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【精品移动的回答(97票)】: （为了方便理解，部分名词仅作做简单说明；如有疏漏，请留言私信） 题目已经不能修改，因此有些话写在前面。 这是一篇针对高铁的科普文—— 铁路机车是个庞大的家族，高铁只是这个大家庭的一个新成员，如果要连篇累牍赘述其他车辆，恐怕这个答案是写不下的，故本文针对高速铁路进行讨论。 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 一、 高铁列车的动力来源是交流电还是直流电？ 各国高铁基本采用交流电作为高铁列车的牵引网络的电流制式。 （萌萌的意呆立除外。在高铁电流制式这个问题上，全世界都摸着意呆立过河） ----------------------------------------------------------------------------------------------- 二、 高速列车如何获取电能作为动力？ （从电路角度来看，高铁采取AT（自耦变压器）供电方式。 关于AT供电@严同讲得很好，在此不赘述） 高铁能够跑起来，依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力。 牵引供电为电力系统的一级负荷。（德国是例外：德国高铁电网有独立于德国国家电网） 因此，高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路，如图1所示： 
图 1 电力系统与牵引供电系统图 1 电力系统与牵引供电系统 一句话简述就是： 牵引变电所给架空接触线提供电能，高速列车将架空接触线的电能取回车内，驱动变频电机使列车运转。下面分三点详细解释这三个分句。 2.1 牵引变电所 牵引变电所为架空接触网提供电能。典型的架空接触网如图2所示。
图2 典型的架空接触网图2 典型的架空接触网 架空接触网的末端是牵引变电站，平均数十千米/座。每个变电站伸出两个供电支，提供不同相的交流电，这就是“供电段”。据此可认为铁路供电是按照“供电段”来进行划分的。图3为典型“供电段”的运行模式：
图3 供电段运行模式图3 供电段运行模式 如图3，列车经过两个变电站的“供电段”时，先后通过A1-B1-A2-B2四个供电支。为保证供电安全，各供电支之间并非直接连结，而是存在确保电气绝缘（隔离）的结构或设计，因此各供电支之间不会短路。 列车从一相运行到另一相这个过程，叫做列车的过分相（电分相是线路上极短的一个区域，列车运行过程中，过分相瞬时完成） 因此，牵引变电所给架空接触网供能的过程可以简述为： 牵引变电所给各供电支提供电能，列车接受供电支的电能以维持运动，不断完成过分相-受流的循环（供电段）的同时向前运行。 2.2 架空接触网及弓网系统 受电弓与架空接触网合称受电弓-接触网系统，简称弓网系统。上文多次提到的架空接触网，是弓网系统的一部分。 弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动设备结合点。换个通俗的说法，列车运行过程中，牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的，而从受电弓部分开始，整个高速列车，都是运动的。
图2(a) 弓网系统在高速列车牵引供电系统中的位置图2(a) 弓网系统在高速列车牵引供电系统中的位置
图2(b) 弓网系统近照图2(b) 弓网系统近照 结合图2可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置，就是受电弓；与受电弓直接接触的那条线，就是接触线，接触线是架空接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。 2.3 列车驱动与变频电机 PWM变频电机通过弓网系统获取电能，以此驱动列车运转。 接触网上的高压交流电，通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电，在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电，输入三相异步/同步牵引电动机，通过传动系统带动车轮运行。
图3(a) 高铁轮轨系统外观
图3(b) 高铁变频电机及其传动系统示意图
图3(c) 高铁转向架外观实物图图3(c) 高铁转向架外观实物图 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 三、高速列车与接触线（轨道上面的电线）的连接部分是金属吗？ 曾经是。 3.1 弓网系统结构简介
图4 弓网系统结构简图图4 弓网系统结构简图 结合图4，简单介绍一下弓网系统的结构。 火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与“轨道上面的电线”，即接触网相连，那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属，即接触部分的材质问题，应该分开看： 1）“电线”，即接触线（contact wire），是金属材质的，目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见； 2）受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓（pantograph）与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触，但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损，加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能，因此，其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能，这个碳板就是受电弓滑板。 3.2 弓网材质选择 其实我觉得题主你问到点子上了，但还差一点点就能成为极好的问题。我们衡量一个系统用的可靠性时，总希望找一个或者若干个标准，它们能将危险量化，在此基础上将危险分类。在弓网匹配中，这个标准是损耗。 受电弓滑板早期也有非碳材质的，在此不表，我只提一个决定性的需求，在了解这个需求之后，你就会明白滑板的材质问题的由来： 这个需求叫做弓网配合 当然，弓网配合是个很大的课题，细化到答主的问题上，就是：“受电弓接触线和受电弓滑板的材质选择有什么考究” 这个其实就是我刚才提到的，损耗： 题主你设想一下，弓和网之间接触，有摩擦，那必然就会有磨损，也就有损耗。（小知识：在通过电流的时候，摩擦不仅是两个物体之间的相对运动，因为掺杂了电的作用。对于这种现象，有一个专门的词概括，叫载流摩擦。具体到本题中，可以解释为：载流摩擦比同条件下的机械摩擦带来的损伤更大） 因为摩擦必然存在，所以损耗不可避免。那么我们选择被消耗的部分，肯定是我们监测、维修过程中最容易完成的环节。 我们肯定选择容易检修的部分。这个选择的另一层意思就是：是个设备就会老化或损伤，那么在设计设备的时候，我们会故意将容易检修的部分设计成薄弱点，这样设备损坏时会有更大概率发生在这些薄弱点，方便我们检修，或者说，这是一种将损害集中以方便处理的设计思路。 听上去很不爽是吧？反正我第一次明白的时候整个人都不好了...脑洞一开，就成了设计设备就是为了让它坏得精彩么= =但是从效率方面考虑，这种设计是很合理的，铁路的弓网系统就是一个很典型的例子： 然后我们比较一下列车接受电流的这两个部分： 一个是接触网上的接触线：这是一个复杂的机构，涉及到接触网悬挂部分（“电线”不可能悬空吧。。），并不是三言两语能够说清的，而且这个线那么长，检验哪一段受损也不方便。而且，如果很长的一段导线，中间有很小的一段损坏极为严重，更换的时候需要将整线拆除？还是把某一段剪下来？如果是后者，那么如何将这段接回去？别跟我说一般的焊什么的，接触线是一个很平滑很顺溜的电线，有一个焊点可能在一般的电路中无所谓，但是你设想一下一个300km/h运行，也就是相对速度80m/s的、相互贴合的两者间突然出现一个几个mm的瘤子，这是什么情况耶？我只能说：“么么哒”.... 另一个就是受电弓上的那块和接触线直接接触的滑板了。首先，这个东西长度不到两米，损伤的厉害了，换呗；其次，这个东西不在线路上，对比下接触网可能在深山老林中的作业环境,hmmmm.... 所以接触线和受电弓滑板二者要择一的话，肯定选滑板。方法就是：让滑板材料不如接触线材料耐磨，再具体一点，就是铜合金接触线+碳材料滑板的组合。 （再细节的滑板材质变迁我就不讲了，总之，就是这一攻一受的组合：铁打的接触线，流水的滑板） 最后提一下，接触线更换周期很长，年是基本单位，状况好的运维个十年二十年； 高铁受电弓滑板更换周期差不多是两周甚至更短，状态好的也有几个月的。（不提供列车线路、运行区段、列车型号、弓网参数的我一定不是在耍流氓，哼） 3.3 危害 如果是，高铁 300km的时速，两个金属相摩擦，肯定会产生火花，这不是很危险吗？
你能看到的电火花，其实很可能发展成弓网电弧了。 按照空气放电的激烈程度排序，电晕-火花-电弧。 因此，在列车的弓与网接触中断（即弓网离线）条件下，应该是电火花->电弧这样的发展顺序。此外，车速越大，越容易发生弓网离线，弓网离线次数（弓网离线率）与离线程度（弓网大/中/小离线）加剧，弓网电弧现象会愈发明显。 偷个懒，贴一段： 受电弓/接触网（以下简称弓网）关系是高速电气化铁路安全运行的三大核心关系之一，弓网系统良好的服役性能是保障高速列车可靠、安全运行的基本条件。http://www.tudou.com/programs/view/swhQUWNQyzI/
看过这个，你可以有个直观的印象。 参考文献： [1] 吴积钦．受电弓与接触网系统 [M]．成都：西南交通大学出版社，2010 [2] 吴广宁．变频电机绝缘老化机理及表征 [M]．北京：科学出版社，2009 [3] 吴积钦，钱清泉．受电弓与接触网系统电接触特性[J]．中国铁道科学,2008,03:106-109. 【严同的回答(13票)】: 不是铁道电气专业的，但参与过一个电铁电能质量专题，就知道的高铁说几句。 1）高铁采取“交-直-交”供电（PWM变流，将单向高压交流电整流成直流电，再将直流电逆变成交流电），以往的 交-直电车已经逐步淘汰，主要是因为交流电机较直流电机功率、扭矩等方面好些，然后就是交-直电车采用半控桥式整流，控制晶闸管导通角控制出力（交-直-交是GTO或IGBT，四象限工作），带来的劣势就是谐波较大，功率因素不高。下图为牵引供电示意图。
2）电力向火车提供动力的为牵引供电系统。通过上图也可看出，原理比较简单。其中有些关于接线方式和供电方式的分类，就不展开了，也不是特别懂。高铁采取AT(自耦变压器)供电方式，接触网结构相对复杂。
3）首先受电弓上装了石墨，其实是石墨与接触网产生摩擦。其次你说的火花估计是因为，电压超过500v时，相对滑动的接触体之间容易产生电火花，是因为在滑动中两个通电的接触体会短时脱开，此时3）首先受电弓上装了石墨，其实是石墨与接触网产生摩擦。其次你说的火花估计是因为，电压超过500v时，相对滑动的接触体之间容易产生电火花，是因为在滑动中两个通电的接触体会短时脱开，此时电压降击穿两个接触体之间的空气隙，从而产生电火花。但高铁的受电弓是有很大弹性的，这个弹性使得受电弓能够比较牢固地与电线保持接触。但是还是有两个受电体脱开的时候，所以还是有出现电火花的时候。 【木辰的回答(1票)】: 首先自我介绍下：答主国内某不知名高校 铁道电气化 专业在读研究生 在知乎上从来都是只看不发言，因为都不会，好不容易一个和我专业如此相关的问题，小弟尝试着看看能不能回答好。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 由于个人专业方向是牵引供电方向，故只对题主提出的问题 1、2作回答，问题2可以深入回答，问题3属于弓网关系研究，因只是略懂，且 @Anordinance汭 回答的已经很详细了。 问题1:火车的动力来源交流电还是直流电？ （补充： 在一般我们的牵引供电研究领域，牵引供电分为两大方向大铁路 和地铁） 题主所说的火车，肯定是属于大铁路范畴（包括普速和高铁），采用交流电给机车 （也就是火车）供电。 而在地铁中，一般采用直流电给机车供电，（国内也有特列，温州地铁采用大铁路供电方式，27.5KV交流供电：温州轨道交通_百度百科） 问题2:电力是如何给火车提供动力的？ 题主问电力如何给火车提供动力，其实扯淡点和 电力如何给你家提供电力 途径是一样的，都绕不开输配电。 只不过家庭用电，输配电都是国家电网给干了。个人理解，铁路供电系统中，供电部门（铁路局的供电段和地铁的机电中心）负责了配电部分。 牵引供电系统即代表配电部分，给火车提供动力源。 牵引供电系统两主要组成部分：牵引变电所 和牵引网 要想给火车提供电力，首先要完成从电网电压到适合火车运行的电压的一个转换，这个就是由牵引变电所完成，一般电网给铁路输入的电压是110KV或者220KV，牵引变电所将电压转换了29KV或者58KV（比额定电压高10%），采用两路进线，一备一用。火车运行额定电压27.5KV,(无论是高铁还是普速列车，虽然高铁在供电方式上是AT供电，变压后是55KV，但是轨-接触网之间的电压还是27.5KV，后续有讲。）
牵引变电所完成降压后，给整个铁路供电系统提供了电力电源，但是初中物理老湿就告诉过你，一个电路光有电源是不行滴，还得有一个回路。这个时候就得有牵引网了。一个最简单的牵引供电模型就是：
当然，不可能这么简单就可以了，牵引网包括接触网，承力索、回流线等等，AT工地那供电更复杂，先写到这里，我要吃饭去了，食堂没饭了。 【本杰明的回答(0票)】: 1.是22到30kv的交流电。 2.电从发电厂经过变电站来的。从列车头顶的电线传来，从轨道传回。（轨道接地，所以电压为0，不会电到人）。而且因为电线有电阻有压降，所以每隔一段区间就要设一个变电站，由当地发电厂提供电力。列车经过这两区间就叫“过分相”。不能把这两个地方的电力连起来，不然要短路的。 3.你说得对，这也是当前高铁研发的难点。现在火车高铁都用的是集电弓顶着接触网，弓顶部是碳刷，铺了一层碳的所以很滑（想象一下铅笔滑了很次之后）。一般碳刷能传600安培的电力，是消耗品，要经常换的。接触网由于长期有碳刷刷了一层碳也变得很滑，前进的时候呈Z形排布，就可以使碳刷可以均匀消耗。 【里面的回答(0票)】: 通过轨道上空的那些电线，包括旁边的杆子，杆子上的线(统称接触网)。和机车上那个 弓(受电弓)。 【林双的回答(0票)】: 高铁 300km的时速，两个金属相摩擦，肯定会产生火花，这不是很危险吗？ 【李小的回答(0票)】: 快速浏览版，详细理论请看其他答案or就读本专业。 1.火车的动力来源是交流电还是直流电？ 交(接触网)-直(电机) 交(接触网)-直(存在于机车内部)-交(电机) 类型 动力来自机车电机（交），电机用的电来自接触网（交），接触网的电来自大电网（交）。 2.电力是如何给火车提供动力的？ 通过轨道上空的那些电线，包括旁边的杆子，杆子上的线(统称接触网)。和机车上那个 弓(受电弓)。 3.火车与轨道上面的电线相连的是金属吗？如果是，高铁 300km的时速，两个金属相摩擦，肯定会产生火花，这不是很危险吗？ 是金属(合金)，不是金属就不能传递电能了。 放电-拉弧-电火花。 如果受电弓与接触线脱离(即脱弓)，就有可能拉弧，产生电火花，就有可能造成事故。 一大票人在研究如何防止脱弓，降低故障率。 (请放心乘坐，有砖家但更多的是专家) 原文地址:知乎 |
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