檢視日本國鐵ED七十一型電力機車的原始碼

'''ED 七十一型電力機車'''（日本語：ED 七十一形電牌牌牌車）是日本國有鐵道的交流電力機車車型之一，適用於供電制式為二十千伏五十赫茲的工頻單相交流電氣化鐵路，佇一九五九年研製成功、一九六空年投入批量生產，至一九六三年停產，共生產五十五台。

==發展歷史==

===開發===

一九五空年代，受著法國國鐵發展單相工頻交流制電氣化鐵路的成功經驗所的影響，日本國有鐵道嘛開始發展交流電力牽引的計畫。一九五三年，日本國鐵選定了仙山線的部份區段成做日本鐵路交流電化的試驗段。一九五四年至一九五七年間，三菱、日立、東芝分別試做濟濟種的交流電力機車的原型車（ED 四十四、ED 四十五型電力機車）， 而且佇仙山線的二十千伏五十赫茲交流電化區段進行矣試驗。一九五六年三月，日本國鐵根據仙山線的試驗結果，決定佇主要幹線擴大採用單相工頻交流制的範圍。一九五七年，為滿足北陸本線的二十千伏六十赫茲交流電化的需要，成功研製了 ED 七十型交流電力機車，標誌對日本的交流電力機車進入實用化。

一九五九年，日本國鐵決定對運輸量較大的東北本線烏磯以北區段實施交流電化，而且開發研製一種對應二十千伏五十赫茲交流制的新型交流電力機車。這種機車的牽引性能需要滿足東北本線的運用條件，必須會當單機牽引一千噸列車通過十 ‰ 的大漢坡道，抑是雙機牽引一千兩百噸列車通過二十五 ‰ 的大漢坡道。所以，功率等級做千五百千瓦的 ED 七十型的電力機車已經袂當滿足要求，有必要研製兩千瓦等級的大功率交流電力機車。

===製造===

====原型車====

一九五九年四月，日立、東芝、三菱分別各試做一台 ED 七十一型電力機車的原型車。三台⿰オト⿰バイ攏按照統一設計的原則，採用一致的車體、斡向架等機械結構，毋過電氣系統部分包括主變壓器、整流器、控制電路等等由各製造商獨自設計，用便進行無仝技術方案的較試驗。ED 七十一一號機車由日立製作所試製，採用油循環強迫風冷卻的主變壓器佮風冷式勵弧管整流器。ED 七十一二號機車由東芝公司試製，採用焦色風冷主變壓器佮風冷式引燃管整流器。ED 七十一三號機車是由新三菱重工業、三菱電機合作試製，採用油循環強迫風冷卻的主變壓器佮水冷式引燃管整流器。

根據這三台原型車佇東北本線烏磯至白河區段的試驗結果，日立的電氣系統技術方案被批准應用於量產車。此外，東芝的電氣系統亦得著袂䆀的評價，並且予後來的 ED 七十二、ED 七十三型的電力機車所沿用。

====量產車====

一九六Ｏ年，ED 七十一型電力⿰オト⿰バイ開始投入批量生產。佇咧一九六空年至一九六一年間生產的四十四台機車予人號做一改型的量產車，主要結構猶原佮 ED 七十一一號機車保持相仝，但是⿰オト⿰バイ整備重量由六十四噸提懸到六十七噸二噸，自按呢改採用經重新設計的 DT 一百十四型轉向架，以提懸轉向架的載重量。調壓系統採用恆電壓控制方式。此外，ED 七十一型電力機車亦設有為旅客列車電熱取暖供電的列車供電系統，量產車的司機室坦邊門邊仔有加一葩供電的狀態指示燈，當⿰オト⿰バイ掛車抑是解掛的時陣，供電佮非供電的狀態分別以滅燈佮黃燈顯示，確保車站工作人員拔插供電線的安全。

佇咧一九六二年至一九六三年間生產的十一台機車被稱做二次型量產車，根據一改型量產車的運用經驗作出了改良。這批機車改做是採用較簡單的軸懸式驅動裝置，以提高傳動裝置甲會當靠性。此外，車體側牆頂面的兩爿窗仔佮六个通風百葉窗仔門亦改用平排的方式佈置。

===運用===

一九六空年代初，新造的 ED 七十一型電力機車陸續集中配屬到福島機關區，擔當東北本線交流電化區段（烏磯—仙台）的旅客佮貨物列車牽引著任務。此外，ED 七十一型電力機車先後佇一九六空年佮一九六一年兩擺牽引日本皇室御召列車。一九六四年十月，開行囉上野至青森的「白鶴號」睏房特急列車，是為東京往東北本線的方向第一逝「藍色列車」，並由 ED 七十一型電力機車擔做烏磯至仙台間的機車交路。一九六五年十月，仙台至盛岡區段亦完成矣交流電化改造，毋過因為 ED 七十一型的電力機車所使用的水銀整流器佇冬季有發生凍結的可能，因此運用區段干焦限定佇烏磯至小牛田之間，而且「白鶴號」列車的牽引任務亦改由 ED 七十五型的電力機車擔當。一九六六年，福島車站範圍內發生路堤崩塌事故，造成 ED 七十一二號機車報廢。

此後，隨著 ED 七十五型的電力機車大量投入東北本線運用，ED 七十一型電力⿰オト⿰バイ開始沓沓退居二線，主要是用烏磯至仙台間牽旅客列車。同時，因為 ED 七十一型電力機車的功率較大，因此嘛用來擔當福島至白石間上下行貨列車、福島至金谷川間上行貨列車的補機任務。一九七空年代尾，車體佮各種設備經長年運用漸漸趨老化，ED 七十一型電力⿰オト⿰バイ開始逐步分批報廢。一九七七年，ED 七十一一、三號的原型車因使用時間上長上早去予人報廢；鋪年開始重點對一擺型的量產車擇劣報廢。一九八二年，東北新幹線通車了後，東北本線的貨物列車被削減，貨物列車補機亦改由 ED 七十五型的電力機車充任。仝年，ED 七十一型電力機車全部報廢。

==技術特點==

===總體布置===

ED 七十一型電力機車是客貨運通用的交流電力機車，適用於供電制式為二十千伏五十赫茲的工頻單相交流電氣化鐵路。車體兩爿各設有一个司機室，車內設有貫通式雙爿內走廊連接兩爿司機室，車體中部設有第一輔助機械室、變壓器室、中央機械室、整流器室、第二輔助機械室。佇彼司機室內機車運轉方向的倒爿設有司機操縱台，佇正手爿設有副司機座席佮手柄乎，司機室兩爿設有供乘務員乘降的車門。輔助機械室內設有牽引 mòo-tà 通風機、空氣壓縮機、破相機等輔助機電設備。變壓器室內底設有主變壓器，猶閣有配套的輔助機械佮冷卻設備，攏固定佇咧車體底架頂懸。規流器室內底設有水銀整流器佮配套控制裝置。

===車體結構===

ED 七十一型的電力機車是採用典型的全鋼拋拍結構箱仔車體，車體形式佮結構強欲親像仝時期的 ED 六十、ED 六十一型電力機車。機車車體全長一四三千六百毫米、全闊兩千八百毫米。車頂崁板採用鋼板壓制材料，車體中央的部份頂懸的蓋板會當拍開，方便對車內大型設備的檢修佮換換。考慮著機車重聯運用的需要，ED 七十一型電力機車亦採用進前端貫通型的結構，司機室頭前捀中央設有貫通門，通過另外一台機車。

ED 七十一型電力機車採用車體通風系統，側牆仔百葉窗是車內設備通風冷卻的主要入風窗口，除了主變壓器直接對車頂引進冷風后向車底排出熱風外，其他電氣設備的冷卻空氣攏取跤踏車內。百葉窗設有金屬絲網空氣過濾器，濾網會用得對車外提出通好換。佇一、二號原型車的車體側牆頂，每一爿設有兩爿採光用的玻璃側窗佮八个通風百葉窗仔門，每四个百葉窗口組合做一組並成「田」字型。三號原型車的車體兩爿設有兩爿窗仔佮六个通風百葉窗仔門。投入生產的一改型量產車攏採用一、二號原型車的外觀形式。啊若兩改型量產車的外觀形式是佮 ED 六十、ED 六十一、EF 三十型電力機車仝款，車體側牆仔頂面設有一逝平排的兩面窗仔佮六个通風百葉窗仔門。

===電氣系統===

ED 七十一型的電力機車是交—直流電傳動的整流器式電力機車，由直流來串勵牽引 mòo-tà 驅動。⿰オト⿰バイ主電路由空氣斷路器、主變壓器、水銀整流器、調壓開關、牽引 mòo-tà、電路保護裝置等組成。⿰オト⿰バイ對高架電車線獲取高壓交流電後，頭先經過主變壓器降低電壓，閣通過整流器轉換做脈流電（即方向無變干焦電壓變化的直流電）， 並且供電共牽引 mòo-tà。

====變壓器====

機車裝用一台 MT 一型芯式單相主變壓器，原爿輸入電壓範圍為十六～二十二千伏，變壓器次邊有四個線圈，包括兩个向整流器供電的牽引線圈（額定電壓做二 × 一千空七十五伏特，額定容量做三千三百二十千伏安）、 一个向輔助系統供電的輔助線圈（額定電壓做四百六十五伏特，額定容量做一百四十六千伏安）佮一个向旅客列車供電的供電線圈（額定電壓做一千五百七十積，額定容量做四百十一十千伏安）， 冷卻方式為強迫油循環導向風冷卻，變壓器重量為七千三百九十公斤（無含調壓開關的部份）。

====整流器====

整個流裝置的採用 RM 一型水銀整流器，是佇咧 ED 四十五二十一號機車的基礎頂懸改良而成。整流器採用由八个勵弧管組成的單相全波整流電路，勵弧管直徑為三百十毫米，整流器額定功率為兩千空四十六千瓦，額定規流電壓做六百六十積，額定整流電流為四 × 七仔七十五安培，整流器重量為兩千七百五十公斤。整個流裝置具較冗的遐載性，上蓋懸整流電壓做九百欉特，上懸整流電流會達到額定值的一百三十～百分之一百六十，會當滿足當粘著係數為零馮四時達到一千一百四十安培的起動電流，抑是雙機牽引一千兩百噸通過二十五 ‰ 大坡道的時達到八百八十安培的平均電流等等懸負擔的狀況。

雖然勵弧管整流器的故障率無懸，毋過存在維護保養較困難的缺點。一九七空年以後，部份 ED 七十一型電力機車佇咧郡山工場（今郡山綜合車輛中心）進行了改造，以矽整流器取代矣勵弧管整流器，但是因為矽整流器是袂當控制整流電路，因此改用矽整流器的電力機車亦失去了柵極相位控制功能。

====牽引 mòo-tà====

ED 七十一三號原型車安裝有四台新開發的 MT 一百空一型六極串勵直流牽引 mòo-tà，到今猶原是日本交流電力機車所使用功率上大的直直流牽引 mòo-tà，點鐘功率為著五百十千瓦，繼續功率為四百七十五千瓦，額定電壓做六百六十積，額定電流做七百七十五安倍，額定轉速為每分鐘一千一百四十轉，四台牽涉著 mòo-tà 全部並聯連接。該型牽引 mòo-tà 是佇咧 ED 七十型的電力機車所使用的 MT 一百型牽引 mòo-tà 的基礎上改良來成做，咧保持外形和 sài-sù 大致仝款的情況下使額定功率增大了百分之二十七。牽引 mòo-tà 迴路串接有電感線圈佮勵磁分流電阻器，以減少整流電流的脈動，並改善牽引 mòo-tà 的換向性能。因為整流器具有良好的過電壓性能，因此無需要對牽來 mòo-tà 使用磁場削弱，即可保證電力機車的高速運轉性能。

量產車是改做採用經過進一步改良的 MT 一百空一 A 牽引 mòo-tà，主要性能指標並無明顯變化，但欲勵磁分流率由百分之十五減少至百分之二，避免勵弧管逆弧的時陣引發牽引 mòo-tà 接地的故障；嘛加厚主極鐵心佮補極（換向極）鐵心，以改善牽引 mòo-tà 過載時的換向性能；另外閣強化主動齒輪佮驅動端軸承。

====調速系統====

ED 七十一型電力機車使用變壓器高壓側調壓佮整流器相位控制來達到調節速度的目的，原型車佮量產車的調壓系統略無仝。主變壓器原爿（高壓側）設有一个自鋪排線箍仔，通過高壓邊的調壓開關改變壓器牽引線圈的抽頭佮輸出電壓，組成二十五个調壓級（ED 七十一三號原型車有二十四个調壓級）， 級位轉換是利用兩組帶有侍服 mòo-tà 的噗軸控制器佮限流電阻器進行。整流器相位控制是借柵極迴路調節勵弧極佮陽極電壓的相位差來改變勵弧管的勵弧時間，對而控制輸出電流的平均值。佇咧 ED 七十一一號原型車頂面，整個流器相位控制設有三十个調壓級位，干焦限定佇調速柄十位以下低速區使用；高壓側調壓開關設有二十四个調壓級，做調速柄佇十位抑是以上的時陣使用，兩者配合之下使⿰オト⿰バイ實現共五十四个調壓級。

對 ED 七十一四號量產車開始使用恆電壓控制方式（AVR 控制方式）， 以提高電力機車的粘著性能。佇平常的運轉場合中一般攏使用高壓側調壓開關來調節牽引 mòo-tà 捀電壓。毋過拄著負擔較大的起動場合，為著提高粘著利用率佮列車起動性能，是採取調節基準電壓閉環控制系統的辦法，調速控制器級位佮牽引 mòo-tà 捀電壓做一定比例。做這个電力機車以這个方式行的時陣，會當利用整流器相位控制平趨提升牽引 mòo-tà 捀電壓，使端電壓由零伏特開始揤每一級位的基準電壓每一步提懸，一直到達到最高基準電壓了後恢復轉做使用高壓側調壓開關。佇這个過程當中變壓器調壓開關是袂當凊彩改變的，以保持整流器輸入電壓無變，因為愛講恆電壓控制。該控制系統是以磁放大氣做為負回饋放大氣，根據反饋的牽引 mòo-tà 端電壓佮調速控制器滑動電阻值，當然佮基準電壓力比較，並且使差異放大到水銀整流器的點弧極相位，從而改變整流器的輸出電壓。

這種控制方式的優點是會當減少調壓過程中的電流衝擊，並使牽引力的變化較齊勻。佇機車起動佮加速的時陣，會當使起動電流的變化較貼近粘著限制曲線，毋但使列車起動閣較平穩，閣會當有效提懸起動牽引力佮防空轉性能。若其中一對輪嘿發生空轉，會造成彼陣牽 mòo-tà 的轉速佮捀電壓雄雄增加，磁放大器會共電壓差異的號誌反饋到整個流器，並使牽引 mòo-tà 快速恢復正常電壓。

====軸重補償====

當機車牽引列車起動的時陣，因為輪周牽引力佮連結器處作用的列車阻力無佇咧仝一水的平面，使前後轉向架各軸酬載發生變化，講號做牽引力作用下的軸重轉移。和 ED 六十型直流電力機車仝款，ED 七十一型電力機車亦增設了軸重轉移電氣補償功能，咧牽引 mòo-tà 迴路中串接有勵磁分路電阻器。根據各軸粘著重量的比例，佇機車起動的時陣對各軸牽引 mòo-tà 實施無仝程度的磁場削弱，對各種的輪周牽力較無力量致使一致。

====防空轉保護====

ED 七十一型電力機車設有輪著防空轉保護系統，目的是提高機車粘著利用，予⿰オト⿰バイ牽引性能得著充分發揮。轉向架每軸端設有測速發電機來檢測空轉，測速發電機接線的一爿佮牽引 mòo-tà 相連，另外一爿連接著防空轉磁放大器。當空轉發生的時測速發電機的電壓雄雄增加，磁放大器根據空轉狀況接通大、小空轉繼電器，以降低這種牽成 mòo-tà 的供給電流，並使輪對趕緊恢復粘著。

====輔助電路====

ED 七十一型電力機車採用三相交流傳動的輔助電路，各種輔助設備的驅動攏採用檢修方便三相異步 mòo-tà，包括牽拖 mòo-tà 通風機、電動空氣壓縮機、主變壓器冷卻油-phuh佮通風機、整流器通風機等。電源由一百千燭安的旋轉式破相機供應，將主變壓器輸出的單相交流電轉換做三相交流電。破相機閣結合一台小型直流發電機，用佇咧向控制電路供電。

===斡對架仔===

====主要結構====

機車行部為兩台兩台搖枕式轉向架。原型車採用的 DT 一百空七型轉向架，其結構佮 ED 六十、ED 六十一型直流電力機車的轉向架基本相仝，斡對架構架是採用「日」字形輕量化鋼板拋接結構，軸箱是採用導柱式定位結構。斡向架採用全邊仔承承重結構，機車的車體重量通過四个邊仔承支座坐落佇咧兩台頂斡向頂懸。轉向架的搖枕仔懸掛裝置做搖台式，搖枕扞佇咧構架下跤，其兩爿通過邊仔承和車體連接，邊仔承支座佇構架邊梁外爿。搖枕佮構架之間通過搖枕仔弓仔、搖枕吊杆、下心盤、中心銷連接。下心盤佮中心銷毋但做為搖枕的迴轉中心，亦用來傳遞牽引力佮制馮力。牽引點懸度降低至距軌面三百三十四毫米，減少機車起動的時陣上重轉移。一改懸吊做軸箱側仔樹奶圓筒仔弓仔佮軸箱頂捲簧，二系搖枕弓仔做每一个捲簧，並配有垂向油壓減震器。

因為量產車的整備重量對六十四噸提懸到六十七噸二噸，自按呢改採用經重新設計的 DT 一百十四型轉向架，以提懸轉向架的載重量。軸箱恢復使用傳統的導框式定位結構，一改懸吊做軸箱頂捲簧。斡向架仔猶是採用全邊仔承重結構，但邊仔佮搖振動台結構有較大變化。搖枕仔裝置做構架外口掛結構，採用逐爿兩个並聯的搖枕圓弓仔組，並且有垂向油壓減振器，搖枕通過四支搖枕吊杆仔掛佇咧構架頂懸。

====傳動裝置====

牽引 mòo-tà 採用架懸式安裝的方式，才閣驅動裝置採用車心套式空心軸傳動。牽引 mòo-tà 的全部重量攏掛佇咧斡向架仔頂懸，大大減細矣簧下重量，以減牽引 mòo-tà 承受對軌道傳來的振動衝擊。驅動裝置的主要特點是大車齒（對動齒輪）由滾動軸承安裝佇車軸空心軸套上，車心內用螺仔栓固定佮牽引 mòo-tà 機座相連，轉矩是由大車齒輪心頂懸的八爪彈性元件傳動力車輪。傳動齒輪箱是因為四兔五毫米的鋼枋拋接而成，牽引齒輪傳動比為十五：八十二（一：五孵四七）。 毋過，這種傳動方式有一个明顯的缺點，因為大車齒輪直接通過彈性元件佮車輪相連，所以無法度共囥佇完全封閉的齒仔箱內底，定定因為沙塵入去齒仔箱才造成齒輪仔分合狀態惡化，引致驅動裝置發生異常振動。

為著欲解決傳出問題，對 ED 七十一四十五號機車開始的兩擺型量產車，改做採用較簡單的軸懸式驅動裝置。毋過因為 MT 一百空一 A 型牽引 mòo-tà 是根據架仔懸方式設計的，閣有改做軸懸式安裝的時陣為著提高牽教 mòo-tà 的防震性能，特別對其加裝扭杆式減震裝置，但欠點是使驅動裝置複雜化。後來，對進前生產的原型車佮一擺型量產車，均將軸套式傳動裝置改造成連杆式空心軸傳動裝置，大車齒通過兩組連杆機構趕動力車輪，以提高傳動裝置甲會當靠性。

==車輛保存==

* ED 七十一一號機車：靜態保存佇新幹線綜合車輛中心。
* ED 七十一三十七號機車：靜態保存到船岡車站。

==參考文獻==

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