電力機車傳動裝置發展

❶ DJ型電力機車的發展歷史

為了研究利用擺式列車在中國既有鐵路上實施提速的可能性，中華人民共和國鐵道部、廣深鐵路股份有限公司於1996年與Adtranz公司簽訂合作協議，中國向Adtranz公司租用一列X2000列車，並於1998年8月投入廣深鐵路運營。X2000型電力動車組採用交流傳動、GTO牽引變流器、徑向轉向架和擺式車體，最高運行速度達到210公里/小時。
1998年8月，中國鐵道部和株洲電力機車廠簽訂了研製交流傳動高速客運電力機車的研究合同，並被列入國家重點科技攻關項目。株洲電力機車廠聯合株洲電力機車研究所、鐵道科學研究院、西南交通大學、湖南大學、中南大學等單位，開展了交流傳動高速客運電力機車的研製；新型機車被定型為「DJ」，其中「D」代表電力機車、「J」代表交流傳動。1998年12月，時任中國鐵道部部長傅志寰提出了「加強自主開發研究，爭取用10年左右的時間，完成電力機車直流傳動到交流傳動的轉換」的任務；鐵道部並根據國際潮流，提出2000年為中國鐵路「高速、交傳、發展」年，要求在引進、消化、吸收原則下，自行開發交流傳動高速客運電力機車和高速電力動車組。
2000年6月25日，兩台DJ型電力機車在株洲電力機車廠竣工，時任鐵道部副部長孫永福、湖南省副省長鄭茂清等領導出席了剪綵儀式 ，DJ型電力機車成為繼AC4000型機車之後，第二種由中國自行製造的交流傳動電力機車。
DJ型電力機車的最高運用速度為200公里/小時，可用於在既有鐵路干線上牽引時速160公里/小時的准高速旅客列車，並在高速鐵路客運專線上雙機重聯牽引時速200公里/小時的高速旅客列車。機車牽引功率為4800千瓦，單軸功率達到1200千瓦；單台機車牽引18節編組旅客列車，在平直道上的運行速度可達160公里/小時，在12‰上坡道仍可按100公里/小時運行 。DJ型機車採用關鍵部件國外采購、機車整機國內生產的方式，交流傳動系統採用Adtranz公司的進口產品，包括大功率主變流器、非同步交流牽引電動機、分散式「MITRAC」微機控制系統，每套交流傳動系統進口價格達到166萬瑞士法郎，約合100萬美元。 兩台DJ型電力機車出廠後，赴北京環形鐵道試驗基地進行安全評估試驗，隨後又在西南交通大學牽引動力國家重點實驗室內的定置試驗台上進行了高速滾動試驗 。2000年12月，DJ型電力機車在廣深鐵路投入運用考核；2001年1月，DJ型機車在廣深鐵路進行了高速動力學性能試驗，最高試驗速度達到231公里/小時。2001年6月，兩台DJ型電力機車改配屬鄭州鐵路局鄭州機務段京武快車隊，擔當京廣鐵路北京西—鄭州—武昌（漢口）的客運交路。
DJ型電力機車從上線運行開始，雖然牽引性能達到設計要求，但運行情況一直不太穩定，其輔助變流系統、控制裝置故障較多，並且多次發現牽引拉桿座裂紋。例如在2001年9月13日，DJ型0002號機車牽引由武昌開往北京的T80次旅客列車，停靠邯鄲站時司機下車檢查，發現機車二端牽引梁與牽引拉桿座安裝焊接處四周開裂，防止了可能發生的脫軌事故 。此外，由於DJ型機車採用進口的交流傳動系統和微機控制系統，當系統發生故障時檢修較為困難並需要聯系國外廠家跟進。
2004年底，兩台DJ型電力機車完成運用考核後，封存於鄭州機務北段報廢線（鄭州北站下行出發場附近）至今。 在研製DJ型電力機車的同時，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所也開發了DJJ1型「藍箭」交流傳動高速客運電力動車組。「藍箭」電力動車組在很多方面與DJ型電力機車具有共通性，例如均採用了相同的Adtranz交流傳動系統和網路控制系統，兩者的輕量化車體結構、車頂夾層獨立通風、模塊化屏櫃設計大致相同。
由於DJ型電力機車的關鍵部件採用進口產品，因此生產成本較高，每台機車造價高達1500萬元人民幣。根據鐵道部的要求，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所在DJ型機車基礎上，於2001年研製了DJ2型電力機車。DJ2型機車的車體結構、轉向架、輔助系統等均沿用DJ型機車的設計，但以國產GTO水冷牽引變流器取代了進口IPM牽引變流器，牽引電動機、網路控制系統等均改用國產產品。

❷ DJ1型電力機車的發展歷史

1990年代初起，隨著世界上交流傳動技術的成熟和所具有的優點，已經逐步成為國際上電力機車發展的必然趨勢。為了加快中國電力機車從直流傳動向交流傳動的轉換，中華人民共和國鐵道部除了立項開發AC4000型交流傳動電力機車，同時並考慮通過採用技貿結合、合資生產方式引進國外先進技術，盡快縮短中國與世界先進水平間的距離。早於1993年底，株洲電力機車廠已經與德國西門子交通集團開始就引進電力機車的技術、合作形式進行洽談。
1997年3月底，中國機械進出口公司、中華人民共和國鐵道部與西門子交通集團正式簽訂了20台交流傳動電力機車的供貨和技術轉讓合同，合同總值7000萬歐元，由中國鐵道部借用奧地利政府貸款支付 。該型機車被定型為DJ1型，其中「D」代表電力機車、「J」代表交流傳動。DJ1型電力機車是由西門子公司以第二代「歐洲短跑手」（EuroSprinter）系列電力機車作為技術平台、在ES64F型電力機車（德國鐵路152型電力機車）基礎上，專門為中國鐵路設計製造的雙節重聯八軸重載貨運電力機車。機車採用交—直—交流電傳動系統，採用了非同步交流牽引電動機、水冷GTO牽引變流器、及「SIBAS 32」微機控制系統等技術。 根據合同規定，中國鐵道部訂購20台DJ1型電力機車，其中首3台（0001～0003）由奧地利西門子公司格拉茲工廠（Siemens SGP Verkehrstechnik GmbH）建造，並整車付運中國；其餘17台（0004～0020）則由西門子公司和株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所合作，共同成立合資公司並通過技術轉讓負責本地組裝生產。為此，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所與德國西門子（中國）有限公司於1998年11月共同投資設立了株洲西門子牽引設備有限公司（STEZ），作為技術轉讓的承接單位，並負責生產交流傳動牽引系統的關鍵部件，西門子公司向中方轉讓的技術主要涵蓋車體、轉向架、主變壓器等部分 。DJ1型機車採用逐步提高國產化比率的方式，從第4台機車（首台國產化機車）開始採用國產化車體和屏櫃組件；從第15台機車開始使用國產化的交流傳動系統；最後一台機車盡量採用國產化零部件，包括轉向架等。
首台DJ1型電力機車於2001年5月31日在格拉茲工廠竣工；三台進口機車於2001年底經海路運抵中國天津港。2002年7月8日，首台中國國內生產的DJ1型電力機車在株洲西門子牽引設備有限公司下線，時任中國鐵道部總工程師王麟書和西門子交通集團機車部門總裁沃爾克·克費爾（Volker Kefer）出席了典禮 。至2003年7月，株洲西門子牽引設備有限公司生產的最後一台DJ1型機車出廠並交付使用。 2001年12月，首批三台從奧地利進口的DJ1型電力機車抵達中國後，其中0001號機車被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地，進行各種型式和性能試驗；0002號機車被送往株洲西門子牽引設備有限公司，用於生產技術的轉讓和培訓工作；0003號機車配屬鄭州鐵路局寶雞機務段秦嶺補機隊，在寶成鐵路秦嶺北坡區段（寶雞至秦嶺）作為補機投入運用。根據機車在三年保修期內發現的故障和問題，西門子公司先後對機車車鉤、齒輪箱、撤沙閥、控制線路、車頂渡板等部分進行改造，又改善了機車的控制軟體。
為了緩解中國大陸煤電油運緊張的狀況、使大秦鐵路運煤專線盡快在2004年實現年運量1.5億噸、2005年實現年運量2億噸的目標，中國鐵道部決定自2003年下半年開始在大秦鐵路開行單元萬噸重載列車，並進行了數次牽引運行試驗；而在此前由於受到當時中國鐵路技術條件限制，大秦線煤炭列車的牽引方式主要為韶山4型電力機車單機牽引5000～6000噸列車。2003年7月21日至27日，北京鐵路局、中國鐵道科學研究院合作，在大秦鐵路使用兩台DJ1型電力機車進行了萬噸列車牽引及制動試驗，對列車起動加速、緊急制動、坡停起動、列尾裝置、變電所供電容量等各種方面進行測試；試驗結果表明DJ1型電力機車具有雙機牽引萬噸列車的良好能力 。2003年8月，20台DJ1型電力機車全部改配屬北京鐵路局大同鐵路分局湖東電力機務段；同年8月31日，DJ1型機車正式投入大秦鐵路運用，擔當萬噸單元重載列車的牽引任務；2004年底，大秦線萬噸單元重載空車車列的機車交路進一步延伸至北同蒲鐵路和雲崗支線。
2007年7月起，湖東機務段開始配屬HXD1、HXD2「和諧」型大功率交流傳動電力機車，擔當大秦線2萬噸組合重載列車的牽引任務。隨著和諧型機車配屬數量的增加，逐步替代了原來的DJ1、韶山4型電力機車，成為大秦線重載運輸的主力車型。根據鐵道部的安排，湖東機務段於2009年上半年間陸續調出所有DJ1型機車 ，改配屬西安鐵路局新豐鎮機務段寶雞運用車間（原寶雞機務段）秦嶺補機隊，於2009年4月起再次在寶成鐵路秦嶺北坡區段投入運用，同時西安鐵路局並調整了貨物列車編組計劃，使寶成線的貨運牽引定數由2800噸提高到3500噸。
隨著機車使用年限和運行公里數的增加，DJ1型機車從2009年開始陸續進入第一個大修周期。由於DJ1型機車並沒有定點大修廠，其中修主要由寶雞機車檢修廠進行，而南車洛陽機車有限公司負責機車輪對大修。然而，由於DJ1型機車數量僅20台，造成小批量生產的國產零部件價格較高，而進口零件越趨缺乏的情況下，對機車檢修造成困難，加之在大秦鐵路中超負荷的運用，因此部分機車曾長期停機待修或封存。根據這一情況，寶雞運用車間制定了「維持使用，損壞一台，報廢一台」的原則，直至全部報廢。截止2012年年底，共有12台機車封存並拆解部分零件供另外8台使用。盡管如此，8台在運用的機車依舊「帶病工作」。
2013年3月末，DJ1型機車被全部停用封存（其中0015號機車封存於寶雞電機段），補機任務全部由HXD3型電力機車以及少量SS4型電力機車擔當。 DJ1型電力機車是雙節重聯的八軸大功率干線貨運用電力機車，由兩節完全相同的四軸機車通過中間車鉤、橡膠聯掛風擋、電氣及空氣重聯管線等連接而成，之間並設有中間走廊連通，車頂設有25千伏高壓連接線；每節機車是一個完整的獨立系統；可由司機在任何一端司機室對兩節機車進行控制。車體為焊接式整體承載結構，車內設備採用兩側屏櫃化布置，並設中間貫通走廊。車頂外置設備較少，每節機車後部車頂設有一台單臂式受電弓，以及賽雪龍公司（Sécheron）的真空斷路器、避雷器等高壓設備。卧式牽引變壓器安裝於車底中部，與電抗器共用冷卻油箱。司機室運用歐洲標準的人機工程學設計，適應單司機執乘，並成為了日後被中國鐵道部廣泛推廣應用的標准化司機室設計基礎。DJ1型機車採用了車體獨立通風方式，從車頂頂蓋夾層風道吸入冷風，向發熱部件冷卻後從車底排出，並維持機械間呈微正壓，改善機車防塵效果及防寒性能。機車軸式為2×（Bo-Bo），持續功率為6400千瓦；機車標准軸重為23噸，並可以通過增加壓鐵提高到25噸；機車並設有「加速模式」，當牽引列車啟動時機車最大功率可達到8100千瓦，使用時間限制為十分鍾，以提高列車啟動加速能力。
DJ1型機車出廠時均使用西門子8WL0-138-6YG69型受電弓。自2004年2月份起，運用單位發現一些受電弓出現裂紋及轉軸彎曲等問題，為保障行車安全遂委託路外單位研製了國產的XD-200型受電弓。四台XD-200受電弓分別安裝在4輛機車上進行運用試驗；至2006年，所有DJ1型機車均在中修期間陸續改用XD-200型受電弓，並陸續被推廣至後期的韶山4型、韶山8型、韶山9型等電力機車使用。 DJ1型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車，每節四軸機車的主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動機三大部分構成。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓進入機車後經過主斷路器再進入主變壓器，交流電經過主變壓器的三個牽引繞組後，分別向三組四象限脈沖整流器供電並整流為直流電，然後經過兩組並聯工作、電壓為2400～2600伏的中間直流迴路，再由兩個牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，分別向兩台轉向架上的四台非同步牽引電機供電，使牽引電動機產生轉矩，將電能轉變為機械能，經過齒輪的傳遞驅動輪對。
機車採用了西門子公司開發的VVVF牽引變流器，每節機車均有一台牽引變流器櫃，內部包含了3個四象限整流器、2個逆變器以及中間電路電容器、保護模塊、牽引控制單元（TCU）等設備。其中四象限整流器和逆變器由相同的功率控制模塊組成，採用了與ES64F型電力機車相同的水冷GTO模塊（4.5kV/3kA）。DJ1型電力機車採用西門子公司的1TB2624型鼠籠式三相非同步牽引電動機，額定功率為817千瓦，冷卻方式為強迫通風，採用直接轉矩控制（DTC）。此外，DJ1型機車也繼承了西門子交流傳動系統的特點，當機車起動加速時其GTO牽引變流器會發出音階磁勵音，與ES64U2型電力機車類似。 每節機車擁有兩台二軸轉向架，是以ES64F型電力機車的轉向架為基礎設計。轉向架構架採用鋼板焊成箱形結構的「H」型構架，輪對軸箱採用拉桿定位。一系懸掛採用螺旋彈簧；二系懸掛為高撓螺旋圓彈簧配橡膠墊，並設有垂向液壓減振器。牽引力或制動力通過中間低位推挽式斜拉桿牽引裝置傳遞。牽引電動機採用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性直齒傳動。基礎制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動。

❸ 機車傳動裝置的分類

利用原動機驅動離心泵，使獲得能量的工作液體（機車用油）沖擊渦輪從而驅動車輪來實現傳遞動力的裝置。1902年德國的費廷格提出了液力循環元件（液力耦合器和液力變扭器）的方案，即將泵輪和渦輪組合在同一殼體內，工作液體在殼體內循環流動。採用這種元件大大提高了液力傳動裝置的效率。液力傳動首先用於船舶。1932年製成第一台約60千瓦的液力傳動柴油動車。
液力耦合器有相對布置的一個泵輪和一個渦輪。泵輪軸和渦輪軸的扭矩相等。渦輪轉速略低於泵輪轉速，二者轉速之比即為液力耦合器的效率。液力耦合器用於機車主傳動時，效率約為97%。液力變扭器除泵輪和渦輪外，還有固定的導向輪。渦輪與泵輪的扭矩之比稱變扭比，轉速比越小則變扭比越大。在同樣的泵輪轉速下，渦輪轉速越低則渦輪扭矩越大。因此機車速度越低則牽引力越大，機車起動時的牽引力最大。液力變扭器的效率只在最佳工況下達到最大值。現代機車用的液力變扭器效率可達90%～91%。但當轉速比低於或高於最佳工況時,效率曲線即呈拋物線形狀下降。為使機車在常用速度范圍內都有較高的傳動效率，機車的液力傳動裝置一般採用不止一個簡單的液力變扭器。機車液力傳動裝置如梅基特羅型、克虜伯型、蘇里型、SRM型、ΓΤК型等，都是將一個液力變扭器與某種機械傳動裝置結合使用。福伊特型則是採用 2～3個液力變扭器(最佳工況點的轉速比一般並不相同)或液力耦合器(圖1),利用充油和排油換檔，在各種機車速度下都使當時效率最佳的那一液力循環元件充油工作。換檔時，前一元件排油和後一元件充油有一段重疊時間，所以換檔過程中的機車牽引力只是稍有起伏而不中斷。和其他類型相比，福伊特型液力傳動裝置的重量較大，但有結構簡單、可靠性較高的優點。到60年代，經驗證明：對於1500千瓦以上的液力傳動裝置，福伊特型較為適用。中國機車所用的液力傳動裝置都是這一類型的。
大功率增壓柴油機車的液力傳動裝置都不用液力耦合器，但燃氣輪機車的液力傳動裝置則用一個啟動變扭器，並在高速時用一個液力耦合器。
液力循環元件傳遞功率P的能力也像其他液力機械一樣，與工作液體重度r的一次方、泵輪轉速n的三次方和元件尺寸D的五次方成正比，即P∝rnD。在柴油機車上,為了減小傳動裝置的尺寸,柴油機都不直接驅動液力循環元件的泵輪,而是通過一對增速齒輪,在軸承和其他旋轉件容許線速度的限制范圍內，盡可能提高泵輪轉速。燃氣輪機車由於轉速很高，所以用一級甚至兩級減速齒輪來驅動泵輪。同一種傳動裝置，只要改變這種齒輪的增速比或減速比，即可在經濟合理的范圍內應用於不同功率的機車。
液力傳動裝置通常包括一組使輸出軸能改變轉向的換向齒輪和離合器機構。輸出軸通過適當的機械部件(萬向軸和車軸齒輪箱,或曲拐和連桿等)驅動機車車輪。液力傳動系統還可包括一組工況機構，使機車具有兩種最高速度，在高速檔有較高的行車速度，在低速檔有較高的效率和較大的起動牽引力和加速能力。因此同一機車既可用於客運，也可用於貨運，或者既可用於調車，也可用作小運轉機車。而當調車工況的最高速度定得較低時，機車在起動和低速運行時的牽引力可以超過同功率的電力傳動柴油調車機車。
1965年出現的液力換向柴油調車機車，傳動裝置有兩組液力變扭器，每個行車方向各用一組，換向動作也用充油排油的方式來完成。當機車正在某一方向行駛時改用另一方向的液力變扭器充油工作，由於變扭器的渦輪轉向與泵輪相反，對機車即起制動作用。機車換向不必先停車。只要司機改換行車方向手把的位置，機車即可自動地完成從牽引狀態經過制動、停車，又立即改換行車方向的全部過程。
液力傳動裝置不用銅,重量輕,成本低,可靠性高,維修量少，並具有隔振、無級調速和恆功率特性好等優點，因而得到廣泛採用。聯邦德國和日本的柴油機車全部採用液力傳動。 把機車原動機的動力變換成電能，再變換成機械能以驅動車輪而實現傳遞動力的裝置。電力傳動裝置按發展的順序有直-直流電力傳動裝置、交-直流電力傳動裝置、交-直-交流電力傳動裝置、交－交流電力傳動裝置四種。它們所用的牽引發電機、變換器（指整流器、逆變器、循環變頻器等）和牽引電動機類型各不相同。
直-直流電力傳動裝置
1906年美國製造的150千瓦汽油動車最先採用了直-直流電力傳動裝置。1965年以前，世界各國單機功率75～2200千瓦的電傳動機車都採用這種電力傳動裝置。這是因為同步牽引發電機無法高效變流，非同步牽引電動機難於變頻調速，只能採用直流電機。直－直流電力傳動原理是基於直流電機是一種電能和機械能的可逆換能器，其原理見圖 2。原動機G為柴油機,通過聯軸器驅動直流牽引發電機ZF，後者把柴油機軸上的機械能變換成可控的直流電能,通過電線傳送給1台或多台串並聯或全並聯接線的直流牽引電動機ZD，直流牽引電動機將電能變換成轉速和轉矩都可調節的機械能，經減速齒輪驅動機車動輪，實現牽引。此外設有自控裝置。自控裝置由既對柴油機調速又對牽引發電機調磁的聯合調節器、牽引發電機磁場和牽引電動機磁場控制裝置等組成,用來保證直-直流電力傳動裝置接近理想的工作特性。
交－直流電力傳動裝置
直流牽引發電機受整流子限制,不能製造出大功率電力傳動裝置。60年代前期,美國發明大功率硅二極體和可控硅，為製造大功率的電力傳動裝置准備了條件。1965年法國研製成 1765千瓦交-直流電力傳動裝置，它是世界各國單機功率 700～4400千瓦機車普遍採用的電力傳動裝置。
交-直流和直-直流電力傳動原理相似。由圖3可以看出兩者差異在於柴油機 G驅動同步牽引發電機TF，經硅二極體整流橋ZL，把增頻三相交流電變換成直流電，事實上TF和ZL組成等效無整流子直流電機。其餘部分和自控裝置主要工作原理與直-直流電力傳動裝置相同。
交-直-交流電力傳動裝置
非同步牽引電動機結構簡單，體積小，工作可靠，在變頻調壓電源控制下，能提供優良調速性能。聯邦德國於 1971年研製成實用的交-直-交流電力傳動裝置，如圖4所示。
交-直-交流電力傳動原理如下：柴油機 G驅動同步牽引發電機TF，產生恆頻可調壓三相交流電（柴油機恆速時），經硅整流橋ZL變換成直流電，再經過可控硅逆變器 N（具有分諧波調制功能）再將直流電逆變成三相變頻調壓交流電，通過三根電線傳輸給多台全並聯接線的非同步牽引電動機AD。AD將交流電能變換成轉速和轉矩可調的機械能,驅動機車動軸,實現牽引。它的自控裝置由聯合調節器以及對同步牽引發電機磁場、變換器、非同步牽引電動機作脈沖、數模或邏輯控制的裝置組成，從而提供接近理想的工作特性。
交－交流電力傳動裝置
交-直-交變頻調壓電能經二次變換，降低了傳動裝置的效率，而且逆變器用可控硅需要強迫關斷，對主電路技術有較高的要求。為提高效率,在交-交流電力傳動裝置中採用了自然關斷可控硅相控循環變頻器（圖5）。60～70年代，美國在重型汽車上，蘇聯在電力機車上都採用了交-交流電力傳動裝置。不過美國用的是非同步牽引電動機牽引，蘇聯用的是同步牽引電動機牽引。
交-交流電力傳動原理如圖5所示。柴油機G驅動同步牽引發電機TF,發出增頻可調壓交流電，經相控循環變頻器FB變換成可變頻調壓的三相交流電（降頻），輸給多台全並聯接線的非同步牽引電動機AD。AD將交流電能變換成轉速和轉矩可調的機械能，驅動動輪實現牽引。它的自控裝置也是由聯合調節器、脈沖、數模、邏輯電路等裝置構成（但對可控硅導通程序要求嚴格），同樣能保證優良的工作特性。

❹ 有關電力電子及電力傳動研究動態現狀如何

隨著電力電子技術及大規模集成電路、微處理器控制技術的發展，功率半導體電力變換技術也得到迅速發展。20世紀60年代後半段開始，功率半導體器件從SCR（普通晶閘管）、GTO（門極可關斷晶閘管）、BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場效應管）、SIT（靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制晶閘管）發展到IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓IGBT）。器件的每一次更新都為電力變換技術的發展注入新的活力。作為聯系弱電與強電的紐帶，電力變換技術提供了控制電功率流動與改變電能形態的有力手段，輸出適合其負載的最佳電壓和電流，以達到滿足工業技術要求和節約能源的目的。電氣傳動是電力變換技術最重要的應用領域之一。電氣傳動裝置的應用范圍小至機器人中精密的、高精度的位置控制，大至流量可調的大型水泵、風機的調速驅動，功率范圍從數瓦至數兆瓦。電力電子變流器作為輸入功率與電動機之間的介面設備，控制電動機的轉速或轉子位置，以滿足被電動機驅動的機械設備的需要。隨著交流電動機調速理論的突破和調速裝置（主要是變頻器）性能的完善，電動機的調速從直流發電機-電動機組調速、晶閘管可控整流器直流調壓調速逐步發展到交流電動機變頻調速，而且隨著控制技術和控制手段的不斷提高，變頻調速又由VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）控制的PWM（Pulse Width Molation）變頻調速發展到矢量控制（Vector or Field-Oriented Control）、直接轉矩控制（Direct Torque and Flux Control--DTC）變頻調速，提高了變頻器的動、靜態特性，使得交流電動機變頻調速性能大大提高。在高性能的變頻調速控制系統里，轉速（位置）閉環控制環節是必不可少的，通常採用與電動機同軸安裝的機械式轉子速度（位置）感測器，如光電編碼器，旋轉變壓器等，但這些機械式轉子速度（位置）感測器有機械安裝、使用環境、電纜連接等諸多應用限制，其可靠性受到很大影響。為了克服機械式轉子速度（位置）感測器安裝帶來的種種缺陷、簡化硬體系統、減少設備故障率，在矢量控制、直接轉矩控制變頻調速的基礎上又發展了無速度（位置）感測器的變頻調速。近年來，這項研究已經成為交流傳動領域的一個新的熱點問題。
交流傳動系統之所以發展得如此迅速，和一些關鍵性技術的突破性進展有關。它們是功率半導體器件（包括半控型和全控型）的製造技術、基於電力電子電路的電力變換技術、交流電動機控制技術以及微型計算機和大規模集成電路為基礎的全數字化控制技術。為了進一步提高交流傳動系統的性能，國內外有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：
1. 採用新型功率半導體器件和脈寬調制（PWM）技術
功率半導體器件的不斷進步，尤其是新型可關斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場效應管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實用化，使得開關高頻化的PWM技術成為可能。目前功率半導體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環節採用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當電動機處於制動（發電）狀態時，只需改變網側可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電網，構成的調速系統具有四象限運行能力，可用於頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合，在大容量風機、泵類節能調速中也有應用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環節採用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對於負載電動機而言，電壓型變頻器相當於一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多台電動機並聯運行。電壓型PWM變頻器在中小功率電力傳動系統中佔有主導地位。但電壓型變頻器的缺點在於電動機處於制動（發電）狀態時，回饋到直流側的再生電能難以回饋給交流電網，要實現這部分能量的回饋，網側不能採用不可控的二極體整流器或一般的可控整流器，必須採用可逆變流器，如採用兩套可控整流器反並聯、採用PWM控制方式的自換相變流器（斬控式整流器或PWM整流器）。網側變流器採用PWM控制的變頻器稱為雙PWM控制變頻器，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續可調，輸入電流（網側電流）波形基本為正弦，功率因數保持為1並且能量可以雙向流動的特點，代表一個新的技術發展動向，但成本問題限制了它的發展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數低的缺點，只能用於低速（低頻）大容量調速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應運而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒有中間直流環節，省去了笨重而昂貴的儲能元件，它為實現輸入功率因數為1、輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑。
隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動系統中應用日趨廣泛，PWM技術的研究越來越深入。PWM利用功率半導體器件的高頻開通和關斷，把直流電壓變成按一定寬度規律變化的電壓脈沖序列，以實現變頻、變壓並有效地控制和消除諧波。PWM技術可分為三大類：正弦PWM、優化PWM及隨機PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開關頻率的提高會得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動系統中被廣泛採用。但對於大容量的電力變換裝置來說，太高的開關頻率會導致大的開關損耗，而且大功率器件如GTO的開關頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優化PWM技術正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（Selected Harmonic Elimination PWM--SHE PWM）、效率最優PWM和轉矩脈動最小PWM都屬於優化PWM技術的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關頻率相關的諧波成分，諧波電流引起的脈動轉矩作用在電動機上，會使電動機定子產生振動而發出電磁雜訊，其強度和頻率范圍取決於脈動轉矩的大小和交變頻率。如果電磁雜訊處於人耳的敏感頻率范圍，將會使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動機的機械共振，導致系統的穩定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關頻率，但這種方法會使得開關損耗增加；另一種方法就是隨機地改變功率器件的導通位置和開關頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達到抑制電磁雜訊和機械共振的目的，這就是隨機PWM技術。

2. 應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論
交流傳動系統中的交流電動機是一個多變數、非線性、強耦合、時變的被控對象，VVVF控制是從電動機穩態方程出發研究其控制特性，動態控制效果很不理想。20世紀70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動機的動態控制過程，不但要控制各變數的幅值，同時還要控制其相位，以實現交流電動機磁通和轉矩的解耦，促使了高性能交流傳動系統逐步走向實用化。目前高動態性能的矢量控制變頻器已經成功地應用在軋機主傳動、電力機車牽引系統和數控機床中。此外，為了解決系統復雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術的發展，現代控制理論中的各種控制方法也得到應用，如二次型性能指標的最優控制和雙位模擬調節器控制可提高系統的動態性能，滑模（Sliding mode）變結構控制可增強系統的魯棒性，狀態觀測器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實測的狀態信息，自適應控制則能全面地提高系統的性能。另外，智能控制技術如模糊控制、神經元網路控制等也開始應用於交流調速傳動系統中，以提高控制的精度和魯棒性。

3. 廣泛應用微電子技術
隨著微電子技術的發展，數字式控制處理晶元的運算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數字化控制系統取代以前的模擬器件控制系統成為可能。目前適於交流傳動系統的微處理器有單片機、數字信號處理器（Digital Signal Processor--DSP）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。其中，高性能的計算機結構形式採用超高速緩沖儲存器、多匯流排結構、流水線結構和多處理器結構等。核心控制演算法的實時完成、功率器件驅動信號的產生以及系統的監控、保護功能都可以通過微處理器實現，為交流傳動系統的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬體電路標准化程度高，成本低，使得微處理器組成的全數字化控制系統達到了較高的性能價格比。4. 開發新型電動機和無機械感測器技術
交流傳動系統的發展對電動機本體也提出了更高的要求。電動機設計和建模有了新的研究內容，如三維渦流場的計算、考慮轉子運動及外部變頻供電系統方程的聯解、電動機阻尼繞組的合理設計及籠條的故障檢測等。為了更詳細地分析電動機內部過程，如繞組短路或轉子斷條等問題，多迴路理論應運而生。隨著20世紀80年代永磁材料特別是釹鐵硼永磁的發展，永磁同步電動機（Permanent-Magnet Synchronous Motor--PMSM）的研究逐漸熱門和深入，由於這類電動機無需勵磁電流，運行效率、功率因數和功率密度都很高，因而在交流傳動系統中獲得了日益廣泛的應用。此外，開關變磁阻理論使開關磁阻電動機（Switched Reluctance Motor--SRM）迅速發展，開關磁阻電動機與反應式步進電動機相類似，在加了轉子位置閉環檢測後可以有效地解決失步問題，可方便地起動、調速或點控，其優良的轉矩特性特別適合於要求高靜態轉矩的應用場合。
在高性能的交流調速傳動系統中，轉子速度（位置）閉環控制往往是必需的。為了實現轉速（位置）反饋控制，須用光電編碼器或旋轉變壓器等與電動機同軸安裝的機械速度（位置）感測器來實現轉子速度和位置的檢測。但機械式的感測器有安裝、電纜連接和維護等問題，降低了系統的可靠性。對此，許多學者開展了無速度（位置）感測器控制技術的研究，即利用檢測到的電動機出線端電量（如電機電壓、電流），估測出轉子的速度、位置，還可以觀測到電動機內部的磁通、轉矩等，進而構成無速度（位置）感測器高性能交流傳動系統。該技術無需在電動機轉子和機座上安裝機械式的感測器，具有降低成本和維護費用、不受使用環境限制等優點，將成為今後交流電氣傳動技術發展的必然趨勢。

❺ 韶山8型電力機車的發展歷史

1989年，中華人民共和國鐵道部、中國鐵道科學研究院和廣州鐵路局組成的聯合專家組，對廣深線旅客列車最高速度提高到160公里/小時進行了前期可行性研究。1990年，鐵道部發布《鐵計【1990】1號文》，正式將「廣深鐵路實現旅客列車最高速度160km/h的技術方案研究」列入1990年鐵道部科學技術發展項目。同年，鐵道部以《鐵科技函【1990】474號文》下達了《廣深線准高速鐵路科研攻關及試驗計劃的通知》，至此，廣深鐵路准高速機車車輛、線路工程、信號系統、速度分級控制及安全評估試驗等15重點技術攻關研究計劃開始全面執行，並將韶山8型准高速電力機車以及東風11型准高速柴油機車、25Z型准高速雙層客車、25Z型准高速客車、准高速旅客列車速度分級控制、旅客列車行動電話系統，准高速鐵路接觸網及受流技術等專題列入「八五」國家科技攻關計劃。
1991年，鐵道部以《鐵科技函【1991】98號》文件下達「關於廣深線准高速SS8型電力機車設計任務書的要求」，由株洲電力機車廠與株洲電力機車研究所共同設計，新型准高速電力機車定型為韶山8型電力機車，車型代號SS8。後根據廣深鐵路的實際要求，於1993年在韶山8型機車技術設計審查會上對設計任務書的細節進行了修正。1993年9月底，根據「客運電力機車轉向架研討會」的要求，經再次修正確定設計指標，機車功率從3200千瓦提高到3600千瓦。 1996年5月至10月期間，經改造後的韶山8型電力機車在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行了型式試驗，完成機車稱重、受電弓特性、運行阻力、動力學性能、制動系統等方面的測試，最高試驗速度達到了187公里/小時。1996年11月，韶山8型電力機車在京廣鐵路鄭武段（鄭州—漯河—武漢）間提速試驗和動力學性能試驗時，正線最高試驗速度達到185.3公里/小時，創下當時中國鐵路既有線最高運行速度。
1997年1月5日，在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行中國鐵路首次時速200公里以上的高速綜合試驗，由韶山8型機車牽引南京浦鎮車輛廠研製的25Z型雙層客車，創造了最高試驗速度212.6公里/小時的記錄，創造了當時的「中國鐵路第一速」，時任鐵道部副部長傅志寰亦參與了這次試驗。1998年6月24日，SS8 0001機車於京廣鐵路許昌至小商橋區段的實驗中達到240公里/小時的速度記錄，創下了當時的「中國鐵路第一速」 。其後這個紀錄雖然在1999年被DDJ1型電力動車組打破，但韶山8型電力機車仍然是中國鐵路機車中的最高速度記錄保持者。 完成一系列的試驗後，株洲電力機車廠在1996年10月至12月開始小批量生產。1997年2月，韶山8型機車通過了鐵道部科技成果鑒定。由於當時廣深鐵路電氣化提速改造工程尚未完成，因此首批35台韶山8型機車先於1997年3月交付鄭州鐵路局鄭州機務段，擔當京廣鐵路鄭武段的客運列車牽引任務。株機廠根據機車實際運用情況，對機車存在問題進行了改進，提高了機車的可靠性，並於1997年7月正式批量生產。1998年根據《鐵道部科技機函【1998】34號》文件的要求加裝了DC600V列車供電裝置，1999年進行機車雙管供風改造。
韶山8型電力機車於2001年停產，共累計生產245台。 韶山8型電力機車是在韶山5型電力機車基礎上研製的四軸准高速干線客運電力機車。機車車體採用框架式整體承載全鋼焊接結構，車體蒙皮結構使用耐候鋼，並使用了有限元分析法進行車體輕量化設計，韶山8型機車的車體重量從韶山5型機車的20.7噸減少到18.1噸。總體布置沿用「韶山」系列電力機車傳統的雙側走廊、兩端司機室，全車共分七個間隔室，中間為變壓器室、然後向兩側依次為l、II端電氣室，I、II端機械室，I、II端司機室。主要電器設備以機車最重設備主變壓器為中央，其他設備分平面斜對稱布置為主，有利於重量平衡。
兩端司機室之後車頂各安裝一台TSG3 630/25型或DSA-200型高速受電弓（原型車早期採用西門子8WLO126-6YH59型受電弓），其他車頂設備包括空氣斷路器、高壓電流互感器、高壓電感互感器、避雷器等。車體底架下安裝有兩台轉向架、兩個總風缸、空氣乾燥器及蓄電池箱。機車採用車體自然通風方式，冷風通過機車側牆過濾器百葉窗進入車內，經四個風道系統對牽引電動機、變壓器及硅整流機組進行冷卻。制動系統採用DK-1型電控空氣制動機，由機車電空制動機對列車電空制動系統直接控制，以保證列車制動時的平穩性。機車持續功率3600千瓦，最高運用速度170公里/小時，機車總重88噸，軸重22噸。
為減少機車高速運行時的空氣阻力，韶山8型機車頭型經風洞模擬試驗，司機室正面為傾斜角達26.15°的傾斜平面。首130台韶山8型電力機車駕駛室擋風玻璃面積較大，使用厚度12毫米的玻璃。但由於多次發生機車高速行駛途中玻璃被異物擊中爆裂，因此由0131號機車開始，兩端車窗面積改小以減少受壓面積，同時採用了更高強度、厚度達21毫米的玻璃，減低機車在高速行駛期間發生玻璃碎裂的機會，頂燈也作出一些改動以減少風阻。到後來早期出廠的大車窗機車也在廠修期間被改為小車窗。 主電路
韶山8型電力機車是交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車。接觸網導線上的25千伏工頻單相交流電電流，經受電弓經過主斷路器進入機車後，輸入主變壓器經牽引繞組降壓後，由晶閘管相控整流電路轉換成直流電，供給六台分兩組並聯的牽引電動機，使牽引電動機產生轉矩，將電能轉變為機械能，經過齒輪的傳遞驅動輪對。機車安裝一台TBQ9-5816/25型主變壓器，該型變壓器採用一體化結構，與平波電抗器、限流電抗器合並安裝並共用冷卻系統，冷卻方式為強迫油循環導向風冷冷卻。
機車主電路設計借鑒了6K型電力機車，採用由大功率晶閘管和二極體組成的不等分三段半控橋式相控整流電路，而非韶山5型機車的兩段串聯（一段半控橋和一段全控橋）相控整流電路，並取消了原來的功率因數補償裝置。在引進8K型電力機車的同時，株洲電力機車研究所也從美國西屋電氣公司引進大功率半導體製造技術，被應用於韶山8型機車的晶閘管元件。為擴大機車恆功速度范圍，機車可採用晶閘管分路進行無級磁場削弱，實現機車全過程無級調速。由於整流電路不設全控橋，因此機車的動態制動方式由韶山5型機車的再生制動，改為加饋電阻制動，使機車在低速區可以保持較大的制動力，制動功率為2700千瓦。
每台機車裝用四台直流牽引電動機，首兩台原型車初期試驗時採用與韶山5型電力機車相同的ZD107型六極串勵直流牽引電動機，額定功率為800千瓦，採用半疊片機座技術、全H級絕緣、電機空心軸架承式懸掛。後來批量生產的韶山8型機車均採用ZD115型牽引電動機，該型電機是採用全疊片焊接機座機構、帶有補償繞組的六極串勵直流電動機，額定功率為900千瓦，絕緣等級為全H級，採用輪對空心軸三支點彈性架承式懸掛，冷卻方式為強迫風冷。
輔助電路
韶山8型機車的輔助電路採用單—三相交流電系統，使用旋轉式劈相機為輔助電路供電，將主變壓器輔助繞組供應單相交流電轉換成三相交流電，車內各種輔助設備如變壓器、整流裝置、牽引電動機、制動電阻櫃等裝置的通風冷卻，以及空氣壓縮機的驅動均採用三相交流非同步電動機，電壓制式為380伏三相交流電。
供電電路
韶山8型電力機車並設有列車供電功能，在設計時主變壓器就預留了列車供電繞組，當初期由於列車供電的條件未成熟，因此早期出廠的機車並未設有供電設備，車頭下方的供電插座亦被封閉。至1998年，株洲電力機車廠成功研製了DC600V列車供電系統，並首次安裝在韶山8型電力機車上及投入運用。每台機車裝備了二套完全獨立的列車供電系統，由主變壓器供電繞組提供870伏單相交流電，經整流後輸出電壓600伏直流電，功率為2×400千瓦，採用機車集中整流、客車分散逆變的供電方式，向旅客列車提供空調、取暖、茶爐、照明等供電電源，使列車無需加掛發電車。
首列採用DC600V直供電的25K型客車自1998年10月1日起在北京西—武昌的T79/80次列車上使用，由鄭州機務段的韶山8型電力機車擔當牽引及供電任務，是中國鐵路採用DC600V機車直供電的首次試驗。自2005年開始，隨著機車直供電技術成熟，配套的DC600V直供電25G型客車、25T型客車的快速普及，早期生產的韶山8型機車也加裝了供電系統，至今所有韶山8型機車都配有客車供電裝置。 韶山8型電力機車採用微機控制系統取代了韶山5型機車的電子模擬控制。微機控制系統架構模仿自進口的8K、6K型機車，並根據韶山4型0038號機車的使用經驗進行改進 ，系統由一個微機控制櫃，和裝在司機室操縱台上的顯示屏及顯示控制箱組成。控制系統具有恆流准恆速牽引特性控制、制動系統的恆制動力控制、防空轉及防滑行控制、磁場削弱控制、空電聯合制動控制、列車供電控制、故障診斷與故障記錄等功能。
韶山8型機車在出廠時均使用電磁式繼電器等作為控制裝置，機車在進行大修時均會改用分布式邏輯控制單元（LCU）作為控制裝置，將高低壓電氣櫃、列車供電櫃內的有觸點繼電器改為無觸點電路，消除了傳統電磁式繼電器容易老化和故障的缺點，提高了機車可靠性。韶山8型0010號機車是首台大修安裝LCU的車。 機車走行部為兩台相同的架懸式二軸轉向架。構架採用「日」字形箱形梁焊接結構，軸箱採用彈性雙拉桿式定位。一系懸掛裝置由螺旋圓彈簧、橡膠墊和垂向油壓減振器組成；二系懸掛裝置採用高柔圓彈簧及橡膠墊，車體與轉向架之間並裝有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器。牽引力和制動力通過轉向架與車體底架間的低位中間推挽式拉桿牽引機構傳遞。基礎制動裝置採用單元式單側雙閘瓦制動器；每台轉向架上設有一個仿8K型機車的停車蓄能制動裝置。
首兩台原型車最初仍然沿用與韶山5型電力機車相同的轉向架，採用電機空心軸全懸掛驅動裝置，其齒輪箱的大部分仍屬簧下重量，加上輪徑較大達1250毫米，這兩個因素使機車的簧下重量稍大，但由於軸重較輕，因而仍然能滿足在160公里/小時運行速度下的輪軌相互作用力指標。經改造後定型及批量生產的韶山8型機車，改為採用輪對空心軸六連桿彈性傳動裝置、單側直齒六連桿萬向節傳動。牽引電動機的一端懸掛在轉向架的構架上，另一端固定在輪對的空心軸套上，齒輪箱屬於簧上重量，簧下重量僅為3噸，改善了機車的動力學性能。 韶山8型機車在出廠時均使用TSG3 630/25型單臂受電弓，使用粉末冶金滑板及直線形狀弓頭。隨著廣深鐵路於1998年完成電氣化工程，廣深鐵路股份有限公司也從廣州中車租用韶山8型機車，並開始安排韶山8型機車牽引廣九直通車進入香港。由於TSG3型受電弓的設計標准、滑板材質等方面，與香港九廣鐵路公司的九廣東鐵（現港鐵東鐵線）使用的歐洲標准不同，因此需要進行改造，包括使用曲線形狀弓頭及碳質材料滑板，其中碳滑板為Ktt機車使用的崇德公司（Schunk）制產品，並由九鐵公司為廣深公司免費提供。首台改造受電弓於1999年3月裝車測試 。改裝後韶山8型機車曾於1999年至2002年及2004年用於牽引直通車，但九鐵方面當時認為TSG3型受電弓即使更換了滑板和弓頭，對其接觸網的損耗仍然較大。因此經過雙方協商後，廣九直通車停止使用韶山8型電力機車，恢復使用東風11型柴油機車牽引。
2000年初，德國斯特曼公司（STEMMANN-TECHNIK）與大同電力機車廠開始進行DSA系列受電弓的合作，由德國引進DSA150、200、250系列受電弓技術、裝車運行考驗和生產技術准備，2002年11月雙方正式達成DSA系列受電弓技術引進的協議。經過國產化的DSA150、DSA200型受電弓採用歐洲標准，具有吸收高頻振動的空氣彈簧及純碳滑板，首先於韶山7C型電力機車裝車運用，並於2005年起開始在韶山8型電力機車推廣運用，替換舊有的TSG3型受電弓。
由於DSA系列受電弓能夠符合香港東鐵線的技術要求，韶山8型電力機車也再次獲批准進入香港。2008年1月起，為配合京九直通車、滬九直通車改用DC600V直供電25T型客車，兩對列車開始改用韶山8型機車負責牽引廣州東站—九龍（紅磡）站區段。2008年1月3日，時隔多年之後再次進港的第一台電力機車為SS8 0191，當日牽引滬九直通車。至2009年5月14日，韶山8型機車開始牽引廣九直通車其中16個車次。從2012年12月23日起，韶山8型機車更牽引廣九直通車中20個車次。至此，所有直通車介乎廣州東站至九龍（紅磡）站區段全部由韶山8型機車牽引。截至2012年12月，牽引直通車進入香港的韶山8型電力機車計有：SS8 0141、SS8 0148、SS8 0156、SS8 0163、SS8 0166 、SS8 0173、SS8 0181、SS8 0186、SS8 0191、SS8 0192，共10部韶山8型電力機車。廣州機務段實行輪乘制，機車運用並不固定。 主電路瞬間接地，是韶山8型機車較常出現的問題之一，其原因為位於機車下方的牽引電動機常受風雨侵蝕，及清潔電刷等日常工作做得不足而引致的。

❻ 6K型電力機車的發展歷史

為采購用於隴海鐵路鄭寶段電氣化鐵路的電力機車，中國鐵道部於1986年展開了電力機車的國際招標項目，成為繼8K型電力機車之後第二種按照中國鐵道部招標書要求、通過國際招標引進的中國鐵路機車；對於機車選型，主要考慮是要滿足近期鐵路貨運的牽引要求、質量上可靠耐用，並對國產電力機車有借鑒作用 。鐵道部通過中國機械進出口總公司向世界著名的機車製造公司發出招標書，參加招標的公司包括瑞典、日本、瑞士等國家的機車製造商 。經過談判和評標後，中國正式向日本三菱電機和川崎重工業訂購85台6K型電力機車，交易總額達240億日元 。在機車型號中，「6」代表六軸，「K」代表可控硅整流。
6K型電力機車由川崎重工業、三菱電機聯合設計製造，三菱電機伊丹製作所提供電氣部件，川崎重工業兵庫工廠提供機械部分並進行總組裝，此外住友金屬工業也負責提供車軸 ，川崎重工業內部代號為K6，意為川崎重工業公司第六款出口機車。機車設計圖紙經中方審定後，由中方派出人員赴工廠執行監造工作，對機車部件的加工工藝、生產流程、整機組裝等進行質量管理 。6K型電力機車為六軸相控交流電力機車，為適應隴海鐵路鄭寶段部分區段小半徑曲線多、坡度大的運行條件，6K型機車選用了Bo-Bo-Bo的機車軸式，有別於中國國產電力機車傳統的Co-Co軸式。6K型機車基本繼承了日本電力機車的傳統設計和技術，其中電氣部分參考了日本國鐵的ED75型500番台、ED77型電力機車的多段橋相控整流電路；機車車體和轉向架等機械部分參考了EF66型、EF81型電力機車的設計。 首台6K型機車於1987年7月底運抵中國，並於同年11月至1988年3月期間對機車進行整車性能的型式試驗，這項試驗由日方委託鐵道部科學研究院，在北京環形鐵道進行 。經驗收試驗後，發現6K型機車有五項部件未能符合合同規定的質量要求，經交涉後日方承認責任並負擔賠償，總賠償額超過41億日元 ；其中最顯著的問題為牽引電動機故障，首批6K型電力機車投入運行不久，就出現許多牽引電機環火、換向器異常等故障，嚴重影響了機車的正常運行，最終三菱電機承認了電機結構上存在的缺陷，同意賠償並更換了所有機車的牽引電機。
80台6K型電力機車於1987年至1988年間分批運抵中國，全部配屬鄭州鐵路局洛陽機務段，擔負隴海鐵路鄭州（鄭州北）—洛陽—三門峽西區段的客貨列車牽引任務，成為此後20年間該區段的主力電力機車車型之一。至2000年代末，6K型機車不但用於擔當隴海鐵路鄭州北至新豐鎮段的貨運列車交路，同時還負責華山至洛陽段客運列車交路和洛陽至嘉峰段客運列車交路。2009年12月底，焦柳鐵路洛陽至張家界區段電氣化改造工程全線完工 ，洛陽機務段從2010年3月起使用6K型、韶山6型電力機車擔當牽引洛陽北（關林）至襄樊北間的貨物列車，大部分6K型機車從隴海鐵路調至焦柳鐵路使用。
2013年下半年，由於機車經過長時間運用而老化嚴重，洛陽機務段開始批量報廢6K型電力機車。2014年3月21日，隨著嘉峰至洛陽的6918/6919次旅客列車到達洛陽站，亦標志著6K型電力機車完成最後一次牽引任務。6K型電力機車在中國鐵路服役的27年間，平均每台機車走行396萬余公里。6K型電力機車停運報廢後，焦柳線貨物列車均改由韶山4型電力機車擔當，嘉峰至洛陽的普通旅客列車亦改由HXD3型電力機車牽引。 在1980年代中國從國外引進的8K、6K、8G型三種電力機車車型之中，6K型機車是技術較先進的車型之一；根據中國要求，三種機車均採用Bo二軸轉向架為基礎、單軸功率800千瓦、最高速度100公里/小時、以發揮牽引力為主的交—直流電傳動電力機車。6K型電力機車的Bo-Bo-Bo軸式轉向架、C級絕緣復勵牽引電動機、多處理器微機控制系統等先進技術對當時中國國產電力機車而言均為國內首見。這些先進技術的引進和國產化，對後來中國國產電力機車發展造成重要影響。
1992年，通過消化吸收6K、8K型電力機車技術，大同機車廠與株洲電力機車研究所成功試制了韶山7型電力機車。韶山7型機車大量採用了6K型電力機車的技術，其Bo-Bo-Bo軸式轉向架、復勵牽引電動機、Z型低位拉桿牽引裝置等均直接借鑒自6K型機車；大同廠並在韶山7型基礎上，先後研製了韶山7B型、韶山7C型、韶山7D型等一系列電力機車，以及ZD111、ZD120A型等復勵牽引電動機。而株洲電力機車廠通過學習6K型電力機車的主電路系統，將不等分三段橋晶閘管相控調壓技術廣泛應用於韶山3型4000系、韶山4改型、韶山4B型、韶山6B型、韶山8型等國產電力機車 。此外，6K型電力機車使用的法維萊LV-2600型受電弓，由於重量輕、特性穩定、故障率低，因此也成為國產化的對象，被廣泛用於中國「韶山」系列電力機車。

❼ 8.為什麼說交流傳動機車是機車發展方向

直流機車速度不夠快，客運亮與貨運量也逐漸達不到要求，交流機車必然要取代直流機車。

1. 以單相交流電能作為動力的電力機車。按牽引電動機的性質又可分為直流傳動電力機車和交流傳動電力機車兩大類。前者採用直流牽引電動機，後者採用交流牽引電動機。採用直流串勵牽引電動機的工頻單相交流電力機車是世界各國所用電力機車的基本型式。

2. 交流電力機車是隨著鼠籠式感應電動機的發明而產生的,略晚於直流電力機車,始於19世紀末期。由於三相交流接觸網供電系統過於復雜，交流電力機車最初無法與直流電力機車競爭。

3. 直到20世紀40年代，隨著水銀整流器、引燃管等整流器件的應用，基本上解決了交流變直流的整流問題，交流電力機車中的直流傳動機車才得以發展。60年代，隨著電力半導體的應用，這種機車獲得了更大的發展。

4. 70年代後期，由於電力半導體已能提供大功率變頻裝置，使得性能優越的鼠籠電動機電力機車和電動車輛在一些歐洲國家率先獲得應用。80年代，大功率可關斷電力半導體的出現，以及微機技術的應用，交流電力機車的性能變得更完善、更優越。

❽ 機車的歷史沿革

世界上最早出現的機車是蒸汽機車，以後又出現電力機車、柴油機車、燃氣輪機車。
蒸汽機車的發展 1803年英國的特里維西克製造出第一台在軌道上行駛的蒸汽機車；1814年，英國的斯蒂芬森製造出一台 5噸重的「皮靴」號蒸汽機車，這通常被認為第一台成功的機車。但真正在鐵路上使用，並為現代蒸汽機車奠定基礎的，是斯蒂芬森父子設計者建造的、並於1829年在比賽中獲獎的「火箭」號蒸汽機車，它行駛速度達58公里/小時，創造了當時地面行駛車輛的最高速度。
1831年，美國土木工程師傑維斯首次在機車前部試裝一引導轉向架，使機車能夠在彎道上安全行駛；1836年美國坎貝爾設計一台兩軸引導轉向架兩軸聯動的機車，但這一設計並不成功，直到同時代的機械工程師哈里森進行了加裝車軸均衡機構的改進後，才成為完善的機車。不久這輛機車便成為美國的標准型機車，並命名為「美國人」，被廣泛應用到19世紀90年代。該型999號機車於1893年創造了181公里/小時的當時最高速度。
為了提高飽和蒸汽的利用率、加大機車的牽引力，並能更好地通過彎道，如雀1888年瑞士造出第一台關節復脹機車，由工程師馬勒設計，稱馬勒型機車。1904年美國引進並在山區使用了馬勒型機車，後改為單脹式，製造出最大的蒸汽機車2-4-4-2型。
進入20世紀，採用過熱蒸汽的蒸汽機車迅速推廣，這時的機車已向大蒸發量、大尺寸、大鍋爐的大型化發展。中國於1881年制出自己的第一台蒸汽機車「中國火箭」號，運行於唐山-胥各庄鐵路。
蒸汽機車雖經100多年的發展，但運用熱效率只有6%左右，加上保養維修量大、污染嚴重、日運行里程短，因此逐漸被熱效率高、運用率高的電力機車和柴油機車取代。美國於1960年、英國於1968年、法國於1972年、日本於1975年、德國和前蘇聯均於1977年、中國於1992年相繼停止使用蒸汽機車。
電力機車的發展 1835年荷蘭的斯特拉廷和貝克爾兩人，試制了以電池供電的兩軸小型鐵路電力機車；1842年，蘇格蘭的戴維森製造出一台由40組電池供電的標准軌距的電力機車；1879年，德國的西門子設計製造了一輛小型電力機車，電源由機車外部的150伏直流發電機供給，並通過兩軌道和其中間的第三軌道向機車輸入，電力機車首次成功行駛。
1890年英國倫敦首次用電力機車在5.6公里長的一段地下鐵道上牽引車輛。1895年美國的巴爾的摩鐵路隧道區段採用的干線電力機車，功率為1070千瓦。20世紀初，歐洲有幾個國家曾建成幾段以三相交流電供電的電氣化鐵路。
20世紀初，電力牽引的優越性已被公認，到20年代末，幾乎每個歐洲國家都已有電氣化鐵路。因三相交流供電系統和機車變流裝置復雜，電力機車逐漸趨向採用工頻單向交流電。50年代以後，隨著大功率汞弧整流器和引燃管整流器的出現，特別是硅二極體整流器的出現，促進了採用工頻交流電的電力機車的發展。
70年代以來，干線電力機車向大功率、高速度、耐用方向發展。客運電力機車的速度已從每小時160公里提高到200公里。中國1958年製成了第一輛以引燃管整流的「韶山」型電力機車，1968年又改用硅整流器成功，製成「韶山-1」型電力機車。
內燃機車的發展 在柴油機車出現之前，1906年美國製造出電力傳動的汽油動車。1913年瑞典製造出電力傳動的柴油動車，這些動車與柴油機車的構造類似。1924年蘇聯用一台735千瓦潛水艇柴油機，製成一輛電力傳動的柴油機車。1923年美國製成220千瓦的電力傳動的柴油機車。
到了二十世紀30年代初，柴油機車進入了試用和實用階段、功率多在一千千瓦以內，主要以調車機車為主。到30年代後期，出現了單節機車多節聯掛的干線客運柴油機車。
柴油機車的運行表明，它的經濟效益比同等功率的蒸汽機車高得多。1945年以後，柴渣握早油機車進入大發展的階段。柴油機上多配裝廢氣渦輪增壓系統，功率普遍提高。中國東北地區在30年代曾試用柴油機車，1958年開始製造巨龍號內燃機車，
燃氣輪機機車的發展 最早的燃氣輪機車是從使用復式燃氣輪機開始的。1933年瑞典製成了480千瓦的自由活塞燃氣輪機車；1951年法國先後製成735千瓦和1770千瓦自由活塞燃氣輪機車；1954年前蘇聯製造了2210千瓦的自由活塞燃氣輪機；1941年，瑞士首先製造出開式燃氣輪機車；40年代末和50年代，英國、美國等製造出不同功率的開式燃氣輪機車。
最早發明的機車是皮哪蒸汽機車，它利用蒸汽機代替畜力牽引軌道上的車輛。以後出現的各種機車也是在新型動力機問世後研製出來的。繼蒸汽機車之後依次出現的幾種機車是：電力機車、柴油機車、燃氣輪機車。
1804年英國人特里維西克創造出第一台蒸汽機車。1829年製造的「火箭」號機車奠定了現代蒸汽機車的基本形式，後來在構造和效率方面作了不斷改進。為適應運輸需要製造出各種用途的蒸汽機車，又不斷向大功率、大牽引力和高速度發展，到20世紀30～40年代達到高峰。
1879年首次製成應用第三軌供直流電的小電力機車。19世紀90年代有些國家便在地下鐵道、大城市市郊鐵路和干線長隧道區段應用電力機車。到20世紀20年代末，不少國家已有電氣化鐵路，大多採用架空的接觸網供直流電。50年代，大功率引燃管式整流器和60年代大功率半導體整流器件問世後，工業頻率交流電力機車得以迅速發展。這種機車功率增大，性能顯著改善，雖然基本建設投資較大，但經濟效益高，可以用在運輸繁忙的電氣化鐵路干線上。
1923年柴油機車製成試用，1925年正式應用。初期因柴油機功率不大，多用於調車作業；後來有了1000千瓦左右的機車用柴油機，便製造出干線用機車，由兩節或多節聯掛。從運用結果表明它比蒸汽機車優越。50年代就迅速推廣開來，功率也逐漸增大。
1941年製造燃氣輪機車，1943年首次在鐵路上運用，有少數國家在做試驗性運用或小批量正式運用後停用。雖未大量採用，但有發展前途。
蒸汽機車構造簡單，成本低廉，堅固耐用，在鐵路上原佔主導地位。但因經濟效益不高和排煙污染環境而逐漸被柴油機車和電力機車取代。美國於1960年，英國於1968年，法國於1972年，日本於1975年，聯邦德國和蘇聯均於1977年相繼停用。雖有不少國家仍在使用，但擔負的運量比重日益縮小。 機車可按所採用的動力裝置、用途和走行部形式分類。
按動力裝置分類，可分為兩類。
①熱力機車：
所裝的原動機屬於熱機，如蒸汽機車、柴油機車、燃氣輪機車等。這類機車都攜帶燃料和水，是自帶能源的機車，能獨立地行駛，只要有合適的軌道和添加燃料與水的設備，就能運行。但機車重量和外形尺寸分別受軸重和鐵路限界的約束，不能造得過重過大，因而裝於機車內的動力裝置的重量和尺寸也受到約束。
柴油機和燃氣輪機均屬內燃機，裝用這兩種原動機的機車稱為內燃機車。我國主要有東風內燃機車（DF）。柴油機車安裝用的傳動裝置的傳動方式，又可分為機械傳動柴油機車、電力傳動柴油機車和液力傳動柴油機車；燃氣輪機車也是如此。
②電力機車：
一種由外部電站輸給沿鐵路的變電所，再經軌道上空的接觸網或鋪設於軌道一側的第三軌供給電能的機車。供電容量不受額定功率限制，因此，它具有功率大，短時過載能力強，運行速度高，加速快，牽引力大，沒有排煙排氣污染環境等優點，適用於運輸繁忙或坡度大、隧道長的鐵路線上，尤其適用於大城市城郊運輸和地下鐵道運輸。但這種機車只能運行於架有接觸網或鋪設第三軌並供電的線路上，不如熱力機車機動靈活。電氣化鐵路還對附近電信通信有干擾。因為要架設接觸網或鋪設第三軌以及每隔一定距離設置變電所等，所以基本建設投資較大。我國主要有韶山電力機車（SS)。
按用途分類，可分為五類。
①客運機車：
牽引客車車列的機車，需有較高的運行速度和起動加速度，並能作長距離運行，但牽引力不一定要很大。
②貨運機車：
牽引貨車車列的機車，須有相當大的牽引力，能作長距離運行，但運行速度不必很高。
③客貨通用機車（或通用機車）：
牽引重的（輛數多的）客車車列或較輕的快速貨車（裝鮮活貨、冷藏貨等）車列，其性能介於客運機車和貨運機車之間。
④調車機車：
在車站內或編組站（場）用於車列的解體和編組，如牽出、轉線和車輛的取送等作業的機車。這種機車起動和停車頻繁，正向和反向行駛頻繁，應有足夠的粘著重量、牽引力、起動加速度，必要的功率和良好的換向性能，運行速度可更低些。調車機車有站內調車機車和編組站調車機車兩種。前者適用於車站進行客車車列或部分貨車車列的摘掛和牽出作業，也適用於工礦企業廠內運輸，所需功率較小；後者適用於編組站（場）進行車列解體、編組和牽出作業，也可兼作短途運輸。
⑤工礦機車：
擔任採掘、冶金、石油、化工、森林等企業內部運輸和工廠內部運輸的機車。一般說功率比鐵路干線用的機車小，速度要求也不高，但須有足夠的牽引力。在某些特殊工廠運輸用的機車還須有防火、防爆等設施。為此，有幾種專門設計的機車，如：壓縮空氣機車，以壓縮空氣貯氣罐代替蒸汽機車鍋爐，將壓縮空氣降壓輸至汽缸工作；無火蒸汽機車，又稱蓄蒸汽機車，實際是無火箱的常規蒸汽機車，是將有一定壓力和相應溫度的飽和蒸汽和飽和水儲於保溫的鍋爐內降壓輸至汽缸工作；蓄電池機車，自身攜帶蓄電池供電給牽引電動機來驅動車輪的電力機車。
按走行部形式分類，可分為兩類。
①車架式機車：
機車的動軸以固定位置裝於剛性車架。蒸汽機車的動力通過搖桿、連桿驅動各動輪；不少小型柴油機車的動力是通過變速齒輪箱輸出齒輪軸兩端所裝的曲拐銷以連桿驅動動輪。這種走行部有結構簡單、造價低廉等優點。但固定軸距（裝在剛性車架上的最前軸和最後軸按軸心計算的水平距離）長，通過曲線線路較困難，不宜於高速行駛，因此蒸汽機車的動輪前部裝有導輪轉向架，後部裝有從輪轉向架，但這種機車仍屬車架式機車。
②轉向架式機車：
機車車架兩端各由一台可平旋的轉向架支撐。兩台轉向架與車架相連接，並將動輪產生的輪周牽引力傳遞給車架和車鉤。電力機車、柴油機車和燃氣輪機車都採用這形式。每台轉向架可裝2～4根軸，一般裝2～3根軸。轉向架各軸通常均為動軸，電力傳動機車的動軸幾乎都是單獨驅動的，只有單牽引電動機車轉向架和液力傳動機車轉向架的動軸是聯動的（成組聯合驅動的）。機車各轉向架都可沿曲線線路平轉，固定軸距短，易於通過曲線線路，加之彈簧懸掛系統完善，因而運行平穩，利於高速行駛。
按車體形式分類，可分為兩類

罩式車體：一般多用於調車機車、礦工機車等，也有一些干線貨運機車採用這種車體。我國所生產的東風2、東風5和東風7以及從美國所進口ND5型機車均屬於罩式車體。它在車架中間有一座」小房子「，除了司機室外，還把機器罩起來，需要時才打開罩。
棚式車體：一般多用於干線機車，將機器和過道同時罩起，司機可以看到機器，聽到他的響聲。

❾ HXD3A電力機車的發展歷史

HXD3A型電力機車是在HXD3型電力機車設計製造技術平台的基礎上，借鑒了HXD3C型電力機車的成熟技術，開發研製而成的交流傳動貨運通用電力機車。機車牽引系統採用交—直—交流電傳動、水冷IGBT牽引逆變器、變頻非同步牽引電動機、分布式網路控制系統，單軸功率1200千瓦，額定總功率為9600千瓦，最高運行速度為120公里/小時