直流电力机车

用于地面工矿、矿井等的机车

直流电力机车，或称直-直流电动机车，直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。

结构组成

直流电力机车（除矿井下的小机车外）一般由车体和转向架两部分组成，车体安装在转向架上。在露天矿区,为了装货方便，接触网移到路侧，此时，直流电力机车除带有顶部中央的受电弓外，还有旁受电弓。一般工矿机车车体的前后端较低，内部安装电工设备；车体中间较高，并设有可以两个方向运行操纵的司机室。用于地面的大型工矿直流电力机车，除少数重型电力机车外，一般有4～6台直流电动机，功率为1000～2000kW，机车重约80～160t。用于矿井下的狭轨直流电力机车，只有1～2台直流电动机，功率小到10kW以下。

特性及原理

特性

直流电力机车一般采用串励牵引电动机。这种电动机不仅调速方便，而且其机械特性软，使机车具有接近恒功率的理想牵引特性。此外，当机车轮对直径有差异时，各电动机之间负载分配比较均匀；当电网电压波动时，电动机中电流的冲击也较小。具有4～8台电动机的直流电力机车在起动过程中，为减少起动电阻中的能耗，电动机为串-并联换接。如四轴机车首先全部四台牵引电动机串联，然后改为两台电动机串联后再并联。多数直流电力机车具有电气制动性能。这时的牵引电动机变为直流发电机运行，把机车的动能转变为电能，消耗在电阻中或反馈回电网。近代的直流电力机车，已逐步采用直流斩波器代替启动电阻调压。斩波调压可达到节能、改善牵引性能、降低启动电流和网压降落、减少维修、消除复杂的串－并联切换的目的。机车上用的直流斩波器由电力电子器件构成，串入牵引电动机的电枢电路。改变斩波器中晶闸管等电力电子器件的导通时间和关断时间的比例（导通比），即可达到调节电动机端电压大小的目的，并使机车平滑地调速而没有启动电阻上的能量消耗。

基本工作原理

直直型电力机车通常称为直流电力机车，是现代电力机车最为简单的一种。它使用的是直流电源和直流串励牵引电动机。有些工矿电力机车、地铁电动车组和城市无轨电车仍采用这种型式。

如《四轴直流电力机车的工作原理示意图》所示为一般工矿用四轴直流电力机车的工作原理示意图。工作过程为：机车由受电弓AP从接触网取得直流电，经断路器QF、起动电阻R向四台直流牵引电动机M1～M4供电，牵引电流经钢轨流回变电所。当四台牵引电动机接通电源后即行旋转，把电能转变为机械能，再分别通过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。

特点

通过分析直流电力机车的工作原理，可以得出直流电力机车具有以下特点：

(1)机车结构简单，造价低，经济性好。

(2)采用适合于牵引的直流串励电动机，牵引性能好，调速方便。

(3)控制简单，运行可靠。

(4)供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触网电压一般为1500～3000V。传输一定功率时电流较大，接触网导线耗电量较大，因此供电效率低。

(5)基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。

(6)有级调速。由于早期机车使用调压电阻起动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低，同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技术的发展，应用直流斩波技术进行调速，可以对牵引电动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调速。

综上所述，直流电力机车由于受牵引电动机端电压的限制，网压不可能太高，从而限制了机车功率的进一步提高。随着现代铁路运输事业的发展，直流电力机车显然已不适应干线大功率的要求。一般应用于工矿及城市交通运输。

发展历程

主导时期

20世纪50年代前，在电力牵引的领域中，直流电力机车占有主导地位。直流车承担了20世纪80、90年代北京市市公共交通运输重要任务，因没有空调被称为“闷罐车”。1971年北京地铁正式接待乘客，截至1999年交流车在1号线上使用，直流车共运送乘客约62亿人次。