JR貨物ED500型電力機車
ED500型電力機車（日語：ED500形電気機関車）是日本貨物鐵道（JR貨物）的多電流制電力機車車型之一，適用於供電制式為1500伏特直流電、20千伏50赫茲和60赫茲單相交流電的電氣化鐵路，唯一一台原型車由日立製作所於1992年設計製造，並未投入批量生產。
| ED500 | |
|---|---|
| 概覽 | |
| 類型 | 電力機車 |
| 原產國 |  日本 |
| 生產商 | 日立製作所 |
| 生產年份 | 1992年 |
| 產量 | 1台 |
| 主要用戶 |  日本貨物鐵道 |
| 技術數據 | |
| UIC軸式 | Bo'Bo' |
| 軌距 | 1,067毫米 |
| 輪徑 | 1,120毫米 |
| 軸重 | 16.8噸 |
| 軸距 | 2,600毫米 |
| 機車長度 | 17,600毫米（連結器中心距） |
| 機車寬度 | 2,970毫米 |
| 機車高度 | 4,260毫米（降弓狀態） |
| 整備重量 | 67.2噸 |
| 供電電壓 | DC 1500V AC 20kV 50/60Hz |
| 傳動方式 | 交—直—交流電 |
| 牽引電動機 | FMT2 × 6 |
| 最高速度 | 130公里/小時 |
| 持續速度 | 75公里/小時 |
| 牽引功率 | 4,000千瓦（小時） |
| 牽引力 | 19,000公斤（持續） |
| 制動方式 | 電阻制動、電控空氣制動、停留軔機 |
| 安全系統 | ATS-SF、ATS-PF |
開發背景
1987年國鐵分割民營化後，日本國有鐵道的貨運業務由日本貨物鐵道（JR貨物）繼承，負責經營全國性的鐵路貨物運輸業務。由於JR貨物考慮進一步提高貨櫃列車的最大牽引重量，因而開展了新一代大功率電力機車的開發計劃。1990年，JR貨物同時開發研製了兩款6000千瓦大功率交流傳動電力機車，其牽引功率是EF66型電力機車的1.5倍。其中，EF200型電力機車適用於1500伏特直流電氣化鐵路，計劃投入東京至大阪間使用；而EF500型電力機車適用於1500伏特直流電氣化鐵路和20千伏交流電氣化鐵路，計劃投入東京至北海道間使用。
由於日本海縱貫線的貨物運輸量增長小於預期，使用EF500型電力機車則顯得不甚經濟。為了擴大交流傳動電力機車的使用範圍，因此日立製作所提出開發4000千瓦交流傳動電力機車，來替代雙機重聯運用的ED75型電力機車，即交直流兩用的ED500型電力機車。這款機車結合了EF200、EF500型電力機車的特點，主要部件可以與EF200型電力機車通用。牽引系統採用閘流體整流器、GTO牽引變流器、三相異步牽引電動機和16位元微電腦控制系統。牽引電動機採用了單軸控制，各自對應獨立的牽引變流器， 提高了電力機車的粘着性能和冗餘度[1]。
1992年8月，ED500 901號原型車在日立製作所水戶工廠落成，並於同年11月開始進行正線試運轉和綜合性能試驗。由於這台機車並非由JR貨物出資購置的車輛，因此其所有權始終屬於日立製作所，以租借形式提供給JR貨物進行試驗。至1994年底，ED500 901號機車完成各項試驗後，從JR貨物除籍並返回日立製作所水戶工廠保存，JR貨物也沒有採購該型機車的打算。車上部分設備已經被拆除，所以機車已無法自力運行。
技術特點
總體佈置
ED500型電力機車是幹線貨運用的大功率多電流制電力機車，採用整體承載式全鋼焊接結構車體，並利用了有限元分析法來實現車體輕量化。車體外形與EF200型電力機車相似，採用前端中部凸出的半流線型外形，前照燈和尾燈以橫向並列方式佈置在車體正面下半部兩側。車體兩端各設有一個司機室，在機車運行方向的左側設有司機操縱台，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門。司機操縱台的設備佈置方式與EF200型電力機車完全相同[1]。
車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室，機械室內設備佈置採用模組化方式。主變壓器、整流器和集電弓斷路器、真空斷路器、電流轉換開關等配套設備位於機車中部。主變壓器前後各設一個高壓電器櫃，兩個高壓電器櫃內的設備大致相同，主要包括牽引變流器、制動電阻等電器設備。第一端司機室和高壓電器櫃之間設有牽引電動機通風機、低壓電器櫃和微電腦控制櫃。第二端司機室和高壓電器櫃之間設有牽引電動機通風機、空氣制動裝置和微電腦控制櫃[1]。
車頂安裝有兩台單臂式集電弓。車體下方除了設有兩台轉向架之外，還吊裝着總風缸、蓄電池、電動空氣壓縮機、電動發電機及其起動電阻裝置。ED500型電力機車的機械室內採用單側走廊佈置，設備側的車體側牆裝有兩組冷卻風進風口和慣性過濾裝置，以及四個採光玻璃窗；走廊側的車體側牆則設有八個採光玻璃窗。
電氣系統
ED500型電力機車是採用交—直—交流電傳動的變流器控制電力機車，並且繼承了EF200型電力機車的單軸控制技術和16位元微電腦控制系統，每台牽引電動機各自由獨立的牽引變流器供電及控制（1C1M）。在交流電模式下，從架空電纜獲取的20千伏單相交流電，經集電弓和斷路器輸入主變壓器降壓後，首先經過兩個整流器整流成1500伏特直流電，每個整流器向兩個牽引變流器供電，將直流電轉換成電壓和頻率可調節的三相交流電並供給四台牽引電動機。在直流電模式下，架空電纜的1500伏特直流電直接向牽引變流器供電。
機車裝有一台FTM2型殼式單相主變壓器，並與平波電抗器採用一體化結構，冷卻方式為強迫油循環導向風冷卻，額定容量為5572千伏安，次邊輸出電壓為2×1110伏特。整流裝置與EF500型電力機車相似，採用閘流體和二極管構成的混合二段橋式全波整流電路，冷卻方式為強迫通風冷卻[1]。
牽引變流器採用可關斷閘流體（GTO）作為功率控制模組。每個牽引變流器有六個三相逆變橋臂，每一橋臂由一個GTO元件（4500V/2000A）和一個反並聯二極管（4500V/500A）構成。該電壓型牽引變流器採用脈寬調製（PWM）的變頻控制（VVVF）方式，冷卻方式為非氟利昂沸騰冷卻及強迫通風冷卻[1]。
機車裝有六台FMT2型鼠籠式三相六極異步牽引電動機，可以與EF200型電力機車互換通用，小時功率為1000千瓦，額定電壓為1100伏特，額定電流為615安培，定子線圈和電樞線圈均採用H級絕緣，冷卻方式為強迫風冷。
ED500型電力機車採用三相交流傳動的輔助電路系統，電動通風機、電動空氣壓縮機等輔助機械設備均採用鼠籠式三相異步摩打驅動。輔助系統電源由一台FDM1型無刷電動發電機提供，將1500伏特直流電轉換成440伏特60赫茲三相交流電，額定容量為190千伏安。
制動系統
ED500型電力機車設有電阻制動和空氣制動系統。當使用電阻制動時，牽引電動機變為三相交流發電機運轉，而牽引變流器則變為整流器工作，將發出的電能整流為直流電並連接到制動電阻。機車具有電空聯合制動的協調功能，當電阻制動無法產生足夠制動力時以空氣制動補足。
ED500型電力機車並採用了電控空氣制動，以改善貨物列車制動的響應性能和協調控制。該系統通過電子訊號傳送制動指令，並利用電磁閥開關和電傳操縱空氣制動閥等裝置控制軔缸和制動管壓力，並且具有階段制動、階段緩解、保壓制動、快速充氣的功能。基礎制動裝置為單側閘瓦制動單元，並採用燒結合金作為閘瓦材質[1]。
轉向架
機車走行部為兩台二軸無搖枕轉向架，與EF200型電力機車的FD3型兩端轉向架基本相同。構架採用無端梁的「H」字形鋼板焊接結構，側梁中部焊有二系彈簧的旁承座。軸箱採用兩個無磨耗的圓筒型橡膠裝置定位結構，軸箱導杆通過其心柱固定在側樑上，轉向架固定軸距為2,600毫米。一系懸掛為兩個並列的捲簧組，佈置在軸箱頂端的側梁截面內。二系旁承懸掛為兩組半球形橡膠彈簧，佈置在構架側梁外側中部的旁承座上。兩個轉向架均裝有一、二系垂向油壓減震器和抗蛇行減震器。牽引力和制動力通過中間低位牽引斜拉杆裝置傳遞[1]。
為了改善機車高速運行時的動力學性能，ED500型電力機車採用浮動盤式輪對空心軸彈性傳動裝置。牽引電動機的兩端通過吊杆支承在轉向架構架上，並在車軸上套上了一根同心的空心軸。牽引電動機通過滾柱軸承安裝在空心軸上以保證齒輪中心距不變，大齒輪（從動齒輪）固定安裝在空心軸上；空心軸的一端通過彈性元件與車輪連接，另一端同樣通過彈性元件與大齒輪連接。彈性元件由四連杆機構和浮動盤組成，並使用橡膠關節作為阻尼元件。牽引齒輪傳動比為4.94。
參考書目
- 鉄道ファン編集部. ED500形900番台交直流電気機関車. 鉄道ファン (交友社). 1992年11月, 379: 51–53 （日語）.
- 濱田喜一. 総説 JR 貨物の機関車. 鉄道ピクトリアル (電気車研究会). 1998年4月, 680: 10-15 （日語）.
參考文獻
