【科普】三相牵引电动机在电力机车上的尝试——法国国营铁路CC 14000型电力机车

文章作者:西瓜昌真湿基(B站和百度昵称:宁柳跨越)
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直—直流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,向直流牵引电动机供给直流电。法国国营铁路2D2 5500型电力机车为直—直流电传动形式。
直—交流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,经过逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。法国国营铁路CC 1100型电力机车为直—交流电传动形式。
交—直流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压—整流后,向直流牵引电动机供给直流电。法国国营铁路BB 12000型电力机车为交—直流电传动形式。
交—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,无需经过变压—整流—逆变,直接变频后向交流牵引电动机供给交流电。本文提及的法国国营铁路CC 14000型电力机车为交—交流电传动形式。
交—直—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压—整流—逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。白俄罗斯铁路BKG1型电力机车为交—直—交流电传动形式。
双电流制电力机车:本文提及的“双电流制”,是指采用交—直—交流电以及直—交流电双制式电传动的电力机车。俄罗斯铁路EP20型电力机车即为双电流制电力机车。
法国国营铁路公司在本文内简称“SNCF”⑴。
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概述
CC 14000型电力机车是SNCF的一种电力机车,也是法国第一代交流电力机车,适用于供电制式为25千伏50赫兹单相交流电的电气化铁路。
CC 14000型电力机车与同时期的BB 12000型、BB 13000型、CC 14100型电力机车一道,被SNCF用于评估哪种传动方式最佳。

背景
经历了第二次世界大战后的SNCF面临煤炭短缺的局面,但短期内没有大量内燃机车,特别是因为必须依赖进口原油。尽管当时SNCF已有1500伏直流电气化铁路,但是它需要较粗的导线,供电站之间距离也较短,并且直流线路有显著的电阻损失。
50赫兹交流电气化铁路在20世纪初时开始在欧洲和美国测试,它具有比直流线路更少损耗的优点,不幸的是,在20世纪40年代之前,当时的技术使得极难产生直接采用50赫兹的电力机车。一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。德国、奥地利和瑞士使用15千伏16.7赫兹交流电气化铁路。
在工程师路易斯·阿曼德的领导下,从1944年开始,SNCF在艾克斯莱班-阿讷马斯铁路的部分区间上进行20千伏50赫兹或25千伏50赫兹交流电的测试。
在艾克斯莱班-阿讷马斯铁路50赫兹交流电气化铁路试验之后,SNCF选择里尔-蒂永维尔铁路的瓦朗谢讷到蒂永维尔区间进行25千伏50赫兹交流电气化改造,并要求几家公司研制新型交流电力机车。
制造及运用
CC 14000型电力机车由瑞士欧瑞康公司设计,并于1955年到1959年间制造了20台机车。
机车运用初期配属于兰斯机务段和莫恩机务段,用于牵引矿石列车。1978年,配属于兰斯机务段的数台CC 14000型机车转配至莫恩机务段。由于FD 680型牵引电动机的可靠性过低,CC 14000型机车不得不于1981年退役,其行驶里程远低于BB 12000型、BB 13000型及CC 14100型电力机车。而CC 14100型电力机车虽然也采用旋转电机组,但由于采用了TA 630型直流串励牵引电动机,在实践中证明是更可靠的。

技术设计
总体结构
CC 14000型电力机车为六轴直流电力机车。机车采用凸式车体,两端为设备罩,中间为司机室。一些司乘人员称司机控制器调速手柄为“火腿切片机”。机车长度为18890毫米。
机械部分
CC 14000型电力机车采用Co-Co轴式,每台机车配备有两台三轴转向架。车轮直径为1100毫米,车轴重量为20.8吨,整备重量为125吨,最高运行速度为60千米/小时。
电路系统
CC 14000型电力机车司机室顶部配备有两个受电弓,受电弓从接触网获得25千伏交流电后,将电压送至自耦变压器。由于自耦变压器是只有一个绕组的变压器,当变压器将25千伏交流电降压为1100伏交流电时,从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组,二次绕组将电流输送至第一旋转电机组,第一旋转电机组将单相电流转换为三相电流输送至第二旋转电机组,第二旋转电机组将电流变频后,通过齿轮箱带动交流牵引电动机,以供给交流电。
CC 14000型电力机车采用的牵引电动机为FD 680型牵引电动机,是三相鼠笼式异步牵引电动机,采用并联连接。然而在20世纪50年代,三相异步牵引电动机电源的复杂性导致许多运行故障发生,因此CC 14000型电力机车通常在干线铁路仅用于牵引货运列车,以最大程度地减少沿途技术问题对其他列车的影响。
CC 14000型电力机车持续功率为2640千瓦。
保存
BB 14018号电力机车:退役后,送至大东部大区上莱茵省米卢斯市镇火车城静态展示。

后记
作为SNCF测试最佳传动形式的交流电力机车车型之一,欧瑞康公司尝试在CC 14000型电力机车采用三相牵引电动机,尽管由于技术水平的限制未能被SNCF相中,但这个尝试充分证明三相牵引电动机在电力机车上的应用是具有前景的。

注释
⑴法语:Société Nationale des Chemins de fer Français。
参考
《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