電力機車運行工作原理解析

你知道嗎？所有火車其實都是電力驅動的 根本沒有燒柴油的火車，是不是挺有意思的？ 看到這輛電力機車，你心裏肯定冒出一個問題： 車頂上方那個電線，火車以這麼高的時速飛馳， 爲什麼接觸的地方不會冒出火花呢？ 再往深了想，你肯定還會問： 爲什麼要用電來驅動火車呢？ 你有沒有注意到上面只有一根電線？ 可電力機車裏面裝的是三相電機， 那它怎麼只靠這一根線就能跑起來呢？ 你知道電力機車是從鐵軌上獲取零線的？ 那麼我們會不會感覺到強烈的電擊呢？ 除了這些 關於電力機車， 我還要跟你分享一些有意思的事兒， 因爲它用的其實是一種完全不同的電機 所有這些緩衝墊片都是一個一個取下來， 再逐個焊接上去， 然後繼續往前推進的 如果還有哪個墊片沒處理完， 在完整的視頻裏你都能看到 首先要說的是， 我們看到的那些大型火車頭 噪音都特別大， 其實它們全都是電動的 你可能會問，那柴油機車呢 柴油機並不是直接驅動火車的， 它連接着一臺發電機， 發電機自己發電， 然後驅動所有的車輪 電機是連在電源上的 而且每組車輪都配了一個電動機 現在你心裏肯定會有一個疑問 火車並不是直接用機械方式驅動的 而是先產生能量 然後發電機把機械能轉化成電能 接着電動機又把電能轉化回機械能 那爲什麼還要這樣折騰 爲什麼我們要在這個環節做能量轉換呢 所以最大的問題就在於火車本身非常重 如果發動機直接連到車輪上 那就涉及到傳動系統的問題了 因爲我們沒法直接驅動 還需要離合器來讓火車停下來 也需要變速箱來調節速度 所以在這種情況下 火車剛啓動那會兒需要特別大的扭矩 起步階段轉速本來就低 轉速一低 發動機就使不上勁 根本推不動整列火車往前走 還有一個原因 我們的柴油機只驅動兩個輪子 而且還得靠聯軸器把發動機跟車輪連起來 還有 最大的問題就在於聯軸器的效率並不高 而另一方面 電動機也叫牽引電機 它是直接連接在車輪上的 當電動機啓動時 這個牽引電機從一開始就能輸出最大扭矩 這就是電力機車最特別的地方 直流電機也有應用 三相感應電機也會用到 首先咱們來說說直流電機 這種電機叫直流串勵電機 首先要說的是 之所以用直流電機 是因爲它非常強勁有力 跟交流電機一比就知道了 另外它的轉速和扭矩 控制起來非常容易 這裏有個問題留給你 爲什麼直流電機 比交流電機更有勁呢 請務必回覆 這種串勵電機的特別之處在於 如果空載啓動 它的轉速會高得非常危險 所以串勵電機必須帶載啓動 先加上滿載 然後再啓動 在電力機車上空間很有限 所以這種電機一啓動 就會隨着負載的增加 產生很大的扭矩 簡單來說 這電機啊，負載越大它就越來勁 負載越大它產生的動力就越強 其次它完全不需要任何傳動裝置 速度的控制也非常簡單 如果遇到緊急情況需要制動 只要把磁場方向反轉過來 它就會立刻朝着相反的方向運轉 而且它還能回收制動能量 也就是所謂的再生制動 但如今電力機車用的是 IGBT控制的三相鼠籠式感應電機 因爲最大的問題就出在 換向器和電刷上 因爲還會產生火花 而且維護成本也更高 所以要用三相感應電機 所以這裏面有個概念 三相感應電機的動力是非常強勁的 它的扭矩也非常大 電機轉速可通過電壓和頻率來控制 如果電機需要反轉 那就得調整相序 IGBT控制 指的是逆變器裏用的一種晶體管 負責把直流電變成交流電 實際上 這個三相感應電機就是由逆變器來控制的 逆變器中正是IGBT控制着這臺電機 IGBT是更先進的調速調節器 所以過去用可控硅調節交流電機 控制起來有點麻煩 但如今我們有了先進的開關技術 可以輕鬆調節電機的轉速和扭矩 現在的直流電機控制起來比以前容易多了 因爲沒有複雜的系統 但需要持續維護 所以用的越來越少了 而大功率直流電機則更勝一籌 而最好的牽引電機 在需要反向驅動時 根本不需要複雜的操作流程 而且它在反向行駛時 速度也和正向一樣 你知道發動機在兩個方向上都是全速運轉的 因爲用的是電機，如果發動機在那兒 它就會全速運轉，但要是想倒車 要麼我們得讓發動機轉個向，要不然就得換一種變速箱 還得保證它能在同樣的轉速下訓練, 所以這個過程會稍微複雜一些,所以這裏才用了這個電極。 那麼來看下一個問題,當速度超過每小時100公里時, 爲什麼還要用導線和五角星呢? 其實這裏會產生火花 但我們沒法看見 這根線就是所謂的接觸線 這根接觸線我們管它叫承力索 電流就在接觸線中流動 承力索支撐着接觸線 並使其保持平直 它確實會在接觸線上產生旋轉 接觸線用的是標準銅線 而且五角星上還塗了石墨 石墨起到潤滑作用 列車接觸網的結構叫做受電弓 正常情況下是不會有火花的 但到了晚上 你能看到這裏冒出一點火花 就像星星在眨眼 第二種情況是 當連接五角星斷開接觸線的時候 這裏有一個很小的空氣間隙 所以電流是通過空氣傳輸的 空氣層是絕緣體 所以這裏會打出火花 但事實並非如此 因爲五角星會通過液壓馬達 持續調整高度 它通過壓力接觸導線 接觸線不能反覆更換 所以得用標準銅線 而且這種金屬屬於軟金屬，應用範圍很廣 如果五角星碰到接觸線 那麼金屬五芒星就會開始刮擦 不會碰到電線 這樣絕對安全 現在我們來聊聊爲什麼火車頭不會觸電 所以在瞭解這個之前 我們得先說說電力機車 架空接觸線是相線 連接電力機車的導線 沿着架空線軌道鋪設 供電電壓爲25千伏 間距有40到60公里 爲接觸網供電 所以變壓器會把電壓降到25000V 它的相線連接着接觸網 中性線是牢固連接在軌道上的 現在裏面有一個變壓器 這個變壓器把相線引進來 同時也把中性線引進來 這樣就給它提供了迴流通路 然後這個變壓器會把電壓從25000V降到600V 然後通過整流器轉換 那麼如果用的是直流電機 那直流電機就得供電 如果是交流電機呢 然後通過逆變器 把直流電轉換成三相交流電 然後驅動三相感應電機運轉 它連接着輪子 不管這到底是什麼流程 裏面的相線沒有連接到任何地方的外殼 不管什麼電源進來 它不會碰到車身 絕緣處理得很到位 萬一接觸網意外斷裂 掉在列車上了 那麼電流可能還在流動 但斷路器一合上就會立刻斷開電路 這樣一來 電路中就不會有電流流過 另外在頂部還有一個斷路器 可以在緊急情況下切斷電路 這個斷路器也會斷開 所以在電力機車上 我們先從單相電到直流電 然後變成直流電 如果有三相感應電機的話 然後轉換成三相電 電機就能運轉了 現在我們來聊聊 那如果迴路的軌跡 我是說萬一我們碰到了帶電的軌跡 會不會觸電呢 這也不可能發生 我們會觸電的 因爲整條軌道每隔一小段距離 那是一根鋁棒 所以不管電流多大 電流會流向地面 因爲電流總會選擇電阻最小的路徑 如果身體電阻高 那我們就來一次電擊 不管多餘電流是什麼 電流會一路導入地下 現在來看這兩點的重量在它們那邊 而且變壓器也是它們的 所以重量不會增加 而功率是電機的 但在電機啓動之前 它就無法輸出更多扭矩 第二個問題是 火車輪子特別重 它在打滑 因此列車無法前進 所以一個是轉向架 控制裝置就在這兒 電力機車 總共就放在那裏 這樣就能產生滑動 同時扭矩也得到提升 要是車輪打滑的話 車輪打滑時 那裏有個沙箱 沙箱 而且完全乾燥 沙子能增加車輪和軌道之間的摩擦力 這樣車輪就不容易打滑了 這就是最主要的原因 那些帶引擎的火車頭還能發電 它們動力更強 比純電力機車更強 因爲那是柴油機車 牽引電機全功率運轉 因此它能產生更強的動力 除此之外 你一定注意到了電力機車 它們確實有柴油發動機 就算這樣也有聲音 那是因爲 因爲裏面有變器和逆變器 用來散熱 風扇一直轉 所以聲音也一直有 這就是關於這個的小知識 你覺得怎麼樣