AC4000型電力機車是國鐵集團的電力機車車型之一，也是中國第一臺交—直—交流電傳動的國產電力機車，由中車株洲電力機車有限公司廠和株洲電力機車研究所于1996年研制成功。AC4000型電力機車屬于實驗性車型，僅試制一臺未投入批量生產，但其研制及試驗過程為中國探索交流傳動電力機車設計特點及性能指標作出重要貢獻。
發展歷史
背景
隨著電力電子技術的發展，德國于1971年成功研制世界上第一臺采用交流傳動技術的鐵路機車——DE2500型柴油機車，其優越的牽引性能很快獲得了鐵路運輸部門認可；此后在DE2500型機車基礎上，進而研制了采用晶閘管牽引逆變器的120型電力機車，顯示出單軸功率大、粘著利用好、維護方便等特點，奠定了當代交流傳動電力機車的技術基礎。
中國于1980年開始進行交流傳動牽引系統的研究，由中車株洲電力機車有限公司研究所主導，先期分階段進行小功率系統試驗，至1984年完成了20千瓦交—直—交變流器和異步交流電機系統的研究試驗；從1985年起，開展大功率交流傳動系統的研究。1989年9月，中國國內首臺300千瓦交—直—交流電傳動系統地面實驗裝置在株洲電力機車研究所研制成功，并通過鐵道部技術鑒定。同年，株洲電力機車研究所成立了中國第一個交流傳動研究室，并在中國鐵道部的支持下，主持了“電力機車三相交流傳動800—1000kW機組地面試驗”重大課題的研究，該研究項目成功研制了包括臥式模擬變壓器、脈沖整流器（四象限變流器）、PWM逆變器及電子控制裝置在內的1000千瓦交流傳動系統，并完成了1025千瓦的牽引特性試驗及800千瓦的再生制動試驗；該項目于1992年通過鐵道部鑒定，1993年獲鐵道部科技成果二等獎。中車株洲電力機車有限公司研究所又承擔了“4000kW交—直—交電力機車1000kW變流裝置”的研制，該項目于1997年獲鐵道部科技成果一等獎。
研制
1991年，中國鐵道部正式立項研制4000千瓦交流傳動電力機車，該型機車被定型為“AC4000”，其中“AC”代表交流電傳動，“4000”代表功率為4000千瓦；AC4000型電力機車由株洲電力機車廠和株洲電力機車研究所共同研制，并被列入第八個五年計劃國家重點科技攻關項目之一。1992年12月，AC4000型機車設計方案通過技術設計審查。1994年，中車株洲電力機車有限公司研究所建造了一個2000千瓦交流傳動試驗臺，模擬半臺機車的實際運行情況，為AC4000型電力機車的研制提供了大量數據和經驗。
1996年6月19日，AC4000型電力機車在株洲電力機車廠出廠，時任鐵道部部長韓杼濱、副部長傅志寰、湖南省委常委副省長周伯華，株洲市委書記程興漢等領導參加了竣工剪彩儀式。AC4000型電力機車采用交—直—交流電傳動，使用四象限脈沖變流器、PWM逆變器供電、三相異步牽引電動機，裝有微機控制系統，具有工況監控和故障診斷檢測功能，電制動采用再生制動。機車最大速度為120公里/小時，軸式Bo-Bo。AC4000型機車是國鐵集團機車電傳動發展史上的新一個里程碑，于1996年獲國家“八五”科技攻關重大科技成果獎。
試驗
AC4000型電力機車經過調整試驗后，于1997年初在北京環形鐵道試運行，期間最高試驗速度達到121公里/小時；1998年上半年，機車在西南交通大學牽引動力國家重點實驗室內的定置試驗臺上進行了考核試驗。在試驗過程中機車暴露出一些技術問題，例如機車啟動時發生牽引力振蕩、電網諧波較多、牽引電機濾波電抗器產生的牽引電機定子電流沖擊；機車雖然可以隨負載變化穩定運行，但其牽引特性曲線上并沒有恒力矩或恒功區，直接影響其高頻（高速）區的性能發揮。此外，由于AC4000型電力機車采用轉差控制方式對牽引電機實現變頻控制，難以達到較高的動態性能，也削弱了電機的可控性。
技術特點
總體布置
AC4000型電力機車是四軸貨運電力機車，適用于供電制式為25千伏工頻單相交流電的電氣化鐵路，機車軸式Bo-Bo，持續功率4,000千瓦，最高速度120公里/小時。機車采用了焊接式整體承載結構車體，設兩端司機室。車體從前到后依次為I端司機室、I端輔助室、變流器室（I/II）、II端輔助室、II端司機室。輔助室內設有低壓電器柜、電抗器柜、輔助變流器柜、空氣壓縮機組、牽引電機通風機等設備；變流器室內設有主變流器柜、高壓電器柜及冷卻系統；臥式主變壓器安裝于車體底下。
機車采用了特殊的中間走廊和雙邊走廊混合布置模式，其中輔助室采用傳統雙側走廊，而變流器室采用貫通式中間走廊，設備成套化、斜對稱布置。通風系統采用車體通風和獨立風道通風混合模式，其中輔助室采用車體側墻上的百頁窗進風，而變流器、變壓器的冷卻系統采用由車頂通往車底的獨立風道通風。
機車主電路
AC4000型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓進入機車后經過主斷路器再進入主變壓器，交流電經過主變壓器的四個牽引繞組后分別向四組變流器供電，進入四象限脈沖整流器并整流為直流電，然后經過中間直流回路，再由PWM逆變器轉換成三相交流電輸出，經電機電抗器分別向每個轉向架上的兩臺異步牽引電機并聯供電，使牽引電動機產生轉矩，將電能轉變為機械能，經過齒輪的傳遞驅動輪對。機車采用JD103型鼠籠式三相異步牽引電動機，是在YQD-300、JD101S兩種試驗型異步牽引電機基礎上研制而成，額定功率為1025千瓦，采用逆變器轉差控制。
控制系統
AC4000型電力機車采用電子控制系統，設有兩個電子柜分別控制兩臺轉向架的主變流器和輔助變流器，具有機車牽引控制、逆變器實時控制、四象限變流器控制、異步牽引電機閉環控制及系統保護等功能。機車采用轉向架獨立供電和控制方式，當其中一個轉向架的電機找出現故障時，可以切除該轉向架的負載，使機車以半功率故障運行。
轉向架
機車走行部為兩臺二軸轉向架，沿用了韶山4型機車轉向架的成熟技術，采用由低合金箱型焊接而成的“日”字型構架，一系懸掛采用軸箱螺旋彈簧與彈性連桿的獨立懸掛結構，二系懸掛為橡膠堆；牽引力或制動力通過推挽式平牽引桿機構傳遞。牽引電動機采用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性直齒傳動。
車輛保存
AC4000型電力機車，在完成各種試驗后，被保存于中車株洲電力機車有限公司廠內。
技術數據
參考資料 >