作者：于文涛 麻冰玲
出版社：中国铁道出版社
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客车电气装置试读：
前言
随着铁路交通运输事业的迅速发展，铁道车辆技术装备水平迅速提高。为满足铁道车辆专业教学和铁路职工培训的需要，本书根据铁路高职铁道车辆专业教学计划而编写。
本书编者及主审分别来自从事铁道车辆专业职业教育教学第一线的教师和铁路客车运营单位现场的工程师。在编写过程中紧扣现场应用和职业教育的培养目标，结合职业教育的特点和要求，在课程体系安排及教材内容的选取上，力争做到教材的总体结构和课程目标之间的一致性，正确处理好教材的知识传授和能力培养这两者之间的关系。
本教材是在2008年由中国铁道出版社出版、杨志强主编的《客车电气装置》的框架基础上改进编写的，前期编写者付出了大量的辛苦和劳动，奠定了客车电气装置的基本框架，在此向前辈们表示真挚的敬意和感谢。
本教材增加了制氧机、火灾报警装置、集便器、列车信息显示、列尾装置、交流在线绝缘监测装置、动车组电气系统等新内容，并对BSP客车电气系统、25T客车电气系统、客车轴温报警系统、客车行车安全监测系统、发电车供电系统部分章节内容作了调整。
本书由于文涛、麻冰玲主编，李原福、李广才副主编；郑州铁路职业技术学院董黎生和郑州车辆段张洪河担任主审，编写分工为：郑州铁路职业技术学院于文涛（第六章、第八章、第十二章）、李新东（第九章、第十四章），浙江师范大学交通学院杨志强（第四章），辽宁轨道交通职业学院麻冰玲（第七章），河北轨道运输职业技术学院高喜延（第二章），山东职业学院李广才（第五章），天津铁道职业技术学院王慧霞（第一章），华东交通大学轨道交通学院李津（第十三章），吉林铁道职业技术学院李原福（第三章）、王珂（第十一章），郑州车辆段张志辉（附录——客车电气装置典型技能训练标准），西安铁路职业技术学院雷晓娟（第十章）。
本书在编写和出版过程中，得到各界专家、学者的大力支持，对他们的辛勤劳动和无私奉献表示真挚的谢意。同时，对本书参考文献中的有关作者致以诚挚的感谢。
由于编者水平有限，书中错误，不妥之处在所难免，希望使用本书的读者批评指正。
编者2015年1月第一部分客车供配电装置
为了满足旅客和乘务人员旅途生活需要和改善车内卫生环境，在客车上设置一些电气装置，这些电气装置需要由供电设备供电并实行电气控制和检测，我们把这一类为电气装置供电和电气控制及检测的设备统称为客车电气装置。这些电气装置按照功能不同分为客车供配电装置、客车用电装置和客车安全监测装置。
我国铁路客车供电装置大致经历三个阶段：第一阶段为20世纪50年代到80年代，是轴驱式发电机供电，是非空调客车（包括21型、22型、25B型及进口的24型车）上的电气装置，为客车的照明、通风、广播、轴温报警等装置供电。轴驱式发电机和蓄电池组并联供电，当发电机停止转动或低速转动时，由蓄电池组供电。随着客车电气设备的不断增加，用电量越来越大，客车供电装置发展到以发电车为代表的第二阶段。第二阶段是柴油发电车供电，为空调客车上的空调等交流负载供电。空调客车研制始于20世纪60年代，广泛普及于20世纪90年代，25G型客车定型于1992年，25K型客车定型于1998年，25T型客车定型于2004年。第三阶段是机车DC600V供电。20世纪80年代，中国铁路开始研究电力机车向客车供电技术，由电力机车或内燃机车提供两路DC600V（2×400kW）电源给空调旅客列车，在电气化区段，采用由电力机车集中供电、客车分散变流供电方式。非电气化区段，由DF11改内燃机车向客车提供DC600V电源。与发电车相比，机车供电好处是符合国家能源政策，供电容量充足，能较好地改善客车旅行条件，并具有显著的经济效益和社会效益，是客车电气装置发展的方向。
一、我国铁路客车的供电方式及用电制
客车供电系统用于为车上用电装置提供电能，它有单独供电、集中供电和混合供电三种方式。（一）单独供电
单独供电又称分散式供电。它是在单节客车上安装一套独立的供电装置。当车辆用电量较小时，也可以每两辆或三辆车共用一套独立的供电装置，此时安装有发电设备的客车称为母车，不带发电设备的车称为子车，子母车之间通过车端电力连接器连接车内输电干线。客车单独供电有下述三种类型。
1.蓄电池组供电
单独使用蓄电池组供电是根据车内负载的工作电压和功率，把若干个蓄电池结合起来向负载供电。这种供电方式的优点是设备简单，使用方便，可靠性好，电流是纯直流成分；缺点是单位功率所占的体积和重量较大。蓄电池在放电过程中电压逐渐降低，电池放电至终止电压时，必须停止放电并进行充电，否则会因过放电而损坏电池。所以这种供电方式在用电量不大的客车上使用，我国干线运营的客车上已不易见到。
2.轴驱式发电机供电
采用车轴驱动的发电机与蓄电池组并联供电，是世界各国在普通客车上运用较广泛的一种供电形式。我国旧型普通客车曾采用轴驱式LK5型直流发电机，从20世纪70年代开始，在普通22型和23型客车上广泛使用三相感应子发电机。轴驱式发电机的工作电压，当功率小于3kW时为24V，功率3～10kW时为48V，功率在10kW以上时为110V。
3.小型柴油发电机组供电
在客车底部装设小型柴油发电机组，并由其向车内的负载供电，这种供电方式称小型柴油发电机组供电。采用这种方式单独供电，可以减少机车牵引动力损失，提高供电电压，减少蓄电池用量，便于长时间停站时利用市电，但要求机组工作可靠，噪声和振动小，使用维修方便。这种供电方式适用于单独或分开联挂且装有空调装置的客车，如长春轨道客车股份有限公司生产的RW 型空调软卧车和四方机车22车辆股份有限公司生产的YW 型宿营车采用的就是这种供电方式。22（二）集中供电
由于我国目前的主型客车已从22型转换为25型，越来越多的全列空调旅客列车运行在全国铁路干线上，因而集中供电的方式已成为列车供电的主要形式。
对于用电量较大并且是固定编组的列车，采用全列车集中供电的方式。列车集中供电的电源，在非电气化区段，由列车中的发电车柴油发电机组提供；在电气化区段可以由接触网通过电力机车主变压器提供。
1.柴油发电车供电
由发电车的柴油发电机组集中供电时，供电电压一般为线电压400V、相电压230V三相电、50Hz，通过车端连接器向联挂的客车分二路送电，输电干线的压降应不大于5％。这种供电制式的优点是用电负载，如异步电动机和日光灯以及控制电器与保护元件等可直接采用民用产品，但输电电流与所需的三相四线制输电干线截面积都较大，干线穿管施工难度较大，对连接器的插头和插座间接触电阻要求非常严格（小于0.0008Ω）。因此，在可能的条件下应将供电干线电压提高。
2.接触网供电
我国电气化铁路供电的额定电压为单相工频25kV，波动范围19～27kV。我国由接触网供电的旅客列车，通过新型客运电力机车主变压器增设的两个辅助绕组，供给容量为800kV·A、串联电压为3kV（并联为1.5kV）的电能。即通过电力机车主变压器，将受电弓取得的单相工频25kV的电压，转变为单相工频3kV或1.5kV的电压，输送给所牵引的客车。
由接触网供电的客车用电负载的特点是：空调机组电动机为三相异步电机，其三相电源由分散于每辆客车中的三相逆变器供电；采暖电加热器与电开水炉由降压变压器提供电源；照明与通风机由带有充电机的蓄电池组供电并通过变换器变换成交流电，以保证摘挂机车时也能正常工作。
由接触网供电的客车，由于输电电压较高，因此输电干线与车端电力连接器必须具有良好的绝缘性能，连接器必须带有钥匙，以保证操作安全。
接触网客车供电方式有机车供电、电源车供电和DC600V/AC380V兼容供电三种。（三）混合供电
鉴于目前铁路牵引动力存在多种类型，客车编组方式也不尽相同，因此，除上述两种供电方式外，还有混合供电方式。混合供电有下列几种情形：
1.客车照明与通风机由轴驱式发电机与蓄电池并联供电，而车上的采暖电热元件由电气化铁道的接触网供电，这种供电方式适用于电气化区段运行的普通客车。
2.客车照明和另外一些低压直流用电器由轴驱式发电机与蓄电池并联供电，空调机组由本车小型柴油发电机组或发电车供电。
综上所述，客车的供电系统有多种形式，在运用时应根据车种、用途、编组方式、负载类型、功率、用电要求及供电经济性等条件来具体选择。
二、车体配线
车体配线是客车供电装置的重要组成部分，它的作用是将供电装置、用电设备和控制保护装置连接成一个完善的电气回路，把电能安全可靠地输送到用电设备中去。客车车体配线，根据供电方式的不同分为分散式和集中式；按用途可以分为电力配线和广播配线两个系统；按车体配线在车辆中所在的部位分为车上配线和车下配线两个部分。车上配线即装在客车地板以上的供电线路，它敷设在车内侧壁或车顶棚的间壁内，将电能通过配电盘分送到各用电设备；车下配线即敷设在地板以下的供电电路，它敷设在贯穿车底的电线管内，通过分线盒和电气连接器沟通车辆间的电力系统。
三、车电装置位置命名方法
为了便于铁路车辆检修，对于车辆及其配件都规定了一定的方位。车辆的方位分为1位和2位。配件则根据车辆方位再按同类配件的前后左右进行分位。
车辆的分位是以制动缸活塞伸出的方向来决定的，其伸出方向为1位或1位车端，如图0-1所示。为了便于识别，在车体两端脚蹬架外侧用白色油漆喷涂有定位标记“1”和“2”。
根据车端的定位标记，即可对各个车电机具的位置进行命名，具体规定如下：
1.图0-1为沿车体长度方向排列的车电装置，按位置称呼法所列的车电机具。沿车体长度方向单行排列，如顶灯、顶扇、床灯及通过台灯，应自1位车端顺次数到2位车端，称之为第几位某某机具，如图0-1（a）所示。
图0-1 车电装置的位置称呼法
2.沿车体长度左右对称排列或虽不对称但数量较少，如壁灯、壁扇、识别灯、电气连接器、播音连接器、厕所灯及侧灯插座等，可站于2位车端面向1位车端，自1位车端右侧开始，交替数到2位车端，称为几位某某机具，如图0-1（b）所示。
3.蓄电池及分线盒，应按第2条判断左右的方法，称右侧为1位侧，左侧为2位侧。每侧分别由1位端数到2位端，称之为几位侧第几位某某机具，如图0-1（c）所示。
总之，除蓄电池和分线盒外，数量在两个或两个以上的车电机具，可以站于2位车端面向1位车端，由远及近，由右到左顺序定位。对于数量仅有一个的车电机具可直呼其名。
四、车体配线绝缘电阻的测量
车体配线绝缘的检测方法常用的有导线接地（又称打火法）、灯泡接地（又称亮灯法），但这两种方法只能粗略地判断漏电程度，不能准确地反映绝缘电阻值的大小。
目前，车体配线的绝缘性能常用100V或500V兆欧表来测量或使用直读式绝缘电阻检测表，图0-2所示为这种检测表的外形结构图。它是由下述三个部分组成的。
图0-2 直读式绝缘检测表
1.接线柱，为了方便检测，接线柱一个接地，另一个接车体正线或负主线。
2.表头采用磁电式直流微安表。
3.转换开关分为如下三挡：（1）“检测”位置——检测绝缘是否接地或绝缘是否合格，在刻度线读数；（2）“×1kΩ”位置——用于检测全列车的绝缘，在刻度线读数；（3）“×10kΩ”位置——用于检测母车与子车的绝缘，在刻度线读数。
客车车体配线的绝缘测量，用500V级绝缘电阻计测量正负两线间及各车体间的绝缘电阻值应符合表0-1的规定。
表0-1 客车车体配线的绝缘测量值单位：MΩ第一章客车蓄电池供电第一节概述
20世纪50年代以前，铁路车辆上使用的蓄电池是酸性铅蓄电池，特点是：规格型号多，电气性能和技术经济指标比较落后，涂膏式极板，体积、重量大，维修保养工作量大，不便于拆装。
20世纪60～90年代，客车上基本使用的是TG型蓄电池。这种蓄电池的电气性能和技术经济指标都有了改进和提高。它的极板结构是把阳极板结构做成层状，大大提高了它的使用寿命。但因TG型蓄电池仍属酸性铅蓄电池，它的固有缺陷无法克服，如对环境污染等。为了解决酸性电池存在的问题，1986年原铁道部车辆局组织有关部门和单位进行研讨，选择了碱性蓄电池作为客车供电电源。20世纪90年代，客车蓄电池开始使用碱性蓄电池。
目前国际上正积极研制开发用于高速列车供电电源的燃料电池。燃料电池是直接将燃料能源转化为电能的电池设备，燃料电池基于电化学而不是燃烧，因此具有“高效低噪、无辐射”的特点。燃料电池的研究有助于提高能源效率，通过降低对进口石油的依赖性而增强国家能源安全性以及改善环境质量。
客车蓄电池按用途分为供电蓄电池、启动蓄电池两类；按电解液性质分为TG型酸性铅蓄电池及GN型碱性镉镍蓄电池。
一、供电蓄电池
普通客车及德国进口空调客车，采用轴驱式发电机与蓄电池组并联供电。当车辆停站或低速运行时，轴驱式发电机尚未建立足够电压，车上电灯、电扇、电动水泵以及空调机组均由蓄电池组供电。普通客车采用48V直流电源，蓄电池组由24只蓄电池串联而成；空调车采用110V直流电源，由56只铅蓄电池或78只镉镍蓄电池串联而成。
DC600V/380V兼容集中供电空调客车，为了保证照明、通风及控制电器使用不间断电源，采用110V供电装置。这种装置由充电器、蓄电池组等部件组成。其中，蓄电池组采用78节中倍率碱性蓄电池，200km/h电力动车组采用镉镍免维护电池，额定电压为93.6V，容量为100A·h，额定充电电压为115V，最大允许充电电流为25A。充电器将DC600V直流电变换成DC110V直流电，向蓄电池充电的同时，向110V用电负载供电。当摘挂机车或停电时，由蓄电池供给照明、通风及控制电器等用电。
二、启动蓄电池
发电车和带有空调装置的软卧车或公务车中的柴油机发电机组，用启动蓄电池驱动直流电动机启动柴油机，使柴油机转速达100r/min以上。
启动蓄电池具有大电流（400～1000A）放电、蒸馏水消耗多、充放电频繁的工作特点。第二节TG型铅蓄电池
蓄电池是一种化学电源，它可以把电能转变为化学能储存起来，使用时再把化学能转变为电能释放出去，前者称作充电，后者称作放电。蓄电池的充、放电是可逆的，可以反复使用，这是蓄电池和其他化学电源的主要区别之一。蓄电池根据极板所用材料和电解液性质的不同，一般可分为酸性（铅）蓄电池和碱性（铁镍或镉镍）蓄电池两种。在我国铁路客车上使用的酸性铅蓄电池为TG型（T表示铁路用，G为本型电池采用管式正极板）。
一、TG型铅蓄电池的构造与电化学反应方程式
TG型铅蓄电池的结构如图1-1所示。
图1-1 TG型蓄电池结构图
1—负极板群；2—正极板群；3—电池槽；
4—极耳卡；5—沥青封口；6—浮标；7—电池盖；
8—注液孔盖；9—防护板；10—隔板
1.正极板群：为增大蓄电池的容量，获得较大的放电电流，蓄电池的极板由10片组成。每片正极板又由板栅铅芯、套管和作用物质三部分构成。
2.负极板群：负极板群是由11片涂膏式负极板组成，每片负极板由栅格状基板和铅膏两部分构成。在蓄电池极板群的制作中，均使负极板片数比正极板片数多一片，这是由于蓄电池在放电时正极板上的二氧化铅要变成硫酸铅，作用物质体积发生膨胀，如果正极板和负极板数量相同，放电时最外侧的一块正极板只一面发生作用，易产生单面膨胀造成极板弯曲。
新造蓄电池在工厂内要进行化成充电，其目的是要使两极板上的作用物质（此时的极板为生板）电化成有用的作用物质，即正极板上为多孔性的二氧化铅，负极板上为海绵状铅，同时具有疏松适度的结构。经化成后的正负极板群，在其极板表面不仅积聚了有效的作用物质，而且也构成了电池在充放电过程中的电流通路。
3.隔板：隔板用来隔离正、负极板，防止它们互相短接。
4.电池槽：电池槽是盛装极板群和电解液的容器，其底部有支持极板的脚垫，以防止作用物脱落造成极板底部短接。
5.电池盖及浮标如图1-2所示。
图1-2 电池盖及浮标结构图
1—注液孔；2—浮标套；3—浮标；4—电池盖；5—浮标孔盖
电池盖上有极耳孔、注液孔及浮标孔，浮标孔盖中央处装有浮标套、浮标和浮标孔盖，浮标是指示电解液液面高度的装置，它的上部有三条指示线，中间为蓝色，其他两条为红色。当蓝色指示线与浮标孔盖顶面在同一水平时，表示液面高度合适，当上端或下端红线与浮标孔盖顶面在同一水平线时表示液面高度已达到最低或最高限，遇此情况应对液面高度进行调整。注液孔上旋有注液孔盖，其侧面有排气孔。注液孔盖旋下后可以给电池补液，充电时电池内产生的气体可从排气孔排出。蓄电池全部组装好后，用沥青将盖与槽封固，防止进入灰尘和电解液溢出。
6.铅蓄电池的电化反应方程式（充电）
当蓄电池放电时，蓄电池的放电应放到规定的终止电压即停止，即蓄电池不宜过度放电（简称过放电）蓄电池过放电时，容易使与有效作用物质混在一起的微小硫酸铅结晶形成较大的晶粒，增大极板电阻，再充电时就很难还原，甚至结晶到一定程度后导致蓄电池容量严重下降。
当蓄电池充电终期时，由于正负极板上的硫酸铅（PbSO ）大4部分已被还原成二氧化铅（PbO ）和海绵状铅（Pb），若再继续充2电，充电电流只能起到分解水的作用，结果在负极板上有氢气（H2）逸出，在正极板上则有氧气（O ）逸出，造成强烈的冒气现象。因2此，蓄电池充电终期应注意充电电流不宜过大，否则，产生强烈气泡，造成极板上的作用物质脱落，影响蓄电池的寿命。
二、电解液
它是电池进行电化学反应的参加物和内部导电的条件。铅蓄电池的电解液是用浓硫酸和纯水按一定比重调制而成的稀硫酸。所用的浓硫酸是一种无色、无臭的透明油状体，在15℃时的比重为1.835，含纯硫酸93.2％，所用的水必须是经过净化的水（如蒸馏水），不能用自来水和其他天然水代替。其中蒸馏水中氯离子含量不得大于5.5mg/L，铁离子含量不得大于5.0mg/L，蓄电池用蒸馏水作电导实验时，其绝缘值应大于或等于0.3MΩ。
三、铅蓄电池的特性
1.电动势
在实际运用中，铅蓄电池的电动势可按E=0.85+d（V）计算，式中d是电解液在极板有效物质细孔中的比重值（15℃）。在充电或放电终了后的一段不长的时间内，蓄电池的电动势在充电后略有降低，在放电后则略有升高。
蓄电池的电动势在静态时均为2.00～2.06V，一般按2V左右计算。
2.端电压
蓄电池的端电压随电池充放电的状态而变化。放电时端电压降低，充电时端电压要比电动势高，相差的数值等于放电电流或充电电流在电池内阻上的电压降。
3.容量
蓄电池由充电充足状态，放电至规定终止电压时所放出的总电量为蓄电池的容量，它表现出蓄电池的蓄电能力。当蓄电池以恒定电流放电时，它的容量C等于放电电流值I 和放电时间T 的乘积，单位放放为A·h，即：C=I T 。蓄电池的容量大小与很多条件有关，如蓄电放放池的充电程度、放电电流、放电时间；电解液的比重、温度；电池的效率和新旧程度以及蓄电池极板表面进行电化反应时参加反应的作用物质的多少等。影响运行中蓄电池容量的主要因素有以下两个方面。（1）放电率：蓄电池放电至终了电压的快慢叫做放电率。放电率可以用放电电流的大小或者放电至终了电压的时间长短来表示。例如一只315A·h容量的蓄电池，以52.5A电流放电，6h后达到终了电压。此时，如用电流表示放电率为52.5A率；如以时间表示则为6h率。一般放电率多用时间表示。（2）电解液温度：电解液温度高时，蓄电池容量增大。反之容量下降。
为了统一考察蓄电池的容量，根据检修规程的规定，TG型蓄电池的额定容量是以电解液平均温度为30℃时6h率的放电容量为标准。
4.内阻
蓄电池的内阻包括极板的电阻、电解液的电阻以及作用物质细孔内所含电解液的电阻等，其中主要是作用物质的电阻和电解液的电阻。蓄电池的内阻与电解液的温度成反比，温度高时内阻小，温度低时内阻大。此外，电池的内阻还随电池充放电程度而变化，充电时内阻逐渐减小，放电时内阻逐渐增大。
5.自放电
蓄电池在外电路开路时其容量的无益消耗称为自放电。造成铅蓄电池自放电的因素很多，如负极板海绵状铅的自动溶解，正极板二氧化铅的自动还原和电解液中混有有害杂质等，都能引起自放电的产生。
6.效率
表示蓄电池电量或能量利用程度的百分数称为蓄电池的效率。蓄电池的效率的表示方法有两种，即安时效率和瓦时效率
蓄电池的安时效率一般能达到85％～90％，瓦时效率能达到70％。
四、铅蓄电池充放电工作
蓄电池的充放电工作是蓄电池检修过程中的重要环节。通过它可以检查蓄电池定检后的技术状态，同时恢复电池的容量。充、放电工作的质量对蓄电池的运用性能和使用寿命影响很大。蓄电池的充电方法有定电流充电法、定电压充电法和分级定电流充电法几种，客车电池定检中的充电均采用分级定电流充电法。几种经常进行的充放电工作的意义分述如下。
1.初充电
指新造电池使用前的第一次充电。目的是恢复新造电池在化成后的部分放电和极板作用物质未被化成的部分充分化成。
2.普通充电
运用电池因放电或经过检修后为恢复容量而进行的充电。
在上述两种充电过程中，如遇到电池温度接近45℃时应适当减小电流或采取降温措施，通常采用强通风冷却或事先将电池放在水槽中用循环水降温。充电时电解液的温度不得超过45℃。
3.放电试验（1）容量放电：经过定期检修的蓄电池，为了检查第一次充电后的容量，应进行全容量的放电称容量放电。根据试验结果，可以了解充电的质量和运用电池自上次定检以后的使用情况。当测得的实际容量低于标称容量的70％时，一般不再装车使用。容量放电以6h率电流进行放电，终止电压为1.75V。同车蓄电池的容量差不超过10％。（2）准放电：凡实行定期检修并需分解的蓄电池，应首先进行一次部分容量的放电称准放电。准放电以6h率电流进行放电，终止电压为1.9V。
4.补充电
在列车上运用的电池，当遇到某些特殊情况如列车中途意外停车或列车编组母车不足，以及长期停用的母车电池自放电严重等，造成电池容量过少时，可在车库内进行补充电。补充电所用电流的大小，根据电池的具体情况而定，一般以10h率为宜。第三节GN型碱性蓄电池
碱性镉镍蓄电池具有腐蚀性小、环境污染小、自放电小及低温性能好、寿命长等优点。碱性蓄电池由于极板活性物质的不同，分为铁镍蓄电池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池等，按极板结构可分为有极板盒式和无极板盒式；按外形结构可以分为开口式和密封式。镉镍蓄电池在铁路客车上的运用越来越广泛。目前使用较多的为GN-300型、GN-450型等，其中G为负极材料镉的代号，N为正极材料镍的代号，300或450为蓄电池的容量。
一、镉镍蓄电池的构造与电化学反应方程式
1.GN型碱性蓄电池的结构（图1-3）
客车用的镉镍蓄电池是方形开口袋式，它主要由正极板、负极板、隔离物（隔膜）、壳体和电解液五大部分组成。
图1-3 GN蓄电池结构图
1、2—负极板组；3、4—正极板组；5、6—隔膜；7—壳体；8—塑料内盖；9—塑料盖；10—极柱密封；
11—极柱套管；12—金属垫圈；13—装配气塞；14—金属垫圈；15—六角螺母；16—波形弹簧垫
2.电化学反应方程式（放电）
二、主要性能参数及技术要求
1.电压（1）充电电压：指电池在充电时两极的电位差，即U =E +I 充0 R 。充内（2）放电电压：指电池在放电时两极的电位差，即U =E -I 放0放R 。内（3）额定电压：指放电过程中的平均电压。目前国际电工协会IEC标准规定，镉镍系列电池单只额定电压为1.2V。
2.容量
容量定义与铅蓄电池相同。
3.放电率
放电率即放电速率，碱性电池通常分为“时率”和“倍率”。时率即按规定小时数放完额定所需的电流强度值，如GN300电池，额定容量为300A·h。按5h率放电的电流强度值为
倍率即为以额定容量值的若干倍电流（数值）放电的电流强度。如GN300电池以0.2倍率放电的电流强度为0.2×300=60（A），可表示为
0.2C 5 =60A
式中 C 5 ——以5h率放电的容量，一般以额定容量计算。
4.自放电率
自放电率的定义与铅蓄电池相同。镉镍蓄电池在室温下充电后，在（20±5）℃环境中搁置一个月，电池的剩余容量不低于额定容量的90％，其放电率不大于25％，搁置1.5～2个月就完全停止自放电，容量一直在额定容量的75％左右。
5.寿命
蓄电池每充、放电一次叫一次循环，按IEC标准进行寿命实验，循环次数不小于500次，一般在1000次以上。
6.保存期
蓄电池的保存期为四年，其性能应符合上述主要电气性能要求。
7.外观要求
蓄电池塑料外壳应整洁，所有金属零件应镀镍，极柱、螺母，金属垫圈应涂一层凡士林油。
8.气塞密闭性要求
将电解液放入蓄电池中，使液面高出极板50～60mm，拧上气塞，蓄电池倾斜30°不漏液。
三、镉镍蓄电池的段修
1.检查电解液（表1-1）（1）用浮标测试电解液的比重（一般测试3～5只电池），如不符合要求应进行调整。（2）测电解液的碳酸根含量。（3）蓄电池以1/5额定电流恒流放电至1.0V/只，倒出电解液，在确保电池内部清洁后注入所需的新电解液进行充电。放电时电解液的温度不得超过45℃。
2.检查电池容量
当电池容量低于70％时，视为寿命终止，三次循环一次符合要求即可。同车蓄电池的容量差不超过10％。
3.电池按容量分类
段修时同一客车蓄电池容量相差不大于10％，大修时，酸性蓄电池容量差不超过5％，碱性蓄电池不超过8％。
4.装车前的充电
按容量分类后，注入电解液，静置2h后，调整液面，然后用1/5额定电流恒流充电，当充入的电量为160％时停止充电，静置2h后，拧上气塞并用棉纱将蓄电池外表擦干净，待装车运用。
表1-1 镉镍蓄电池用电解液技术要求复习思考题
1.写出TG型铅酸蓄电池充、放电过程的电化反应方程式，并标明其极性。
2.写出GN型碱性蓄电池充、放电过程的电化反应方程式，并标明其极性。
3.什么叫容量？影响其大小的因素有哪些？
4.碱性蓄电池相比酸性蓄电池有哪些优点？
5.简述镉镍蓄电池段修的主要技术要求。第二章轴驱式发电机供电
轴驱式发动机供电装置是我国在20世纪60年代引进设计的用于铁路客车的供电装置，采用轴驱式交流感应子发电机和蓄电池组并联供电。列车运行时，车辆的轮轴通过皮带或万向轴传动装置带动三相感应子发电机工作，发电机输出的三相变频交流电经硅整流后，供车上的电气负载使用，并向蓄电池组充电，列车停站时，由蓄电池组向车上的电气负载供电。由于这种供电装置中的发电机是由车轴驱动的，所以称之为轴驱式发电机供电装置。
轴驱式发电机供电装置分为轴端皮带轮带动的J 型感应子发电5机，输出电压48V；万向轴带动的110V发电机两种。本章主要介绍J 型感应子发电机的结构和原理，KP-2A型可控硅电压自动调整装5置。
目前，22型普通客车普遍采用车轴驱动交流发电机供电装置，其电气系统主要由蓄电池、J 感应子发电机、KP-2A型控制箱、客5车电扇、客车照明与逆变器及车体配线等组成。其供电系统的基本组成和原理如图2-1所示。
图2-1 22型客车轴驱式发动机供电系统图
1—钢轨；2—发电机皮带轮；3—控制箱；4—主整流管；5—蓄电池组；6—电扇；
7—电灯；8—灯具；9—发电机；10—传动皮带；11—轴皮带轮；12—车轴；13—车轮
行车时，发电机输出的三相交流电首先经过桥式整流电路整流，然后通过车体配线送给车上各种负载，包括直流负载和交流负载。向交流负载（荧光灯）供电时须经逆变器将直流电变换成交流电后方可使用。除了向车上负载供电外，还须向蓄电池充电。发电机输出电压的稳定及蓄电池充电电流的大小由控制箱来控制。列车停车或低速运行时改由蓄电池供电。第一节客车感应子发电机
在客车车轴式交流发电机供电装置中，主要采用了感应子发电机。它属于同步交流发电机的一种，具有结构简单、维护方便、重量轻、功率大等优点。客车感应子发电机按功率可分三种，即3kW（J 型）、5kW（J 型）、7kW（J 型），分别适用于用电量不同的客357车。目前用得最多的是J 型。感应子发电机的主要技术数据如表2-15所示。
表2-1 感应子发电机的技术数据
一、感应子发电机的构造
它由机座、端盖、轴承及轴承盖、定子铁心、激磁绕组及电枢绕组和转子等部分组成。外形如图2-2所示，其结构如图2-3所示。
图2-2 J 型感应子发电机外形图5
图2-3 J 型感应子发电机结构图5
1—吊耳；2—接线盒；3—后轴承外盖；4—后轴承内盖油封圈；5—后轴承内盖；6—后端盖；
7—机座；8—定子；9—转子；10—前端盖；11—前轴承内盖；12—前轴承外盖；
13—三角皮带轮；14—键；15—三角皮带轮挡圈；16—小楔槽；17—大楔槽
1.机座
机座是整个发电机的支持架，承受着定子和转子的全部重量，用QT450-10球墨铸铁铸造。机座上有一吊耳，用以将电机悬挂在吊架上。吊耳孔内镶有表面硬化钢套或尼龙套，套孔内径为ф（32.2±0.1）mm，套壁厚为4mm。吊耳上有一注油孔。
机座上在发电机引出线端装有接线盒。
2.定子铁心
定子铁心压装在机座内腔，用以嵌放电枢绕组和激磁绕组，同时也是电机磁路的组成部分。由硅钢片冲片叠压而成。它的内圆周上有两个大槽用来嵌放激磁绕组，22个小槽用来嵌放电枢绕组（图2-4）。它的外周上有6个鸠尾槽，两端有定子端板和定子压圈各一块。它是将定子冲片（图2-5）、端板及压圈叠压紧密后在鸠尾槽上插入夹片，夹牢后焊固成一个整体。
图2-4 机座及定子铁芯
1—机座；2—定子芯片；3—吊耳；4—接线盒
图2-5 定子冲片及定子组成（单位：mm）
1—定子端板；2—定子夹片；3—定子冲片；4—定子压圈；5—激磁线圈；6—电枢线圈
3.转子
转子的作用是旋转时改变了发电机气隙中的磁通密度，使电枢绕组中产生感应电势。转子由转轴和转子铁心组成。当转子旋转时，改变了发电机气隙中的磁通密度，使电枢绕组中产生感应电势。转子铁芯也采用硅钢片冲片叠压而成，目的是减少涡流损失。转子冲片的外圆周上均布有6个凸齿和凹槽。转子的轴用45号钢镟制而成，轴上开有一个沿轴向倾斜1°10′的斜键槽。转子组装时冲片沿斜键套装在轴上，使转子的凸齿成为斜齿，其目的是改善电机输出电势的波形，同时也减少电机的附加损耗和噪音。转轴上具有1∶10锥度的一端供安装皮带轮用，如图2-6所示。
4.激磁绕组和电枢绕组
激磁绕组用以产生发电机的主磁场，由两个线圈串联组成，每个线圈用ф1.25mm的高强度漆包线两根并绕150匝。激磁绕组中通入直流电产生发电机工作主磁通。常温下激磁绕组的总电阻为2.3Ω，允许长时间通过的最大激磁电流为9A。
图2-6 转子组成及转子斜齿
电枢绕组（又称工作绕组）的作用是产生感应电势并向外输出电能。它共有12个线圈，每4个接成一相。24V供电时每4个线圈并联，48V供电时每2个线圈先串联再并联。
激磁绕组的2个线圈放在定子铁心的两个大槽内，嵌好后用铝制的槽楔楔紧。两线圈采用顺向串接，通入电流后它们产生的磁通方向相同。电枢绕组的12个线圈嵌放在定子铁心的小槽内，并用石蜡煮过的竹制槽楔楔紧。在J 型发电机中，每一激磁线圈所包围的定子5铁心部分都与两个转子齿距相对应，转子转至任一位置时，与激磁线圈所包围的定子铁心部分相对应的转子凸齿总数始终是两个。
5.端盖、轴承盖及轴承
发电机有前后端盖各一个，每一盖上装有轴承及轴承内外盖。端盖及轴承内外盖都由灰铸铁铸造而成，内外轴承用螺钉固定在端盖上，前后轴承盖上均设有注油孔。前轴承用32311型滚柱轴承，后轴承采用309型滚珠轴承。端盖是电机轴和轴承的支座，同时对电机具有密封和散热作用。
二、J 5 型发电机的工作原理
J 型发电机属于交流感应子发电机，其基本工作原理是：当激5磁绕组内通过直流电流时，电机内产生主磁道，磁力线经过定子齿→气隙→转子齿→气隙→定子齿而构成磁路。发电机工作时，转子不断旋转，通过电枢绕组的主磁通发生变化，磁通随着转子凸齿的旋转而运动，因此电枢绕组切割磁力线而产生交流感应电动势。转子旋转一周，电枢绕组的感应电动势就变化6周，发电机就相当于有6对磁极，所以该电机电势的变化频率f可按下式计算，即
式中 z——转子凸齿数；
n——发电机的转数。
由于各电枢绕组的两有效边轮流被感应，而且极性和运动方向相同，结果每个工作绕组都感生交变电势。由于三相绕组嵌线相差120°机械角，故发电机感生相位差互为120°的三相对称交流电。
三、J 5 型感应子发电机的工作特性
影响发电机端电压的因素有：发电机的激磁电流I 、发电机的激转速n及发电机的负载电流I 。负
转速变化时，单位时间内通过电枢绕组的磁通量也要变化。电枢绕组上有负载电流通过时，由于电枢反应，将使主磁通削弱。另外，内阻的存在还会引起内部电压降。调节激磁电流，则发电机的磁通量就发生变化，因而使发电机端电压变化。
这四个参数间的相互变化关系称为发电机的特性，如用一组曲线来表示，就得到发电机的特性曲线。
1.空、负载特性
在图2-7中，使I =0，令发电机转速n为常数，改变激磁电流I ，负激测量发电机的端电压（即电动势E）便可得到发电机电动势随激磁电流变化的关系曲线，此曲线就是空载特性曲线，如图2-8所示。曲线的特点是，当I 很大时，发电机电动势明显下降，这一现象是由磁激饱和现象引起的。
图2-7 特性试验电路图
图2-8 发电机的空载特性曲线
图2-9为J 型发电机的空、负载特性曲线。图中有两组曲线为空5载曲线。这两组曲线均由上升曲线和下降曲线所组成，下边的一条为上升曲线，是随I 的逐步增加得到的；上边的一条为下降曲线，是激随I 的逐渐减小得到的。这两条曲线之差异是由磁滞现象造成的。激由图示的两条曲线可以看出，在I 一定的情况下，转速高时，电机激端电压高；转速低时，电机端电压则比较低。当合上开关K并加上一定的负载后，可得到图中右边的一条电阻性的负载特性曲线。由图中可以看出，在转子转速n一定的条件下，当输出电压相同时，有负载比空载时所需要的激磁电流要大。
2.外特性
发电机的外特性是指转速n、I 、cosф均为常数的情况下，发激电机端电压随负载电流而变化的关系。J 型感应子发电机的外特性5曲线如图2-10所示。从图中可以看出，当负载电阻逐渐减小，负载电流逐渐上升时，发电机电压下降比较明显，这种外特性称为软特性。感应子发电机的外特性之所以比较软，主要是由于发电机的电枢反应较强和内阻压降较大造成的。
3.调节特性
一般发电机的调节特性曲线，是指为了保证发电机的输出电压不变，在转速等于常数的情况下，激磁电流随负载电流而变化的关系曲线。但对于轴驱式发电机，转速在运行过程中变化很大，其调节特性曲线如图2-11所示，它表明为保持发电机电压不变，在负载电流一定的情况下，激磁电流与转速之间的变化关系。由两条曲线比较可以清楚地看出发电机在空载高速时需要的激磁电流I 最小，在重载低速激时需要的激磁电流I 最大。因此，当发电机的负载和转速在较大范激围内变化时，欲将发电机电压稳定在额定值，激磁电流也必须能在较大范围内进行调节。
图2-9 空、负载特性曲线
图2-10 外特性曲线
图2-11 调节特性曲线
四、感应子发电机的维护、检修及试验
1.日常维护（1）检查发电机转子和定子间有无摩擦，卸下皮带转动小皮带轮听轴承的声音是否正常。每9个月给轴承注油一次。（2）发电机的绝缘是否良好，各接线是否正确、牢固。（3）发电机的悬吊装置良好，吊销磨耗不大于1mm、销孔间隙磨耗不大于2mm。
2.定期检修
发电机作定检时应将其分解，并检查各零件是否完整齐全，吊孔或吊孔套的磨耗是否超过规定。当电枢绕组的绝缘电阻达不到规定要求时，应做浸漆烘干处理。测量三相绕组的阻值或电感量的不平衡情况，以判明线圈有无短路或接线松脱的情况。电机分解时还应注意检查前后轴承，轴承的径向间隙应不大于0.25mm。电机经分解检查并将不良处修理或更换损坏零件后进行组装。电机组装后应检查定子铁芯的止动螺丝是否拧紧，皮带轮是否安装好，转子转动是否灵活，气隙是否符合标准（0.5mm）；测量电枢绕组和激磁绕组与电机机壳之间以及各绕组之间的绝缘情况。在确定发电机各部安装牢固，转动部分灵活，绝缘情况良好后，就可以进行试验。
3.发电机试验（1）空载高低速试验
发电机装上试验台后，以额定范围内的不同转速进行空载试验，检查发电机的机械状态是否良好。检查时，应特别注意电机定、转子间有无相互摩擦，轴承转动的声音是否正常。（2）三相电压不平衡度的检查
令发电机采用他激方式，并在激磁回路中串接可调电阻和电流表。将发电机转速调至850r/min，合上激磁回路的开关，在输出额定电压的情况下分别测量发电机电压U 、U 、U ，检查它们的ABBCCA不平衡度。按48V运用时，在正反转两种情况下，上述三个电压的差值应小于4V，如果电压相差很大，可能接线有错，如果没有电压，可能是激磁绕组两线圈接反。（3）空载和负载特性试验
令发电机采用他激方式激磁，在不同转速时，分别测出空载和满载情况下发电机的激磁电流I 和端电压U，根据测量的结果画出特激性曲线，并与状况良好的发电机空、负载特性曲线相比较，从而判定发电机的工作性能是否良好。（4）运用试验
将状态良好的待试电机与控制箱配套连接，进行运用试验，观察发电机的起激、调压和承载情况，最后带上额定负载运行一段时间，当电机温度达到稳定状态后，停车检查电机的温升（用点温计或水银温度计测量时，温升不大于80℃）。
五、发电机传动装置
1.概况
在客车车轴式供电装置中，一般以三角皮带传动，在三角皮带传动装置中，每根三角皮带都是环形无接头的，为了便于皮带的装卸，均将车轴皮带轮装在车轴端部，故又称为轴端三角皮带传动装置（J 型发电机轴端传动装置采用标准长轴斜套型）。整个传动装置一般5安装在1位转向架的3位角，该装置主要有发电机吊架，皮带拉紧装置、轴端连接装置等组成。
发电机通过吊轴悬挂在吊架上。吊架为П型铸钢构件，焊固于1位转向架的3位角。组焊时要求吊孔中心线与车轴中心线应平行，并要求吊架中心线与构架中心线（图2-12）的不平行度在500mm长度内偏差量应不大于1mm。
图2-12 轴端三角皮带传动装置
1—锁母；2—调整手轮；3—弹簧座；4—调整弹簧；5—调整杠杆；6—活动弹簧座；7—调整丝杠；8—杠杆固定销轴；
9—发电机吊架；10—转向架构架；11—发电机；12—发电机滑块托；13—B型三角皮带；14—三角皮带轮
2.传动装置的段修要求（1）RC 、RD 型轴端传动装置的顶套与轴承挡圈及皮带轮接44触须紧密；不装皮带轮时，轴端应更换保护套并顶紧顶套；密封圈作用良好；轴端压盖及组装螺栓不得松动，防松件齐全良好；退卸套须给油。（2）皮带轮组装前须在组合面涂变压油，组装后不得有圆周方向的移动。（3）皮带轮裂损或因磨耗至使新皮带与槽底面间隙小于3mm时更换皮带轮。第二节KP-2A型控制箱
由感应子发电机的特性可知，要维持输出电压不变，必须使激磁电流随负载增减和转速的改变而改变，以达到自动控制发电机端电压的目的。KP-2A型控制箱就是和J 型发电机配套使用的一种自动控5制装置。其型号的含义是：K—客车用；P—配电箱，即控制箱；2—设计序号；A—第一次改进设计。
一、KP-2A型控制箱的组成及原理方框图
KP-2A型控制箱由七个回路组成，即主整流回路、激磁回路、测量回路、触发器回路、限流充电回路、起激回路、过压保护回路，原理框图如图2-13所示，电气原理如图2-14所示。
其工作过程概括如下：
发电机由车轴驱动后，利用助磁开始发电，发电机输出电压的高低，由测量回路测量并输出一个相应的锯齿波电压，锯齿波电压与基准电压比较后，触发器回路根据此电压信号，在一个周期中提前或错后向可控硅提供控制极电流，使可控硅的控制角得到改变。这样，激磁回路输出的激磁电流便得到了调整，从而保证了发电机在干扰因素（转速n和负载电流I ）作用下的输出电压保持恒定。负
图2-13 KP-2A型控制箱原理方框图
图2-14 KP-2A型控制箱电气原理图
二、KP-2A型控制箱的主要技术参数（表2-2）
表2-2 KP-2A型控制箱的主要技术参数
三、各回路作用原理
1.主整流回路
主整流回路原理如图2-15所示。
图2-15 主整流回路
主整流回路的作用是，将发电机输出的三相交流电变换成脉动直流电供给车上负载并向蓄电池充电。
回路中主要元件的作用为：VD ～VD 构成三相桥式整流电路；16任意一只二极管在交流电一个周期中只导通三分之一周期。C 为三4只星形连接的纸介电容，装在发电机的接线盒内，它是交流侧高频滤波器，用以改善交流电压波形并消除高次谐波；C 、C 为直流侧56高频滤波器，用来改进直流脉动波形，消除高次谐波，减少对列车广播的干扰；C 为平滑滤波器，可使直流输出更加平稳。7
2.激磁回路
激磁回路原理如图2-16所示。
图2-16 激磁回路
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]