基本介紹
- 中文名：直流電力機車
- 外文名：D.C.locomotive
- 別稱：直-直流電動機車
- 特性：直流制供電
- 組成：一般由車體和轉向架兩部分組成
- 適用範圍：工礦及城市交通運輸
結構組成,特性及原理,特性,基本工作原理,特點,發展歷程,
結構組成
直流電力機車（除礦井下的小機車外）一般由車體和轉向架兩部分組成，車體安裝在轉向架上。在露天礦區,為了裝貨方便，接觸網移到路側，此時，直流電力機車除帶有頂部中央的受電弓外，還有旁受電弓。一般工礦機車車體的前後端較低，內部安裝電工設備；車體中間較高，並設有可以兩個方向運行操縱的司機室。用於地面的大型工礦直流電力機車，除少數重型電力機車外，一般有4～6台直流電動機，功率為1000～2000kW，機車重約80～160t。用於礦井下的狹軌直流電力機車，只有1～2台直流電動機，功率小到10kW以下。
特性及原理
特性
直流電力機車一般採用串勵牽引電動機。這種電動機不僅調速方便，而且其機械特性軟，使機車具有接近恆功率的理想牽引特性。此外，當機車輪對直徑有差異時，各電動機之間負載分配比較均勻；當電網電壓波動時，電動機中電流的衝擊也較小。具有4～8台電動機的直流電力機車在起動過程中，為減少起動電阻中的能耗，電動機為串-並聯換接。如四軸機車首先全部四台牽引電動機串聯，然後改為兩台電動機串聯後再並聯。多數直流電力機車具有電氣制動性能。這時的牽引電動機變為直流發電機運行，把機車的動能轉變為電能，消耗在電阻中或反饋回電網。近代的直流電力機車，已逐步採用直流斬波器代替啟動電阻調壓。斬波調壓可達到節能、改善牽引性能、降低啟動電流和網壓降落、減少維修、消除複雜的串－並聯切換的目的。機車上用的直流斬波器由電力電子器件構成，串入牽引電動機的電樞電路。改變斬波器中晶閘管等電力電子器件的導通時間和關斷時間的比例（導通比），即可達到調節電動機端電壓大小的目的，並使機車平滑地調速而沒有啟動電阻上的能量消耗。
基本工作原理
直直型電力機車通常稱為直流電力機車，是現代電力機車最為簡單的一種。它使用的是直流電源和直流串勵牽引電動機。有些工礦電力機車、捷運電動車組和城市無軌電車仍採用這種型式。
如圖所示為一般工礦用四軸直流電力機車的工作原理示意圖。工作過程為：機車由受電弓AP從接觸網取得直流電，經斷路器QF、起動電阻R向四台直流牽引電動機M1～M4供電，牽引電流經鋼軌流回變電所。當四台牽引電動機接通電源後即行旋轉，把電能轉變為機械能，再分別通過各自的齒輪傳動裝置，驅動機車動輪牽引列車運行。
四軸直流電力機車的工作原理示意圖
四軸直流電力機車的工作原理示意圖特點
通過分析直流電力機車的工作原理，可以得出直流電力機車具有以下特點：
(1)機車結構簡單，造價低，經濟性好。
(2)採用適合於牽引的直流串勵電動機，牽引性能好，調速方便。
(3)控制簡單，運行可靠。
(4)供電效率低。由於受牽引電動機端電壓的限制，接觸網電壓一般為1500～3000V。傳輸一定功率時電流較大，接觸網導線耗電量較大，因此供電效率低。
(5)基建投資大。為了減少接觸網上的壓降，電氣化區段的牽引變電所數量較多，造成基建投資大。
(6)有級調速。由於早期機車使用調壓電阻起動、調速，因此調節過程中有能量損耗使效率很低，同時也難以實現連續、平滑地調節。隨著電力電子技術的發展，套用直流斬波技術進行調速，可以對牽引電動機端電壓進行連續、平滑地調節，從而實現無級調速。
綜上所述，直流電力機車由於受牽引電動機端電壓的限制，網壓不可能太高，從而限制了機車功率的進一步提高。隨著現代鐵路運輸事業的發展，直流電力機車顯然已不適應幹線大功率的要求。一般套用於工礦及城市交通運輸。
發展歷程
主導時期
20世紀50年代前，在電力牽引的領域中，直流電力機車占有主導地位。直流車承擔了20世紀80、90年代北京市市公共運輸運輸重要任務，因沒有空調被稱為“悶罐車”。1971年北京捷運正式接待乘客，截至1999年交流車在1號線上使用，直流車共運送乘客約62億人次。
逐漸被替代
此後因為要求電力牽引功率不斷加大和大功率電力變流器的出現，除個別地區（如蘇聯一些地區）外，在鐵路幹線上的直流電力機車已被網壓高、功率大的工頻交流電力機車所取代。由於套用交流籠式電動機的一系列優點，大型工礦直流電力機車，也向直流供電下的交流傳動方向發展。
退出北京捷運
2012年4月，捷運1號線直流車（悶罐車）舉行退役儀式。據悉，19組114輛直流車將全部完成“交班”。自此，北京捷運將從直流車進入全交流車時代。據悉，這些退役的直流車有的將進行拍賣。
