【科普】三相牽引電動機(jī)在電力機(jī)車上的嘗試——法國國營鐵路CC 14000型電力機(jī)車

文章作者:西瓜昌真濕基(B站和百度昵稱:寧柳跨越)
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直—直流電傳動:指電力機(jī)車從直流電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流,向直流牽引電動機(jī)供給直流電。法國國營鐵路2D2 5500型電力機(jī)車為直—直流電傳動形式。
直—交流電傳動:指電力機(jī)車從直流電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流,經(jīng)過逆變后,向交流牽引電動機(jī)供給交流電。法國國營鐵路CC 1100型電力機(jī)車為直—交流電傳動形式。
交—直流電傳動:指電力機(jī)車從交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流,經(jīng)過變壓—整流后,向直流牽引電動機(jī)供給直流電。法國國營鐵路BB 12000型電力機(jī)車為交—直流電傳動形式。
交—交流電傳動:指電力機(jī)車從交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流,無需經(jīng)過變壓—整流—逆變,直接變頻后向交流牽引電動機(jī)供給交流電。本文提及的法國國營鐵路CC 14000型電力機(jī)車為交—交流電傳動形式。
交—直—交流電傳動:指電力機(jī)車從交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)受流,經(jīng)過變壓—整流—逆變后,向交流牽引電動機(jī)供給交流電。白俄羅斯鐵路BKG1型電力機(jī)車為交—直—交流電傳動形式。
雙電流制電力機(jī)車:本文提及的“雙電流制”,是指采用交—直—交流電以及直—交流電雙制式電傳動的電力機(jī)車。俄羅斯鐵路EP20型電力機(jī)車即為雙電流制電力機(jī)車。
法國國營鐵路公司在本文內(nèi)簡稱“SNCF”⑴。
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概述
CC 14000型電力機(jī)車是SNCF的一種電力機(jī)車,也是法國第一代交流電力機(jī)車,適用于供電制式為25千伏50赫茲單相交流電的電氣化鐵路。
CC 14000型電力機(jī)車與同時期的BB 12000型、BB 13000型、CC 14100型電力機(jī)車一道,被SNCF用于評估哪種傳動方式最佳。

背景
經(jīng)歷了第二次世界大戰(zhàn)后的SNCF面臨煤炭短缺的局面,但短期內(nèi)沒有大量內(nèi)燃機(jī)車,特別是因為必須依賴進(jìn)口原油。盡管當(dāng)時SNCF已有1500伏直流電氣化鐵路,但是它需要較粗的導(dǎo)線,供電站之間距離也較短,并且直流線路有顯著的電阻損失。
50赫茲交流電氣化鐵路在20世紀(jì)初時開始在歐洲和美國測試,它具有比直流線路更少損耗的優(yōu)點,不幸的是,在20世紀(jì)40年代之前,當(dāng)時的技術(shù)使得極難產(chǎn)生直接采用50赫茲的電力機(jī)車。一些歐洲國家使用低頻交流電來給電力機(jī)車供電。德國、奧地利和瑞士使用15千伏16.7赫茲交流電氣化鐵路。
在工程師路易斯·阿曼德的領(lǐng)導(dǎo)下,從1944年開始,SNCF在艾克斯萊班-阿訥馬斯鐵路的部分區(qū)間上進(jìn)行20千伏50赫茲或25千伏50赫茲交流電的測試。
在艾克斯萊班-阿訥馬斯鐵路50赫茲交流電氣化鐵路試驗之后,SNCF選擇里爾-蒂永維爾鐵路的瓦朗謝訥到蒂永維爾區(qū)間進(jìn)行25千伏50赫茲交流電氣化改造,并要求幾家公司研制新型交流電力機(jī)車。
制造及運用
CC 14000型電力機(jī)車由瑞士歐瑞康公司設(shè)計,并于1955年到1959年間制造了20臺機(jī)車。
機(jī)車運用初期配屬于蘭斯機(jī)務(wù)段和莫恩機(jī)務(wù)段,用于牽引礦石列車。1978年,配屬于蘭斯機(jī)務(wù)段的數(shù)臺CC 14000型機(jī)車轉(zhuǎn)配至莫恩機(jī)務(wù)段。由于FD 680型牽引電動機(jī)的可靠性過低,CC 14000型機(jī)車不得不于1981年退役,其行駛里程遠(yuǎn)低于BB 12000型、BB 13000型及CC 14100型電力機(jī)車。而CC 14100型電力機(jī)車雖然也采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)組,但由于采用了TA 630型直流串勵牽引電動機(jī),在實踐中證明是更可靠的。

技術(shù)設(shè)計
總體結(jié)構(gòu)
CC 14000型電力機(jī)車為六軸直流電力機(jī)車。機(jī)車采用凸式車體,兩端為設(shè)備罩,中間為司機(jī)室。一些司乘人員稱司機(jī)控制器調(diào)速手柄為“火腿切片機(jī)”。機(jī)車長度為18890毫米。
機(jī)械部分
CC 14000型電力機(jī)車采用Co-Co軸式,每臺機(jī)車配備有兩臺三軸轉(zhuǎn)向架。車輪直徑為1100毫米,車軸重量為20.8噸,整備重量為125噸,最高運行速度為60千米/小時。
電路系統(tǒng)
CC 14000型電力機(jī)車司機(jī)室頂部配備有兩個受電弓,受電弓從接觸網(wǎng)獲得25千伏交流電后,將電壓送至自耦變壓器。由于自耦變壓器是只有一個繞組的變壓器,當(dāng)變壓器將25千伏交流電降壓為1100伏交流電時,從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組,二次繞組將電流輸送至第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)組,第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)組將單相電流轉(zhuǎn)換為三相電流輸送至第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)組,第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)組將電流變頻后,通過齒輪箱帶動交流牽引電動機(jī),以供給交流電。
CC 14000型電力機(jī)車采用的牽引電動機(jī)為FD 680型牽引電動機(jī),是三相鼠籠式異步牽引電動機(jī),采用并聯(lián)連接。然而在20世紀(jì)50年代,三相異步牽引電動機(jī)電源的復(fù)雜性導(dǎo)致許多運行故障發(fā)生,因此CC 14000型電力機(jī)車通常在干線鐵路僅用于牽引貨運列車,以最大程度地減少沿途技術(shù)問題對其他列車的影響。
CC 14000型電力機(jī)車持續(xù)功率為2640千瓦。
保存
BB 14018號電力機(jī)車:退役后,送至大東部大區(qū)上萊茵省米盧斯市鎮(zhèn)火車城靜態(tài)展示。

后記
作為SNCF測試最佳傳動形式的交流電力機(jī)車車型之一,歐瑞康公司嘗試在CC 14000型電力機(jī)車采用三相牽引電動機(jī),盡管由于技術(shù)水平的限制未能被SNCF相中,但這個嘗試充分證明三相牽引電動機(jī)在電力機(jī)車上的應(yīng)用是具有前景的。

注釋
⑴法語:Société Nationale des Chemins de fer Fran?ais。
參考
《CC 14000 SNCF - Trains d'Europe》:http://www.trains-europe.fr/sncf/locomotives/14000.htm
《CC 14000》:http://uxtobirza.free.fr/trains/voir_loco.php?Classe=CC%2014000
《[CC 14000 / CC 14100] Sujet Officiel - Matériel roulant ferroviaire - Le Web des Cheminots》:https://www.cheminots.net/forum/topic/30793-cc-14000-cc-14100-sujet-officiel/
《Les CC 14000 & 14100 Hornby Jouef, les BB 12000 & 13000 - Le blog de challenger60》:http://challenger60.over-blog.com/2016/10/les-cc14000-14100-hornby-jouef-les-bb12000-13000.html