作者：史富强,梁朝利
出版社：中国铁道出版社有限公司
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铁道车辆电源技术试读：
前言
随着科技的飞速发展，我国铁路客车车辆的电气控制技术实现了从继电器控制到PLC控制以及向高度智能化、信息化的飞跃；车辆电源技术也经历了轴驱供电、发电车供电、机车供电的发展历程，并首创了安全可靠的高原客车、高原发电车供电系统技术；电压制式经历了DC 24V、DC 48V、DC 110V、AC 380V、DC 600V到交流传动动力分散型动车组AC 25kV的历程；电气设备从基本的照明、摇头电风扇到空调机组、电开水炉、压力保护设施等车内外设施，实现了节能环保，提升了旅客乘坐的舒适性和安全性。
铁道车辆电源技术快速发展的同时对车辆电气装置维护检修人员的要求也在日益提高，现场急需同时具备理论知识和现场经验的高级技术人才。故编者通过校企合作的方式，由理论教学经验丰富的专业教师和实践经验丰富的现场高级技术人才共同参与编写了本书。内容囊括了我国现有铁道车辆电源的主要形式；阐述了铁道车辆电气装置的组成、原理及发展历程，包括轴驱发电机供电、柴油发电机组供电、机车直流供电等，其中在机车直流供电（即DC 600V供电）系统中对目前车辆常用的主型车下电源的工作原理、维护检修均进行了重点介绍。
本书在编写体例上创新采用了项目化教学模式和任务驱动模式，在每个项目中，按内容划分为若干个任务或子任务，以完成任务的方式完成教学内容。本书可作为高等职业院校的专业教材，亦可作为现场设备维护检修的指导用书。
本书编写采用学校与企业双主编的形式，学校主编、副主编分别由具有丰富教学经验的陕西交通职业技术学院史富强，西安铁路职业技术学院姚姣凤担任；企业主编、副主编由西安铁路局车辆处梁朝利和西安客车车辆段技术科程刚、周拉练担任。各项目具体编写分工如下：史富强编写了项目1，史骏编写了项目2，姚姣凤编写了项目3中的任务1～任务3，师玲萍编写了项目3中的任务4、任务5，史富强编写了项目3中的任务6、任务7，梁朝利、程刚、周拉练共同编写了项目4。
本书在编写过程中得到西安铁路职业技术学院机电工程系、西安铁路局西安客车车辆段的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。编者2016年12月项目1铁道车辆电源技术概述【项目描述】
铁道车辆是主要的交通运输工具之一，车辆上的电气负载，特别是新型空调列车的电气负载和供电电源更是新型空调车辆的最重要组成部分之一。车辆中所有的电气负载都需要车辆供电电源装置给其供电。为了能更好地学习和掌握铁道车辆的供电电源技术，我们非常有必要对铁道车辆的电气负载进行认知并对车辆电气负载的总功率等技术参数进行学习。传统的铁道车辆电气负载装置主要由供电系统、输配电设备、电气负载、检测及控制装置等组成；现代化铁路空调旅客列车为进一步提高旅客乘坐舒适性，在车辆上安装了新型电气照明系统、新型电热水器、空调调节、播音通信、闭路电视、轴温检测与报警及自动化控制等装置。随着电气设备在车辆上使用的日益增加，铁道车辆的电气负载与设备也发生了很大的变化，技术性和服务性有了明显的提高。【学习目标】
1.掌握我国铁道车辆电气负载及电源技术的发展概况。
2.掌握铁道车辆电气负载及电源技术的基本类型及特点。
3.了解铁道车辆电气、电源总体发展。【技能目标】
1.能说明我国铁道车辆电源目前的应用情况及发展。
2.能说明我国铁道车辆电源技术的类型。任务1铁道车辆电气负载组成认知【活动场景】
在车辆段客车供电、电气检修车间或在学校铁道车辆供电、电源、电气技术设备（或模型）的试验室、实训室进行，也可在能展示铁道车辆电源技术与电气技术发展的多媒体教室进行。【任务要求】
1.明确铁道车辆电气负载的基本情况。
2.掌握铁道车辆电气负载的基本工作原理和特点。【知识准备】
1.铁道车辆电气负载的分类与组成
车辆的电气负载包括以下几类。（1）照明
铁路客车车室等处的照明是铁道车辆中必不可少的用电器，目前铁路客车车辆客室主要采用交流荧光灯照明，特殊部位和事故灯多采用白炽灯。由于铁道车辆车型的多样性，车辆照明电光源（灯泡、灯管）的形状和规格有很多类型，从形状上分类主要有棒形、椭圆形、球形、环形和U形等，规格按功率的不同也有多种形式，使用时根据不同车型、不同要求具体进行选择使用。这里需要特别说明的是：照明负载根据其性能的不同可分为电阻性负载和电感性负载。比如铁道车辆客车照明电光源如果使用白炽灯则为电阻性负载；如果使用荧光灯在低频工作时则为电感性负载，高频工作时则为电阻性负载。（2）空调装置
铁道车辆空调装置主要由制冷压缩机、冷凝器风机和空调通风机的直流或交流电动机、取暖加热用的各种管式电热元件以及电磁控制元件等组成。由于这些电动机和电热元件所消耗的功率较大，因此，空气调节与制冷装置的电气设备成为车辆主要的电气负载。不仅需要解决其较大的供电容量，而且还要解决启动和保护问题。（3）生活设备
由于铁道车辆一般用于中、长途旅行，因此必须考虑旅客和乘务人员的基本生活设备，能满足旅客和乘务人员在途中生活需要的饮食和卫生设备，主要包括电开水炉、电冰箱、电动吸尘器和电气集便器等，卧铺车厢还配有充电电源接口。（4）电视播音和通信设备
列车中一般安装有列车电视、播音和通信设备，这些设备主要包括闭路电视，收、扩、录、放多用机，列车有线电话和无线电话等。这些设备需要电压和频率比较稳定的正弦交流电或平稳的直流电，为此，车上还设有专用的交流或直流稳压电源。（5）普通客车电器
部分普通客车还配有电扇、离心式水泵电动机以及附属的各种电气设备。（6）特殊车辆电气设备
各种特殊用途的专用车辆所带有的专用电气设备，如接触网检查用的不间断电源（LIPS）等。
2.铁道车辆供电电源装置的基本组成
供电装置是客车的重要组成部分。因为供电装置的好坏及供电品质的优劣直接影响到旅客列车的运行安全和旅客乘坐的舒适程度。因此，供电装置是车辆部门日常维护保养和客车检修的主要工作之一。供电装置主要有如下几种。（1）客车发电机
22型和25型普通客车的供电发电机以KFT-1型感应子式发电机（又称J型发电机）为主。客车常用J型发电机的输出功率为5kW和533kW（简称J 型、J 型），输出整定端电压为（59±1）V，直流输入电压。J型发电机具有结构简单、维修方便、适于高速运转等优点。5与J 型发电机配套的控制箱最早有KP-2A型晶闸管控制箱和FTZ-4型磁放大器控制箱两种。为适应铁路客车改造的需要和电气控制技术的发展、提升和改进旧型客车供电系统及装备的技术水平，针对旧型客车KP-2A型控制装置运用中存在的问题，我国的铁路部门又研制了55KP-2B型控制装置。以J 型发电机为例，改进了J 型发电机结构，5与改进的J 型发电机相配套的控制箱是KP-2B型晶闸管控制箱，从而实现双路供电，一路电压较高，整定为62V左右，向电池充电；一路电压整定为50V左右，向负载供电。这种输出两种端电压的改进型发电机既满足了蓄电池充电要求，又保证负荷的用电需要。（2）客车蓄电池
20世纪60年代到90年代，客车上基本使用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管状，大大提高了使用寿命。但因TG型蓄电池仍属酸性铅蓄电池，固有缺陷无法克服，且易对环境造成污染。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探讨，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。氢燃料电池目前用于轿车、公共汽车和卡车的技术开发和使用。该项研究有助于提高能源效率，通过降低对进口石油依赖性而增强国家能源安全性以及改善环境质量。（3）大容量供电装置
随着铁路客车现代化的发展，需要不断提高旅客乘坐舒适度，大容量的用电器设备，如空调机组要求供电装置不仅要输出容量大，而且供电品质要好，要有可靠的技术性能。因此，在20世纪80年代，出现了大容量供电发电车和大容量本车独立供电的柴油发电机组供电装置。
1983年开始在软卧车上使用本车独立供电柴油发电机组，当时发电机容量是24kW，为水冷式柴油机。1991年推广使用了30kW柴油发电机组。1994年又开始使用风冷式28kW柴油发电机组，保证了空调客车的用电需求。
大功率发电车能提供三相380V交流电压，实现对空调列车集中供电，整列车的供电功率达600kV·A。
在电气化区段，客车供电采用接触网供电，符合国内外客车供电技术的发展趋势，既经济又可靠。根据我国的能源政策，合理的选择是采用机车向列车供电。它具有以下几个优点：
①适合高密度、短编组的运输模式。
②能源利用经济、合理，对环境污染小。
③维修保养体系合理。
3.新型铁道车辆电源、电气装置检测和控制装置
为了减轻列车乘务人员的劳动强度，提高旅客乘坐舒适度，保证行车安全和机组正常运转，延长机组的使用寿命以及节约能源消耗等目的，客车上安装了各种检测及自动控制装置。
铁路空调客车目前主要装车使用的电器设备举例如下：
①空调装置工作的自动控制装置具有温度的自动调节、机组的自动保护和工作时间的自动显示功能。
②内端门的自动开闭装置，塞拉门自动控制装置。
③开水炉的自动补水与加热器自动开闭装置。
④车辆故障的自动检测装置，火灾自动报警装置。
⑤列车轴温报警装置。
⑥多隧道地区运行的列车照明自动开关装置。
⑦真空式集便器控制装置。
⑧列车防滑器电子控制装置。
⑨供电电源自动控制装置，发电机电压的自动调节与过电压、过电流或过功率（应为欠电流）的自动保护装置。
⑩列车信息显示系统。
4.铁道车辆电气负载的运用条件分析
铁道车辆电气装置的电气负载用电量与铁道车辆的运用环境有一定关系，铁道车辆电气装置的运行条件不同于地面固定的工业和民用用电设备，也不同于航空和船舶的电气设备。因此在分析计算铁道车辆用电量前，有必要先简要分析一下铁道车辆电气装置的运用条件。
由于我国是一个多高原、多山的国家，铁道车辆的运行条件往往很复杂，因此我国铁道车辆运用条件可分为一般通用的车辆电气装置和高海拔地区车辆电气装置。（1）全国通用铁道车辆电气装置的运用条件分析
①铁道车辆电气装置首先要确保行车安全。车体应有可靠的绝缘，杜绝漏电、短路等引起的火灾发生；电器产生的电弧尽可能减少，电机等电器一定要采取可靠的通风、降温措施；电气装置悬挂要可靠。
②为提高车辆的技术经济指标，车辆电气装置的重量、尺寸和成本尽可能小，电气装置的结构应简单、牢固、使用寿命长，便于检修和维修。
③电气装置温度应能适应±40℃、能适应相对湿度≤90％（25℃）的外界环境。
④铁道车辆电气装置应能适应铁道车辆运行过程中的振动和冲击。
⑤电气装置应具有良好的品质，对车内无线电通信、列车播音、电视应尽量没有影响或产生影响很小。（2）高海拔地区铁道车辆电气装置的运用条件分析
①高原地区的车辆电气装置能适应恶劣的高原气候。
②能适应空气压力的空气密度对车辆电气装置的影响。
③能适应空气压力和空气密度降低对车辆电气开关灭弧性能的影响。
④在高原地区要对车辆电气绝缘、电气材料的使用进行修正。【任务实施】
1.认知铁道车辆主要的电气负载，并说明其组成和分类。分别举例说明供电基本电气设备的认知过程，对其他电气设备根据实际情况。（1）认知如图1-1所示的空调客车电气插座的结构和作用，并能用电工仪器、仪表测量其绝缘参数。（2）图1-2所示是铁道车辆空调配电柜的内部结构，能知晓各电器的作用和使用方法并进行简单的故障判断。图1-1 空调客车电气插座图1-2 车辆电气配电柜
2.学习电力机车向空调客车车辆供电前的状态确认和电气插座的连接。（1）如图1-3所示，机车与车辆连挂后，机车司机将供电钥匙交付客列检作业人员（无客列检时为车辆乘务员）并签认。（2）如图1-4所示，客列检作业人员（无客列检时为车辆乘务员）接到供电钥匙后，进行机车与车辆间电力连接线、集控线的连接。（3）作业完毕，将供电钥匙交给车辆乘务员，车辆乘务员确认各连接线无误后，在客列检作业人员手账上签认。再将供电钥匙交还机车司机，签字请求供电。（4）机车司机收到供电钥匙并签认后，向客车供电。
3.学习旅客列车折返库出库作业标准，并对车辆电气设备进行检查，加深对车辆电气装置的认知。
本项任务共分两步完成：
第一步：旅客列车出库前2h包乘组人员对车辆技术状态进行复查（包括“三捆绑”、扩音线的连接及“车统—181”故障的处理，并与库列检办理出库质量交接）。加挂客车的技检由配属单位人员负责，车辆乘务员只负责本属车辆与加挂车辆的连接进行检查，加挂车辆为本属客车时须进行全面技检。图1-3 电力机车向旅客列车供电前的确认图1-4 电力机车与铁道车辆供电电源连接器的连接
检查重点：重点对列车轮对各部状态、摇枕悬吊装置、基础制动装置、空气制动装置、“三簧”状态，车钩、制动软管、总风管的连接状态、总风管系、给排水排污装置，车下电源箱、电池箱、集便器吊具，下部分线盒、裙板状态；电力、广播接线连接状态等进行重点检查。
第二步：出乘乘务员复查车体绝缘。
DC 600V直流供电客车在车列一端进行车端连接装置检查及电气绝缘检测：（1）复测全列DC 600V电力连接器干线绝缘，检查确认全列DC 600V电气传输主干线绝缘（正对地、负对地、正对负）。使用1000V等级兆欧表测量，在相对湿度<60％时，线间≥2ΜΩ，线地≥1ΜΩ；相对湿度为60％～85％时，线间0.6～2ΜΩ，线地0.3～1ΜΩ；相对湿度>85％时，线间≥0.6ΜΩ，线地≥0.3ΜΩ。（2）检查确认DC 110V电气传输主干线绝缘良好（正对地、负对地电压值在45～65V之间）。（3）检查确认集控电源、供电请求、供电允许电路良好，插针无弯曲、松脱和缺失。
AC 380V直流供电客车在车列一端进行车端连接装置检查及电气绝缘检测：复测全列AC 380V电力连接器干线绝缘，检查确认全列AC 380V电气传输主干线绝缘（U对N、V对N、W对N、U对V、U对W、V对W）。使用500V等级兆欧表测量，在相对湿度<60％时，线间≥2ΜΩ，线地≥1ΜΩ；相对湿度为60％～85％时，线间0.38～2ΜΩ，线地0.22～1ΜΩ；相对湿度>85％时，线间≥0.38ΜΩ，线地≥0.22ΜΩ。将测量数据填入首尾车端的标记框内。任务2车辆电气负载用电量认知【活动场景】
为了能更好地理解和加深对铁道车辆供电电源技术重要性的认知，本次任务我们将对铁道车辆中最主要的电气负载的用电量进行定性的或定量认知，并结合实例进行计算。
在铁道车辆普通客车或空调客车供电检修车间，或在具有供电模型的试验室，或在能展示铁道车辆供电技术的多媒体教室进行。【任务要求】
1.掌握铁道车辆主要电气负载的用电量计算的基本方法。
2.掌握铁道车辆主要电气负载基本参数的计算。【知识准备】
1.铁道车辆电气负载用电量基本参数的认知
铁路客车在设计制造时，对于车辆电气负载供电系统的容量，在设计时应重点考虑车辆电气负载的最大功率、有效效率、功率因数和功率利用系数等重要参数。
一般情况下，车辆常规电气负载设备在其产品目录和说明书上均标有其额定功率、效率等参数。通常情况下，电热元件构成的电气负载，其功率为所需功率；而电动机类电气负载所标功率为电动机在正常工作状态下电动机轴上所具有的有效机械功率，电动机的需要功率比有效机械功率大，多出的部分是本身的损耗。所以电动机所需功率实际等于有效机械功率除以电动机的机械效率。
负载的功率因数（cosφ）是对交流电路而言，在计算交流发电机及其输电线的功率时，需要考虑负载的功率因数。负载功率因数的大小由其视在功率除以所需功率的商来确定。视在功率等于负载的额定电压与额定电流的乘积，单位用V·A或kV·A表示。在同一需要功率的情况下，负载的功率因数愈小，它的视在功率就愈大。因此，应尽可能提高负载的功率因数。
目前，铁道车辆采用的三相异步电动机在正常工作状态下的功率因数值在0.75～0.85之间；如果电动机不满载，将可能降至0.5，空载时可降至0.25～0.30。铁道车辆上电取暖器等电热元件和照明用的白炽灯属于电阻性负载，其功率因数等于1；荧光灯和控制电器等属于电感元器件，其功率因数等于或小于0.7。总体上统计，对有空气调节装置的旅客列车的功率因数，在夏季工况时，由于电感性负载较多，全列车负载功率因数一般为0.8；而在冬季工况，电阻性负载较多，功率因数则接近于1。图1-5、图1-6所示是目前铁道车辆上常用的电气负载，请读者自行分析其负载的类型（电阻性、电感性负载）。图1-5 客车车辆照明装置图1-6 客车车辆的通风与供暖装置
车辆电气负载在大部分运行时间中并非同时工作，特别是带有空气调节装置的旅客列车，空调装置的工况是随外温和车内定员的变化而变化的，因而列车电气负载的功率消耗也将产生相应的变化。因此，要合理的计算供电容量，还必须考虑负载的功率利用系数。
负载的功率利用系数是指某一时间内、一组同时工作的负载，其平均需要功率与总安装功率之比。它与负载的效率、平均电网电压、负载与负载之间的组合方式以及负载本身的特性等因素有关。常见车辆电气负载的功率利用系数见表1-1。表1-1 常见车辆电气负载的功率利用系数续上表
2.柴油发电机组额定功率
柴油发电机组是单独供电的电源，应根据某一种特定车型的电气YZ负载用电需求来选型。若运转机组的容量为P ，装机容量为P ，B备用机容量为P ，则：ZYBP =P +P （kW） （1-1）YJS1P =P +P （kW） （1-2）JS式中：P 计算功率，一般按冬季计算负荷取，单位为kW；1
P 运转机组电力余量，单位为kW。1JS
其中： P =（0.05～0.1）P （kW） （1-3）25K25K
以RW 客车为例，RW 的用电量的求解过程如下：25K
RW 客车的有功功率（负载的额定功率与负载的效率之比）：P=21.59kW。25KJS
RW 客车的计算功率：P =21.59kW。1JS
运转机组电力余量：P =0.1×P =0.1×21.59=2.159kW。YJS1
运转机组的容量：P =P +P =21.59+2.159≈24kW。
柴油发电机单独供电系统没有备用机组，所以也就没有备用机容BZY量P ，因而柴油发电机单独供电系统装机容量P 就是运转容量P 。即：ZYP =P （1-4）
空调列车在最大负荷期间，不允许机组超载运行；在最小负荷期间，不应小于机组的50％额定容量。发电机组在经济负荷运行下能减少耗油量、降低电能成本，柴油机全列车负载的最佳经济运行状况是12h功率的75％～90％。因此，空调列车的单独供电选用的柴油发电机组额定功率应为24kW。
3.发电车的计算负荷
发电车的计算负荷是柴油发电机组选型的重要数据依据，发电车的计算负荷为全列车计算负荷P与同时系数的乘积。JS∑p
有功功率： P =K P（kW） （1-5）JS∑q
无功功率： Q =K P（kW） （1-6）∑p式中：K ——有功同时系数，取0.95～0.98，按冬季负荷进行设计，取0.98；∑q
K ——无功同时系数，取0.93～0.97；
cosφ——发电站总负载的功率因数；
P——全列的计算负荷，取537.5kW。
发电车的总容量，由柴油发电机组的额定容量决定。运转机组的B备用容量或称运转机组的电力余量，用P 表示。BZJSP =P -P （1-9）Z式中：P ——全车所有机组额定功率的总合，称为发电车装机容量。ZJSBY2P =P +P =P +P （1-10）Y式中：P ——在最大负荷时运转机组的总容量，称为运转容量，发电车必须有备用电力容量，以使在机组检修或发电故障时，备用机组Y运转容量P 投入运行；2
P ——可运转机组的备用容量或称备用机组容量。2ZYP =P -P （1-11）ZYJS
P 、P 、P 之间，必须满足式（1-12）所示关系：ZYJSP ≥P ≥P （1-12）
发电车总的备用率见式（1-13）：
单台机组的容量应根据计算负荷的大小、输电干线数、空调列车对供电连续性和可靠性的要求以及发展远景等条件来确定。空调列车在最大负荷期间，不允许机组超载运行；在最小负荷期间，不应小于单台机组50％的额定容量，即单台机组不应在低于50％额定容量的负荷下运行。发电机组在经济负荷运行下能减少耗油量、降低电能成本，柴油机的最佳经济运行工况是12h功率的75％～90％。
空调列车采用两路供电线，需要选用两台机组供电。通常一单台DJ机组容量P 以冬季负荷为计算依据：式中：N——机组的台数。
备用机组容量确定原则：
①在功率最大的一台机组出现故障或需要检修的情况下，备用机组投入运行后能满足最大负荷需要。
②只按1台机组故障或检修考虑备用量。
③如无特殊要求，检修备用容量一般不小于电力计算负荷。
如果发电车运转机组选用2台300GF型柴油发电机组，则其运转容量：YP =2×300=600（kW）
据此备用机组选用1台300GF型柴油机发电机组，备用容量为：BP =300（kW）
在一台运转机组出现故障或需要检修时备用机组投入运行后，即能满足最大负菏的需要。因此，发电车的总装机数为3台300GF机组，总装机容量为：ZP =3×300=900（kW）（1）25K型空调客车电气负载及其额定功率
①空调装置中有制冷压缩机、蒸发风机、冷凝风机、排气风机的三相感应电动机和其控制设备。列车空调机组参数见表1-2。表1-2 列车空调机组参数
②根据要求确定车灯照明功率，对于25K型客车整车平均照度达到300lx，平均照明功率可取1.3kW。
③客车电开水炉，采用DR50-16CT1电开水器，功率为5kW。
④餐车电冰箱功率，依据规定标准取2×1.1kW。
⑤其他用电设备，软卧车温水箱功率为1kW，其他车均为1.5kW。列车播音、闭路电视、轴温检测与报警装置等用电量少，可略去不计。
⑥为补偿车内外温差造成的车体热损失，软卧车补偿12kW、硬卧车15kW、硬座车12kW、餐车15kW。（2）各种负载的效率与功率因数
①采暖的电加热器、电开水炉和温水箱电热均属电阻性负载，其cosφ=1。
②荧光灯照明用电可取cosφ=0.52。
③对于三相异步电动机，当其功率负载在60％～100％范围内变化时，其效率变化不大。而功率因数却随负载与转速大小而变化。不同型号电动机在额定负载和转速情况下的效率和功率因数见表1-3。表1-3 电动机的效率和功率因数（3）功率利用系数
由于空调旅客列车运行季节、车上人员和电源电压的变化，使设计安装的电气设备功率没有完全被利用。
对于空调机组按经验其功率利用系数一般只为75％，而各种电气负载的功率利用系数参照表1-1。（4）列车用电量
①负载的有功功率P0式中：P ——负载的额定功率，kW；
η——负载的效率；1
K ——负载的功率利用系数。
②负载的无功功率Q式中：cosφ——该负载的功率因数。
③负载的视在功率S
或【任务实施】
1.分析铁道车辆电气负载计算的基本原理和方法。
2.进行实际铁道空调客车电气负载的计算。
例1： 某照明电路中的熔断器熔断电流为5A，现将220V、1000W的负载接入电源，问熔断器是否熔断？如果是220V、1500W的负载呢？
解： 根据I=P/U，则1111熔
I =P /U =1000/220=4.5（A），I
I =P /U =1500/220=6.8（A），I >I ，熔丝将熔断。
例2： 客运列车停站时，由列车上的蓄电池给列车照明供电。已知蓄电池的电动势为48V，照明灯为20盏48V、40W的白炽灯，蓄电池的内阻为r=0.12Ω，求蓄电池的输出电流和电压，以及照明负载实际消耗的功率。
解： 每只照明灯电阻为
20盏并联后电阻为1R=R /20=57.6/20=2.88（Ω）
蓄电池输出电流为
蓄电池输出电压为U=I·R=16×2.88=46.08（V）
照明负载实际消耗功率P=I·U=16×46.08=737.28（W）
3.25T型空调客车电气负载的计算举例。
已知某铁路客车制冷压缩机功率为2×4.5kW，效率为0.85，满载工作，试求该负载所需的供电功率为多少kW？
解： 2×4.5÷0.85≈10.59（kW）
答： 该负载所需功率为10.59kW。
4.铁道车辆用电器选用导线、开关和熔断器时负载电流的计算问题。（1）白炽灯、电流器的电流计算式中：I——电流，单位为安（A）；
P——功率，单位为瓦（W）；
U——电压，单位为伏（V）。
当供电电源为220V单相时，电流（A）=功率（W）/220（V）。
当供电电源为380V单相时，电流（A）=功率（W）/380（V）。
例如，一台额定电压为220V，功率为1500W的电热水器，电流=1500/220≈6.82A。（2）日光灯的电流计算
日光灯由220V单相电源供电时，电流（A）=功率（W）/[220（V）×功率因数]。
当日光灯没有电容补偿时，其功率因数cosφ可取0.5～0.6；有电容补偿时，可取0.85～0.9。另外，日光灯的功率应指灯管功率与镇流器消耗功率之和。镇流器消耗：用于6～8W日光灯为4W，用于15～40W日光灯为8W。
例如，一只40W日光灯未装电容器，则通过灯管的电流=（40+8）/（220×0.5）≈0.436（A）。（3）电动机的电流计算
单台220V单相电动机电流（A）=功率（W）/[220（V）×功率因数]。
如果单相电动机铭牌上无功率因数可查，则单相电动机的功率因数可按0.8～0.9估算。当电动机功率为马力时，应换算为W计算（1马力=735W）。
单台380V三相异步电动机电流（A）=功率（kW）×1000/（1.73×380×功率因数×效率）。
三相电动机功率因数和效率在铭牌上可查得，无铭牌时可分别取0.8和0.85。
一条线路上有几台电动机运行时，总电流为所有电动机的额定电流之和。注意，这里的总电流是供选择导线时的总计算电流，并非线路上的实际工作电流，实际工作电流是电动机在实际工作负载（并非额定负载）下的电流。任务3铁道车辆供电方式认知【活动场景】
在客车供电检修车间，或在具有供电模型、供电装置的试验室，或在能展示铁道车辆供电技术的多媒体教室进行。【任务要求】
1.国内、外铁道车辆供电电源技术的发展概况。
2.空调客车供电系统的基本工作原理和特点。
3.空调客车供电系统的经济效益。【知识准备】
供电系统用于为铁道车辆车上电气负载和自动化装置提供电能，目前我国铁道车辆供电方式主要有单独供电、集中供电和混合供电三种方式。
早期的铁道客车车辆电气设备比较简单，主要为客车客室照明、风扇、轴温检测信号设备等供电。用电量少、要求低，因而供电方式也较简单，采用小功率轴驱式发电机和蓄电池并联供电方式就可达到要求。
随着人们生活水平的不断提高及科学技术的不断发展，铁道客车车辆上电气设备日益增多。为提高旅客乘坐的舒适度，现代客车上大多安装了空调、信息显示设备、冰箱、液晶显示屏等，所以现在每节客车车辆上所需的功率比早期增加了几倍甚至几十倍。而且不同电器的电压制式也不同，既有直流的，也有交流的。这就相应地对列车供电系统提出了很多新的要求。各种新型的列车供电系统也随之不断出现。从变流方式看，有采用旋转式发电机组供电的，也有采用半导体静止变流器供电的；从分布方式看，有采用集中式供电的，也有采用分散式供电的。半导体静止变流器具有噪声低、体积小、质量小、布置灵活、电压适应范围宽、输出电压稳定、可节能等优点，因此在现代铁道客车中被逐渐推广应用。
1.单独供电
车辆单独供电是每辆车都带有一套独立工作的供电装置。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供电装置。我们一般将安装有发电设备的车辆称为母车，不带有发电设备的车辆称为子车，子、母车之间通过车端电力连接器连通车内输电线。（1）车辆单独供电类型
①采用蓄电池组供电；
②采用由车轴通过皮带或万向轴驱动发电机与蓄电池组并联向车辆供电；
③采用小型柴油发电机组供电。（2）单独供电的特点
①发电功率较小，一般为35kW以内；
②车辆可以随意摘挂和编组；
③供电装置的主机不占有车内有效空间；
④全列车输电干线通过车端连接器贯通并连接成统一电网，因此局部故障不影响列车用电。（3）蓄电池供电
单独使用蓄电池供电的优点是设备简单，使用方便，可靠性较好，电流是纯直流电成分；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，铅蓄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。另外蓄电池寿命短，损坏率高，维护工作量大。因此，这种供电方式只宜在用电量不大的车辆上使用。（4）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为广泛的一种供电方式。车辆运行时，由车轴通过皮带或万向轴传动驱动发电机供电，可供车辆的照明、通风、轴温测量等电器用电；当车辆停站或紧急情况而临时停车时，则由蓄电池组供电。我国旧型客车的轴驱式发电机曾采用直流发电机，而22型和23型客车则普遍采用三相感应子交流发电机。
轴驱式发电机的工作电压，当功率小于3kW时为24V，功率介于3～10kW之间时为48V，功率高于10kW时采用110V。
车轴与发电机之间的传动装置形式，一般也根据发电机的功率大小而确定：功率在10kW以下时，采用平皮带或三角皮带传动，也可以采用三角皮带与齿轮副二级传动；功率在10kW以上时，一般多采用万向轴传动。10kW以下的发电机可以悬挂在转向架的构架上，10kW以上的发电机一般需固定在车体底架上。
采用小型柴油发电机组单独供电，可以减少机车牵引动力，提高供电电压。减少蓄电池用电量便于长期停站时利用市电，但要求机组工作可靠、噪声与振动较小、使用维修方便。这种供电方式适用于带有空气调节装置的软卧车、宿营车。发电机采用三相感应子交流发电机，工作电压为110V，功率为10～40kW。
2.集中供电
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，有利于减少设备投资、节约有色金属、减轻机车动力与供电设备重量以及便于运用维修等。
列车集中供电的电源，对于非电气化区段，由列车发电车上的柴油发电机组供给；对于电气化区段，可以由接触网通过电力机车上的变压器提供。（1）柴油发电车供电
由发电车的柴油发电机组集中供电时，供电电压一般为线压400V、相压230V、三相、50Hz，通过车端连接器向连挂的客车分两路送电。输电线压降应不大于5％。这种供电制式的优点是用电负载，如异步电动机、日光灯、控制电器与保护元件等可直接采用民用产品。但输电电流与所需要的三相四线制输电线截面积都较大，穿管难度较大，对连接器的插头和插座间接触电阻要求非常严格，要求小于0.0008Ω。因此，在可能的条件下应将供电线电压提高。（2）接触网供电
我国电气化区段接触网电压为单相、工频25kV，经电力机车主变压器变换为单项工频2×1500V后输送给连挂客车的输电线，输电功率为800kV·A。由于输出电压较高，因此输电线与车端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。
由接触网供电的客车，其用电负载的特点是：
①空调机组电动机仍采用三相异步电机；
②由分散于每辆客车中三相逆变器供电；
③采暖电加热器与电开水炉由降压变压器提供220V单相电源；
④照明与通风机由带有发电机的蓄电池组供电并通过逆变器变换成交流电，以保证摘挂机车时也能正常工作。
电气化接触网客车供电方式有机车供电、电源车供电和DC 600V/AC 380V兼容供电三种。
3.混合供电
鉴于目前铁路牵引动力还存在多种类型。铁路车辆（如机械冷藏车）的一些特殊运输条件，除了前述两种供电方式之外，还有必要采用第三种方式，即混合供电。
混合供电方式有下列几种：（1）车辆照明和通风机由轴驱式发电机与蓄电池组并联供电，而车上的采暖电热元件则由电气化铁道的接触网供电，这种供电方式适用于电化区段的普通客车。（2）列车或车组正常运用时由柴油发电机组供电，而当列车或车组空载或停站时由轴驱式发电机与蓄电池组并联供电。目前与非空调客车连挂时的空调软卧客车以及机械冷藏列车中宿营车采用这种供电方式。
4.车辆供电方式的选择
通过前面的学习，我们知道铁道车辆的供电方式和供电系统的各种不同的类型，铁道客车车辆在具体选择供电方式时，应从下列几个方面进行综合考虑：（1）车种及用途；（2）车辆在列车中的编组方式；（3）车辆电气负荷的类型、功率以及它们的用电要求；（4）在保证可靠供电的条件下供电设备的经济性。【任务实施】
下面以某客车车辆段车电车间供电班组学习为例进行本次任务的完成。
1.普通客车的单独供电形式认知
我国传统的普通铁路客车车辆单独供电是在每辆客车上安装一套独立的供电系统，当车辆用电量较小时，每2辆或3辆车共用一套独立供电装置，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沟通车内输电线。
在指导教师的引导下，在客车车辆段的技术作业站中找出22型、23型客车，或通过多媒体资料找出以下两种类型的供电方式的客车或相关资料，说明这种供电方式的基本特点。（1）车轴发电机供电
如图1-7所示是采用车轴驱动的发电机与蓄电池组并联向客车负载供电，普通22型和23型客车就是采用这种供电方式。教师组织学员简单分析48V供电系统的基本组成和原理。（2）小型柴油发电机组供电
如图1-8所示为单车30kW柴油发电机组供电装置，由图1-8可知这种供电方式是在客车底部装设小型柴油发电机组向负载供电，这种供电方式适用于单独或分开连挂且装有空调装置的软卧车、宿营车和2222B别的类型的客车。如我国生产的RW 型空调软卧车和YW 型宿营车采用的就是这种供电方式。图1-7 22型客车车轴驱动式交流发电机图1-8 单车30kW柴油发电机组
2.集中供电（1）柴油发电车集中供电
如图1-9和图1-10所示分别为采用康明斯和MTU柴油发电机组驱动的两种供电装置，这种供电装置的基本特点是由专门的供电装置向整列车的负载进行供电，适用于用电量较大并且是固定编组的列车（如全列空调客车）。
发电车的柴油发电机组集中供电电压一般为三相线400V、相压220V、频率50Hz，通过车端电力连接器分两路向客车送电。这种供电方式的优点是用电负载和控制器件可直接采用民用产品，但所需的输电干线截面积较大，干线穿管施工难度大，对连接器插头与插座间接触电阻要求非常严格（小于0.0008Ω）。（2）电气化区段的接触网DC 600V供电制式
我国铁路电气化接触网供电的额定电压为单相工频25kV，由接触网供电的旅客列车，通过客运电力机车主变压器，将受电弓取得的单相工频25kV的电压，转变为DC 600V的直流电压，输送给所牵引的客车。主要特点是：空调机组电动机为三相异步电机，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220V的单相电源；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。图1-9 康明斯柴油发电机组图1-10 MTU柴油发电机组
要明确：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，以保证输电安全。
下面以SS8型电力机车供电系统为例来认识供电系统的主要配件和结构。
①机车供电装置
如图1-11所示，SS8型机车受电弓接收由电网输送过来的25kV单相交流高压电，经降压后，采用2套独立工作的单相半控整流装置将单相交流电整流成2路直流电，每路额定输出电压600V、电流670A、容量400kW，通过机车两端供电输出插座KC20D分别向列车供电。DC 600V机车供电系统优点如下。
a.机车采用整流方式提供DC 600V电源，技术成熟、可靠性高。
b.采用两路供电方式，具有一定冗余；一路电源故障时，另一路仍可向客车供电。
c.各车厢变流器放在车下，不占用车上有效空间。
d.取消了发电车。
e.各车厢独立性强，列车编组灵活。
f.DC 110V全列贯通，各车厢DC 110V供电系统互补性强、可靠性高。
g.供电系统可集中控制，操作简单，可实现DC 600V/AC 380V兼容供电。图1-11 机车供电DC 600V的列车
②客车供电装置
客车供电装置由车端连接器、列车供电干线、配电柜、逆变器、蓄电池组、充电器、空调控制柜、照明控制柜等部件组成，图1-12和图1-13所示分别为DC 600V电力连接器和DC 110V电力连接器。
机（动）车提供的两路DC 600V电源通过车端连接器引入配电柜，配电柜将其中一路输入逆变器及充电器。逆变器将DC 600V变换成三相380V/50Hz交流电，通过配电柜向电开水炉、温水箱、废排风机等用电负载供电，并通过空调控制柜向空调机组供电。
充电器将600V直流电变换成110V直流电，向蓄电池组充电，同时通过照明控制柜向车内照明及供电装置控制系统等负载供电。每辆车设蓄电池组，蓄电池组与110V干线间采用二极管隔离。车内采用日光灯照明，照明变换器将110V直流电变换成220V交流电。
空调控制柜、变流器、充电器的控制电源均受配电柜控制。配电柜控制电源受机（动）车控制。
a.连接器
车端连接DC 600V采用KC20D型电力连接器，外形及安装尺寸与KC20A型电力连接器相同。4对接触对的容量相同，2对作为DC 600V正线连接，2对作为DC 600V负线连接。图1-12 DC 600V电力连接器图1-13 DC 110V连接器
DC 110V采用SL21型电力连接器，2对接触对的容量相同，1对作为DC 110V正线连接，1对作为DC 110V负线连接。
集控线通过集控连接器中2～4对接触对相连（动车组需4对）。
b.配电柜
如图1-14所示为空调客车配电柜的内部结构图。配电柜里设有DC 600VⅠ路、Ⅱ路供电选择电路，可以方便地选择其中一路向变流器、充电器供电，设有多路380V、220V交流供电电路，将变流器输出的交流电分别向温水箱、电开水炉、客室电加热器、废排风机及其他负载供电。
配电柜内设有本车漏电检测，检测本车DC 600V供电线路及三相交流负载的对地绝缘电阻，当对地绝缘阻值小于（24±0.15）kΩ时，漏电检测输出继电器不闭合。DC 600V供电接触器不吸合，DC 600V停止向本车厢供电。图1-14 配电柜内外部结构
c.逆变器
如图1-15所示为25T型客车的逆变器的结构图，逆变器将DC 600V变换成三相380V、50Hz交流电，以满足车辆设备用电需要。逆变器采用电压型桥式逆变电路，其功率开关器件为IGBT元件；控制电路采用计算机控制，具有贯穿短路、过压、欠压、过流、散热器过热等保护功能以及IGBT元件故障和电子控制故障检测功能。为解决散热及防雨雪、防风、防脏物、防飞石碰撞问题，逆变器采用整体密封、整体散热的箱体结构。逆变器具有延时（15s）输出功能；列车过无电区时，逆变器采用VVVF自动控制启动方式，电动机启动电流冲击小。逆变器具有承受负载冲击的能力，空调压缩机开停时，逆变器不会发生停机后再启动现象。主电路主要由DC 600V隔离接触器、充电电阻、充电电阻短接接触器、快速熔断器、电容和电压测量装置、开关元件IGBT、吸收模块、交流侧隔离接触器等组成。双逆电源中2
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]