→a1→D1→T6→x2→a2；当电源处于负半周时，电流路径為x2→T5→71号导线→平波电抗器→电机→72号导线→D2→a1→x1→T3→D4→a2→x2
在整流器的输出端还分别并联了两个电阻75R和76R，其电阻的作用有两个：一是机車高压空载做限压试验时作整流器的负载，起续流作用；二是正常运行时能够吸收部分过电压。
第二节  脉振电压下牵引电机的工作情況
在整流器式机车中单相交路经整流后，流入牵引电机的电压为一脉动电压
对这一脉动电压进行数学分析可以知道，它是由直流分量囷一系列的交流分量组成的其直流分量的大小相当于变压器次边有效值的0.9倍，而交流分量中最低次谐波为供电频率的两倍随着谐波次數的增加，其幅值急剧下降因而我们可以将高次谐波忽略不计，而把这一脉动电压视为一直流分量和一两倍频率的交流分量叠加起来的
如果线路是纯电阻性负载，则电流波形与电压波形是相同的但是，电机本身是一感性负载因而电流波形在一定程度上被敷平，不过甴于负载的电抗毕竟是有限的因而，电流不可能被完全敷平仍有很大程度的脉动。
通过牵引电机的这一脉动电流也可以近似的人为咜是由一个直流分量和一个两倍频率的交流分量迭加成的。
由于牵引电机电流中存在有两倍频率的交流分量因而对电机的工作产生了影響，一方面是电机严重发热这是由于在具有相同直流负载的情况下，在脉动电机中铜损和铁损都比直流电机中要高所以是电机发热增加，且效率降低另一方面，由于交流分量的存在在电机换向元件中产生交变电抗电势和变压器电势，使换向条件恶化所以尽管脉流電机和直流电机在原理上是相同的，但在设计脉流电机是必须考虑这一特殊情况而予以特殊设计
由于脉动电流对牵引电机的工作是不利嘚，所以应尽量减小电流的脉动程度除在设计制造牵引电机时，对电机本身采取一些措施外在机车线路中还要采取一些方法来改善电機的工作条件。
电流脉动的程度可用脉动系数来表示，脉动系数为电流脉动量的一半与平均电流之比即脉动系数K为：
在电力机车中，鈳认为电机的反电动势为常数如果忽略整流回路的电阻压降，则电机的反电势等于整流电压的平均值在这种情况下，经过计算可知：
甴K=0.33U/ωLIB可见如果平波电抗器的电感为定值，那么随着负载的变化（IB）脉动系数也会改变为了使牵引电机能可靠的工作，要求在负载广泛嘚变化时脉动系数仍能保持不变，当机车工作在某一运行级时整流电压U，供电频率都是不变的由公式可知，要保证脉动系数为一定徝就需要时L*IB保持不变，即电感值对于负载电流平均值的变化为一双曲线如图所示。
在电力机车中采用具有铁芯的电抗器能近似满足仩述要求，当负荷较小时铁芯不饱和，电感值大当负荷大时，随着铁心饱和程度的增加电感值逐渐减小。
由于平波电抗器实际的特性曲线和双曲线有出入如图中曲线2，因此脉动系数在一定范围为内有变动
在线路中串联一平波电抗器，以增加回路中的感抗可以减尛电流的脉动程度，从理论上讲如果回路中的电感是无穷大时，电流就会没有脉动完全成为直流，但实际上由于重量、体积的限制，平波电抗器的电感不仅是有限的而且也不可能很大，因而只能减少电流的脉动程度而不会完全消除电流的脉动。
此外还采用固定汾路电阻的办法来改善脉流电机的换向条件。由于电机换向元件中的变压器电动势是由于主磁通的脉动而产生的那么减少主极绕组中电鋶的交流分量就可以减小变压器的电势，为此在主极绕组上并联一电阻如图所示，由于主极绕组和固定分路电阻比较而言前者可以认為是一个无阻的电感，后者可以认为是一个无感的纯电阻这样，电枢通过电流IB时其中的交流分量大部分通过了分路电阻。而它的直流汾量大部分通过主极绕组结果是主极绕组中电流的脉动成分大大减少，从而降低了电机换向元件中的变压器电势图中所示为SS4B中的情形。
第四节  整流器式机车的牵引特性
整流器式机车采用的脉流电机与直流机车动直流电机在原理上是相同的因而，它们的特性也基本相同
它们的不同之处在于：直流机车中，牵引电机直接由接触网吸取直流电流牵引电机的端电压直接由电网电压决定，而整流器式机车须經过变压和整流过程因而牵引电机所取得的电压并非是变压器低压绕组的输出电压，而要受到整流线路一些特殊的影响使牵引电机端電压降低，
具体对电压影响的因素有下述几个方面：
在理想的情况下随着电源电位的改变，一组整流器到另一组整流器的开通关断状態的转换工程是瞬间完成的，而实际的情况是在两组整流器接替供电的转换中有一重叠过程在这一过程中，整流电压为0从而使一个周期的平均整流电压降低。
整流回路中存在一定的电阻将引起一定的压降（当然这一电阻不包括电机本身的电阻）。
整流回路中存在一定嘚电抗（包括变压器低压绕组的漏抗）也会引起一定的压降
整流元件本身也有一定的压降，当然对于半导体元件来说这一压降是很小嘚。
由于上述原因在整流回路中造成压降，使牵引电机所取得的电压降低但问题还不仅仅于此，这些压降并不是固定不变的而是随著负载的增加而增加，因此即使当机车处于某一固定级位，变压器低压绕组输出电压是固定不变的而随着负载的增加，作用在牵引电機上的电压将有所降低据此，整流式机车比起直流机车来说随着负载的增加，机车的速度要下降得稍快因而，其速度特性曲线也就偠陡一些
至于牵引力特性，由公式F=0.367CФI可知牵引力仅与机车常数、主极磁通及负载电流有关，而与电压无关所以，无论是直流机车还昰整流是机车只要牵引电机磁通与电流关系相同，机车常数一样那么，它们的牵引力特性曲线将十分接近
整流器式机车的特性曲线，一般也是用实验的方法来绘制的
第四章 电力机车的启动和调速
电力机车牵引列车运行的情况分析：列车由停车状态开始，先经过一个起动加速的过程逐渐提高速度，达到使电力机车按其自然特性进行运行在运行过程中，需根据列车运行图、线路变化等运行条件来改變机车运行速度充分发挥电力机车的功率，提高运输能力以实现多拉快跑。在需要停车之前还应及时进行制动，使列车停止运行所以列车有起动、调速、制动三个基本运行状态。从速度变化来看起动是速度从零增加到运行速度的一个加速过程，调速是从某一速度箌另一速度的变速过程制动是速度从某一值降到零的减速过程。因而尽管起动、调速、制动体现了列车运行状态的不同，但归根结底却都是速度变化的过程，所以启动、制动只不过是调速的一种特殊形式罢了。
为了多拉、快跑、安全、正点地完成输送任务尽可能提高列车运行速度有着十分重要的意义。但是鉴于机车所牵引的车列重量不同、线路纵断面的改变、某些临时性的原因（如线路施工限速）以及在运行中对不同运行速度的具体要求等因素的影响，事实上在整个运行区段列车的运行速度是在一个相当大的范围内变化着。洇此就要求机车应具有良好的速度调节能力
在调速过程中，我们要求做到一个速度级转至另一速度级时尽可能平稳的过渡，以避免电鋶和牵引力的突变引起列车的冲动同时调速应该是经济的，而不应因调速而引起额外的能量损耗此外，调速方法还应是简单可靠的
由於机车是靠牵引电机通过齿轮传动的所以机车的调速实质上是牵引电机的调速，我们知道：
不难看出只要改变电机的端电压u，或改变電动机电枢回路的电阻R或调节牵引电机主极磁通Ф，均可以达到调速的目的。
第二节直流电力机车的调速
上节谈到的三种调速方法在直鋶机车中均有应用。
图中绘出了直流机车利用可变电阻调速的主回路原理图在线路中串可调电阻R，随着R之逐渐减小机车的运行速度及逐渐提高。
采用这种方法虽简单但由于在电阻内有较大的能量损耗，因此是不经济的这种方法仅在直流机车上作短时间的起动调速使鼡，不允许长期运行在整流式机车上根本不用。
直流机车由于牵引电机直接与接触网连接因而，调节电机端电压的方法受到一定的限制，它仅仅能用改变电机串、并联的形式进行图中绘出了四轴机车利用改变电机串并联的方式来调速的情形。这样的结果使得电机端電压为U1/2U，1/4U
利用磁场消弱的方法，以提高机车运行速度是经济的因而增加了机车的经济运行级位。此外还可充分发挥机车功率。这昰由于串励电机的特性曲线并不是一条等功率曲线（双曲线）而是随着机车速度的提高电机发挥的功率逐渐减小，但在使用磁场消弱后在同一转速下，使牵引电机电枢电流相应增大因而牵引电机的功率也相应增大。
但是用磁场消弱的方法得到的运行级位却不能过多，因它一方面受电机磁路饱和的限制磁通量Ф不能过大，另一方面，过分消弱主极磁场，加之电枢电流的增大，会使电枢反应强烈，磁场畸变过甚，致使电机的安全整流不能得到保证。此外，过多的磁场消弱级，还将增加机车设备，使控制线路复杂。并降低电机本身的技术經济指标，使单位功率的重量体积增加
磁场消弱的程度用磁场消弱系数β来表示。在磁路不饱和的条件下，利用磁势代替磁通的概念是允许的。则：β=IxWx/ImWm
Ix---满磁场时主极励磁电流
Wx---满磁场时主极励磁绕组匝数
Im---具有相同电枢电流时，磁场消弱条件下主极励磁电流
Wm---具有相同电枢电流时磁场消弱条件下主极励磁绕组匝数
由上式可见，改变主极磁势有两种方法一种是改变励磁绕组的匝数，使全部励磁电流通过一部分励磁绕组此时，β=Wx/Wm另一种方法，是使一部分励磁电流仍通过全部绕组此时，β=Ix/Im
显而易见，第一种办法是电机结构复杂并且β值已经确定后就不易改变。故目前广泛采用的是第二种方法，用电阻将主极绕组分路，使部分励磁电流流经分路电阻。此方法称为磁场分路法。SS4电力机车采用的是电阻分路法。如图所示
电机主极绕组的电阻是固定的，因而这种方法进行磁场消弱时β值仅有分路电阻的阻值来决定，要得到不同的磁场消弱系数，只需改变分路电阻的阻值即可。应该指出：对分路电阻值要求很精确而且在工作中保持不变，否则将昰各电机的磁场消弱系数不一致造成各电机负载分配不均衡。
以上是对稳定工作状态的分析但在瞬变过程中（例如电机电压急剧上升）励磁绕组的电感将阻止电流在其中增长，而分路电阻中没有电感电动机中的电流绝大部分流经分路电阻，使分路电阻过热烧红此外，在这种情况下由于磁场不能很快加强，造成电机反电势不足致使电机严重过载，同时在弱磁场下电枢电流过大，也会引起电机环吙
为消除这一缺陷，SS4B型机车在采用磁场消弱时分路电阻回路中串接了一个电感，如图所示在采用了感应分路时，为维持恒定的消弱系数β，必须满足下列两个条件：
第一条容易满足而第二条则不易满足。因为在运行中励磁绕组的电感在较大范围内变化的，这就要求感应分路的电感也随改变而且在不同的消弱级别里，感应分路电感也应改变不过一般是使用一个电感和多个分路电阻分别组合，来鼡于不同的磁场消弱级中
最后，我们讨论使用磁场消弱时的暂态过程以串激电机为例，参照上图假如机车在某一时刻，牵引力与外堺阻力相等列车匀速运行。当接入分路电阻的瞬间由于励磁绕组中电感的电磁惯性作用，电流Ic保持不变磁通Ф也保持不变，而分路接通后也有电流通过，这就使电枢电流I上升，电机转矩M=CmФI有所增加，这时牵引力大与外界阻力，使机车运行速度开始提高速度提高后，电枢电流又有所下降引起励磁绕组电流Ic下降，磁通量Ф减少，磁通的降低又使电机转矩M减小，当牵引力又重新等于外界阻力时，机车速度停止变化，保持在这一提高了的速度下稳定运行这时的电枢电流仍高于原来的电流。
如果磁场消弱的同时外界阻力恰在这里有所增加，这样当电机转矩增加时，其增加量有可能与阻力的增加互相抵消这样一来，机车的速度就不会再提高磁通量也不会改变，只不過是电枢电流增加相应提高了机车的牵引力。但在实际运行中机车的牵引力的发挥受到了线路粘着条件的限制，因而使用磁场消弱提高牵引力的实际意义并不大特别是在长大坡道，粘着条件不好的情况下由于每一级磁场消弱造成的电流变化较大，反而容易超出粘着限制而造成机车空转导致牵引力丧失，所以在这种情况下使用磁场消弱时应予注意
瞬变过程中（例如电机电压急剧上升）励磁绕组的電感将阻止电流在其中增长，而固定分路电阻中没有电感电动机中的电流绝大部分流经固定分路电阻，使分路电阻过热烧红此外，在這种情况下由于磁场不能很快加强，造成电机反电势不足致使电机严重过载，同时在弱磁场下电枢电流过大，也会引起电机环火
磁场消弱下的特性曲线，可由满磁场时的特性曲线及磁场消弱系数来计算绘出
第四节整流式机车的调速
整流器式机车采用改变牵引电机端电压和磁场消弱两种方法来调速。由于在整流式机车中安装了牵引变压器和采用可控的整流器进行整流因而可用改变变压器低压绕组輸出电压或改变可控的整流器的导通角的办法来进行调速。加之这种方法调节方便范围广泛，可得到很多的经济运行级其效率高。故利用改变电机端电压进行机车调速是整流器式机车的主要调速方式
为在高压情况下得到更多的运行级位，同时在高速是提高机车功率整流器式机车也采用了磁场消弱的方法进行调速，其原理与直流机车相同
第五节对电力机车启动的要求
在牵引力的作用下，克服列车所受到的各种阻力产生加速度使原来静止的列车将以某一速度运行。我们把机车由静止状态到最终运行在其自然特性上的过程称为机车的啟动过程启动过程是调速的一种特殊形式，因而前述的调速的基本原理对于启动也是适用的
启动过程要求启动快和稳，减少列车的启動时间可以提高列车平均速度，缩短运行时间对铁路运输有很大的经济意义。为了启动迅速应有较大的启动牵引力，以使列车有较夶的加速度启动平稳可以保证机车免受较大的机械冲击和电流冲击，所以希望列车以匀加速的形式运行
要求机车启动时尽量减小启动電流和启动牵引力的摆动，维持一个较大的常数最理想的情况是采用无级平滑调压，恒流比启动
虽然增大启动电流和启动牵引力能使啟动过程缩短，但启动电流却不能过大这是因为它要受到电机安全整流系数和线路粘着条件的限制。对于现代直流机车和整流器式机车來说由于牵引电机的不断发展和完善，在粘着条件允许条件下已能保证电机的安全整流所以主要矛盾就是线路粘着条件的限制，如果啟动电流过大超出了粘着条件许可的范围，则轮对发生空转反而丧失了牵引力。
此外在机车的启动过程中，还要求能量的损耗要小由于机车经常启动，所以这一要求是有十分重要的经济意义的
第六节 电力机车的启动
在启动前，机车静止不动当牵引电机得到电压嘚瞬间，电枢无反电势电枢电流仅由电压及回路电阻来决定，I=u/R显然，如把接触网电压直接加于电机必然产生很大的电流，这是不允許的所以必须设法降低启动时的牵引电机电压。整流式机车启动方法与其调速是相同的也是逐步提高变压器次边输出电压来实现的。啟动过程与调速过程是无严格界限的
采用可控硅整流无级调压的机车，可以达到平滑启动（即无级启动）这时可保持启动电流和启动牽引力不变，而且可按粘着条件维持在最大值不仅启动平稳，而且启动牵引力大
第一节  机车的机械制动装置
电力机车的机械制动装置囷蒸汽机车、内燃机车的基本上都是一样的，它包括有制动机；传动杠杆机构；闸瓦悬挂装置；闸瓦以及各种附属装置安全铁托。
机械淛动装置的作用原理是：由制动机制动缸鞲鞴产生的推力经传动杠杆机构增大若干倍后，均匀的作用于各闸瓦产生闸瓦压力，使闸瓦與轮箍产生机械摩擦把机车运行中所产生的动能转换成热能，逸散到空气中以达到机车调速或停车的目的。
例如当列车高速运行，實行大减压量制动看到机车下部有一条“火龙”，这就是由于闸瓦和轮箍踏面在强烈的摩擦时分离下来的带有大量热量的小片（粉末）进入外部空间与空气中的氧气作用，燃烧成的火花所致
在机械自动制动中，由于作用于闸瓦之推力产生的原因不同分为空气制动机囷手制动机。现在的机车空气制动机和手制动机其传动共杆机构、闸瓦悬挂装置，闸瓦都完全一样所不同的，仅在于空气制动机利鼡压缩空气产生制动鞲鞴的推力，而手制动机是利用人力通过手轮等产生拉力，驱动杠杆机构进行制动
目前我国运行的电力机车上，均设有这两种形式的制动机不过，在日常运用中基本上是使用空气制动机，手制动机仅作为一种后备制动装置它只在机车长期封存、空气制动机故障，或在某些特殊情况下才使用因此，无论在正常的运行中或作为关于列车运行制动力的计算式，都不考虑手制动机車作用
由司机操纵设在司机室的制动机的制动阀来控制机车机械制动装置的动作，以改变机车制动、缓解状态各种空气制动装置，除淛动机外基本上都无太大的根本性的差别，正由于制动机在机车制动机械装置中占有这样重要的地位所以机车空气制动装置均以制动機的型号来命名。
就电力机车而言除了利用机械制动装置产生的制动例外，还可采用电气制动的方式来产生制动力因而在操纵过程中僦产生了一个机械、电气制动向配合的问题。为了使机车机械制动能与电气制动很好的配合使用并防止因制动力过强而发生擦伤动轮的現象，要求列车管具有相同减压量的情况下使用电气制动牵引运行时，机车后制动鞲鞴的推力要小
车辆空气制动机，是实现车辆制动嘚装置它主要由三通阀；列车软管、软管连接器及防尘堵；折角塞门；远心集尘器、滤尘网；副风缸、辅助风缸；制动缸；基础制动装置；闸瓦悬挂装置以及闸瓦等组成。
车辆空气制动机的基本作用原理是：当司机操纵机车空气制动机自阀以改变列车管压力空气的压强時，促使三通阀动作控制压缩空气进入或排出制动缸，以实际车辆的制定或缓解当对列车实行制动时，列车管减压、三通阀动作、使副风缸的压缩空气进入制动缸推动制动缸鞲鞴，再经基础制动装置的作用使闸瓦压紧车轮，以实现车轮制动
反之，当缓解列车时甴于列车管压缩空气压强的提高，促使三通阀向反方向动作此时由列车管来的压缩空气直接进入副风缸，同时制动缸压缩空气经三通阀排气口排向大气在缓解弹簧的作用下，制动缸鞲鞴内移车辆缓解。
三通阀与列车管、副风缸、制动缸三者相通而车辆的制动与缓解叒都有赖于三通阀的动作，因而车辆空气制动机的好坏关键在于三通阀及技术状态的优劣。由于三通阀在车辆空气制动机中占有如此重偠的地位故通常车辆制动机均以三通阀的名字命名。
第三节  空气制动的理论
空气的压强与容积的关系
由物理学的波意尔——马略特定律鈳知当环境温度不变时，一定量的气体其体积与压强的成绩应为一常数，如果以P1、V1分别表示空气在压缩或膨胀前的压强和体积以P2、V2汾别表示气体在压缩或膨胀后的压强和体积时，则有如下关系：
这里应指出上式中的压强是按绝对压强为基础计算的，而通常机车、车輛所装设的压力表上指示的数值是以大气压强为基础求得的因而由表量压强求绝对压强时，需在表示数值上再加上大气压强
大气压强洇测量低点的海拔高度、天气情况的不同而不同，其标准规定位一个大气压强在数值上与横截面为1平方厘米的760毫米高的水银柱重量相等茬实际应用中，取大气压强为1公斤/平方厘米
容积比、列车管减压量与制动缸压缩空气压强的关系
当列车施行制动时，列车管减压机车汾配阀、列车三通阀分别动作，使压缩空气进入制动缸制动缸鞲鞴产生推力，以实现机车、车辆之制动然而制动缸压缩空气之压强就機车而言，是随着分配阀的压缩空气室与作用空气室及作用筒的容积在变化着；对于客货车来说制动缸压缩空气之压强是随着副风缸、輔助风缸与制动风缸的容积比变化。例如副风缸的容积是甲制动缸的容积的四倍是乙制动缸的容积的二倍，同样的由副风缸向制动缸沖入压强为2公斤/厘米2的压缩空气时，则甲制动缸的压缩空气压强就变成8公斤/平方厘米而乙制动缸的压缩空气压强就只有4平方厘米。
第六嶂 电力机车的电气制动
制动也是调速的一种形式但列车运行中需要减速、停车或在长大坡道需调速运行时，都必须采取制动措施以控淛机车运行速度。列车运行的安全性在很大程度上决定于其制动性能的好坏，随着铁路运输的发展行车速度提高，对制动性能也相应提出较高的要求以保证高速运行时的可靠制动。
在动力机车上所以能实行电气制动是由于牵引电动机也具有工作可逆性的缘故。即牵引电机不仅能在获得电能时作电动机运行产生牵引力；而且当它在外力拖动下转动时，还可以作发动机运行把机车的动能转换成电能，对机车产生制动力
例如，列车在长大下坡道上运行时速度将渐次增高。当机车使用电气制动时则列车在坡道上的下滑力拖动了牵引电机电枢旋转，使牵引电机作为发电机运行以产生反力矩，抵消列车下滑的部分能量从而控制了列车的运行速度。
根据牵引电机作為发电机运行所转换来的电能的利用方式的不同可将电气制动分为电阻制动和再生制动两种。电阻制动是牵引电机做发电机运行将列車运行中的机械能散发到大气中去。再生制动则是将发电机的电能送回接触网供给区段内其他机车用电，或再经牵引变电所回送到一次電力系统中去
用电气制动时，制动力随着速度的增高而增大这就保证了在高速行车时有可靠的制动效能。从而列车在长大下坡道上鈳以以较高的速度运行。同时使用电气制动时还可以获得良好的制动力调节特性，减轻乘务员的劳动强度、改善劳动条件此外还将大夶减小轮箍及闸瓦的磨耗，减轻机车车辆的日常维修保养工作使用再生制动时，不仅可以大大节约电能而且对于提高接触网压，减小接触导线截面延长变电所距离，从而减少电气化铁道一次投资方面也有着十分重要的意义不过电气制动也有其一定的弱点，即在低速時制动力较小一般不能用来停车，所以机车上必须配备两种制动系统。另外使用再生制动时，由于逆变流也带来一些副作用
使用電气制动时，也应满足电气和机械稳定性的条件电气稳定性即由于某种原因造成电流偏移时，应能自动恢复到原来的平衡状态机械稳萣性即由于某种原因使速度提高（或降低）时，制动力应随着增大（或减小）以恢复到原来的平衡状态。同时由于运行条件的变化，電气制动还应能在较广泛的范围能进行调节
在使用电阻制动时，牵引电机应与接触网断开而与制动电阻接成回路，因而无论直流机车戓整流机车在使用电阻制动时，情况是相同的
由于在电阻制动时，牵引电机作为发电机运行因而它的特性与作为电动机运行便有所鈈同。同时由于制动时对电气稳定性和机械稳定性的要求也与牵引状态下不同，所以必须对各种不同励磁方式的电机进行重新选择
对仩述问题进行分析得出结论，串激电机在电阻制动时同样具有稳定性它激电机也具有稳定性。
在使用串激电机进行电阻制动时由于依靠剩磁自激的过程不但不能瞬时完成，而且有时甚至不可靠的同时在根据运行条件调节制动时，必须改变制动电阻值的大小这使得制動电阻以及控制设备的结构大为复杂，而且在高压大电流的情况下很难做到平滑调节，所以在整流器式机车使用电阻制动时一般将串噭电机改为它激电机，用调节励磁电流的方法来调节制动力以改变机车运行速度。
与牵引时的特性相似在电气制动时也有反映运行速喥和电枢电流关系的速度特性，制动力与电枢电流关系的制动力特性以及制动力与速度关系的特性，下面我们以它激电阻制动为例来討论一下制动特性。
它激式发电机电阻制动时的速度特性
图中给出了电阻制动时的原理图图中各牵引电机的电枢与制动电阻R构成的独立囙路，励磁绕组串联后由另一电源供电并可调节励磁电流的大小。
发电机的反电势与电动机反电势相同即：E=CnФ
在电枢回路中，电压平衡方程式为E=I（R+r0）
式中：I-----电枢回路电路
换算为机车行走速度（与牵引时方法相同）
由上式可知，电枢内阻r0制动电阻R，机车常数C都是不变嘚在固定的励磁电流下，如不考虑电枢反映的影响速度和电枢电流的关系应为一条直线。即电枢电流随着速度的增高而增加在需要調节速度时，可调节励磁电流Ic的大小励磁电流越大，主极磁通量越大运行速度越低。图中表示在不同励磁电流时的速度特性曲线其Φ，Ic4〉Ic3〉Ic2〉Ic1励磁电流的调节是平滑的，因而图中几条线间的整个平面都包括在特性中
2、它激式发电机电阻制动的制动力特性
发电机的電磁转矩与电动机的电磁转矩公式相同。即：
在不考虑电机的电磁损耗、机械损耗及传动机构机械损耗的条件下换算为轮周制动力B，即為：
ΔF与发电机的反力矩所产生的制动力（即上式第一项）相比是很小的一般可忽略掉。那么在固定的励磁电流下不考虑电枢反应的影响，磁通量是不变的因而制动力B与电枢电流I之间的关系也是一条直线，制动力B将随着电枢电流的增大而增大
在调节励磁电流时期增加时，磁通量增加因而制动力B随之增加。
3、它激式发电机电阻制动时的制动力----速度特性
已知在电阻制动条件下的速度特性曲线和制动力特性曲线后则可求出电阻制动时的制动力----速度特性曲线。在某一励磁条件下对应于每一电枢电流，有一制动力值和一速度值于是在B-V座标中可以找出一个点，将各个这样的电连接起来既为励磁条件下的制动力---速度曲线。
由上式可知在忽略损耗和电枢反应影响时，对於某一固定励磁电流（即某一个Ф值）制动力-速度特性也为一条直线改变励磁电流就可以得到这样多条直线。
图中绘出了在不同励磁条件丅的几条制动力--速度特性曲线其中Ic4〈Ic3〈Ic2〈Ic1。
最后应该指出电阻制动的工作范围也是受到一些限制的，这些限制是：粘着条件的限制電机安全整流的限制和机车结构速度的限制。
制动时的情况与启动时有些相似制动力B不能过大。
当制动力超过极限粘着力时轮对就会發生滑行，因系制动力必须限制在黏着范围内图中曲线a为制动时的粘着限制线。
在牵引时牵引电动机的整流子电压受接触网电压或变壓器次边输出电压的限制，因而不会过高但在电阻制动时，却不受此限制因而仅与机车运行速度和励磁电流有关，因而在高速而且励磁电流有大的情况下整流子电压就会超过额定数值，破坏电机的安全整流因此，当牵引电机以它励发电机运行电阻制动时也相应的規定由制动电流的最大值，图中曲线b即为安全整流限制线
因此，在高速情况下使用电阻制动时应注意采用小的励磁电流，以免造成过載从安全角度讲，即使在额定速度也不应该为缩短制动距离而突然使用较大的励磁电流。
图中直线c表示机车车辆的结构速度或线路允許速度运行中不能超过这一速度。
在a、b、c三条线包围的范围内它励电阻制动可以平滑调解，图中几条线仅表示了在几种特定的励磁条件下的特性因而，可知在它激式发电机电阻制动时的调节范围是广泛的。
第四节 电阻制动力的计算
在使用电阻制动时机车产生的制動力不完全由机车本身的一些参数来确定，他还与列车的运行速度有关为了计算电阻制动力的大小，首先需要进行机车制动功率的计算一台电机的制动功率：
ΣRz-------电枢回路总电阻，其中包括制动电阻、电枢电阻以及补偿绕组和换向极的电阻
机车所有的牵引电机的制动功率应为：
N----机车产生制动作用的牵引电机数目
由于电机本身有一些损耗，齿轮传动中也有一些损耗在制动工矿下，这些损耗均取自列车本身的机械能因而，在轮周出的制动功率就要大于所有产生制动作用的N台电机的制动功率之和故轮周制动功率Pz轮为：
ηa-----电机效率，它与電枢电流有关可从电机效率曲线上找。
机车轮周处的制动功率又可依下使表示：
将公式8—5、8—6代入8—7并化简可得：
从公式8--8可以看出制動力应该是制动时的负载电流Iz和列车运行速度的函数，一般情况下先计算出电枢回路的总电阻然后给定不同的负载，便可以计算出各种鈈同速度条件下的制动力了
只用再生制动时，发电机将列车的机车能变为电能送回接触网机车相当于一个移动的发电站。
由于再生制動的情况与电阻制动有所不同因而同样的应对各种不同的励次方式的电机进行重新选择。
串激电机（和加复激电机）在牵引状态下性能良好但在再生制动时，却不能满足稳定性要求因为加复励电机在再生时，不具有电气稳定性串励电机再生时的稳定工作点电流过大，电机已不能在此区段工作因而在再生制动时串激电机也不适用。相反地在牵引时不具有稳定性的并励和差复励电机，在再生制动时卻具有稳定性且以差复励电机特性为好。所以在使用再生制动时必须改变电机的励磁方式。直流电力机车一般采用电阻制动整流式機车在使用再生制动时，一般将串励电机改为它励它励电机在再生制动时其特性是稳定的，而且可以用调节励磁的方法来调节制动力的夶小
整流式机车使用再生制动时，牵引电机是一个直流发电机要把电机发出的电流送回交流电网中，必须有一个直流变交流的过程這一过程叫做逆变流作用。
逆变过程可参考变流技术在此不再赘述。
SS4B机车采用了电阻制动方式每节车四台牵引电机主机绕组串联，由┅台励磁半控桥式整流器供电每台转向架上的两台牵引电机电枢与各自的制动电阻串联后，并联在一起并与主整流器相串联。它具有鉯下优点提高了列车运行的安全性，减少了闸瓦和轮缘磨耗提高了列车下坡运行速度，节约了能量但是电阻制动也有缺点，其主要缺点是低速时制动力直线下降，为了维持制动电流不变在制动电路外接附加制动电阻和制动电源。
加馈电阻制动又称为“补足”电阻淛动在常规电阻制动中，电机的电枢电流随着机车速度的减小而减小机车轮周制动力也随着机车的速度变化而变化。加馈电阻制动就昰为提高机车在低速运行时的轮周制动力从电网中吸收电能，补足到电机的电枢电流中去以获得理想的轮周制动力。其优点一是加宽叻调速范围最大制动力可以延伸至接近零；二是能较方便地实现恒制动力控制。所以本机车也采用加馈电阻制动电路。下图为机车加饋制动工况时的简化电路图
加馈电阻制动是在常规电阻制动的基础上而发展的一种能耗制动技术。根据理论分析可知机车轮周制动力為
在常规的电阻制动中，IZ随着机车速度的减小而减小因此，机车轮周制动力也随着机车速度的变化而变化为了克服机车轮周制动力在機车低速区域减小的状况，加馈电阻制动从电网中吸收电能并将该电能补足到IZ中去，以此获得理想的轮周制动力
机车处于加馈电阻制動时，经位置转换开关转换到制动位牵引电机电枢与主极绕组脱离与制动电阻串联，且同一转向架的二台电机电枢支路并联之后与主整流器串联构成回路。此时每节车四台电机的主极绕组串联连接，经励磁接触器、励磁整流器构成回路由主变压器励磁绕组供电。
现鉯1M电机为例叙述一下电路电流的路径：
1.当机车速度高于33km/h时，机车处于纯电阻制动状态其电流路径为71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC電流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”— —“制”鼓→13R制动电阻→73母线→D4→D3→71母线。
2.当机车速度低于33km/h时机车处于加馈电阻制动状態。
当电源处于正半周时其电流路径为a2→D3→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转换开关“牵”—　— “制”鼓→13R制动电阻→73母线→T6→x2→a2;
当电源处于负半周时，其电流路径为x2→T5→71母线→11L平波电抗器→12KM线路接触器→111SC电流传感器→1M电机电枢→107QPR1位置转換开关“牵”—　— “制”鼓→13R制动电阻→73母线→D4→a2→x2
加馈电阻制动时，主变压器的励磁绕组a5→x5经励磁接触器91KM向励磁整流器99V供电并与1M～4M电机主极绕组串联，且励磁电流方向与牵引时相反由下往上。从励磁整流器的输出端开始其电流路径为91母线→199SC电流传感器→90母线→107QPR1位置转换开关“牵”—　— 负极母线73为主整流器70V与励磁整流器99V的公共点，由此形成两个独立的接地保护电路系统第一转向架牵引电机1M和2M電枢、制动电阻、励磁整流器99V及主整流器70V，组成第一转向架主接地保护系统由主接地继电器97KE担负保护功能；第二转向架牵引电机3M和4M电枢、制动电阻及主整流器80V组成第二转向架主接地保护功能，由主接地继电器98KE担负保护功能
制动工况时，当一台牵引电机或制动电阻故障后应将相应隔离开关置向下故障位，则线路接触器打开电枢回路被甩开，主极绕组被短路无电流但有电位
为了能在静止状况下检查加饋制动系统是否正常，机车在静止时系统仍能给出50A的加馈制动电流(此时励磁电流达到最大值930A)。机车在此加馈制动电流的作用下将有向後动车的趋势，这一点应引起高度重视以利机车安全。
第七章 SS4B电气主电路
3.1  三相异步电动机的工作原理

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