日本國鐵ED46型電力機車
ED46型電力機車（日語：ED46形電気機関車）是日本國有鐵道的第一種雙電流制電力機車，適用於供電制式為1500伏直流電和20千伏50赫茲的工頻單相交流電的電氣化鐵路。這種實驗性機車由日立製作所於1959年研製成功，僅試製了一台，並未投入批量生產。
| ED46（ED92） | |
|---|---|
| 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 | 1959年 |
| 產量 | 1台 |
| 主要用戶 | 日本國有鐵道 |
| 技術數據 | |
| UIC軸式 | B'B' |
| 軌距 | 1,067毫米 |
| 輪徑 | 1,120毫米 |
| 軸重 | 16噸 |
| 軸距 | 2,212毫米 |
| 機車長度 | 14,500毫米 |
| 機車寬度 | 2,900毫米 |
| 機車高度 | 4,215毫米（降弓時） |
| 整備重量 | 64噸 |
| 受流電壓 | AC 20kV 50Hz DC 1500V |
| 傳動方式 | 交—直流電 |
| 牽引電動機 | MT913 × 2 |
| 最高速度 | 110公里/小時 |
| 持續速度 | 58.8公里/小時 |
| 牽引功率 | 1,400千瓦 |
| 牽引力 | 17,000公斤（起動） 8,500公斤（持續） |
| 制動方式 | EL14AS自動空氣制動機、手制動機 |
| 安全系統 | ATS-S |
發展歷史
研製
1959年，日本國有鐵道決定對常磐線取手以北實施交流電氣化改造，並在取手站至藤代站之間設置一個交直流分相區，使交直流兩用的鐵路車輛能夠以車上切換方式，在列車運行時無需停車就能完成電流制的轉換。為此，日本國鐵開發研製了日本第一種雙電流制電力機車，同時適用於1500伏直流電和20千伏50赫茲的工頻單相交流電[1]。
同年8月，日立製作所在ED71型電力機車的基礎上，試製了首台ED46型電力機車。值得一提的是，這台機車也是日立製作所自1911年以來製造的第1000台電力機車。ED46型電力機車按照幹線客運機車的需要而研製，機車上安裝有主變壓器和水銀整流器，控制方式採用電阻調壓、串並聯換接和磁場削弱，還採用了整體承載式輕量化車體、單電機轉向架、大功率牽引電動機、輪對空心軸架懸式驅動裝置等新技術，並可以對旅客列車的電熱取暖裝置供電。ED46型電力機車的最高運轉速度為110公里/小時，在交流及直流區段的持續功率均為1400千瓦，可滿足牽引550噸急行旅客列車或600噸普通旅客列車通過10‰長大坡道的運行條件[1]。
運用
ED46型電力機車出廠後，由於常磐線的交流電化工程尚未完成，因此首先配屬到宇都宮機關區，在東北本線和日光線進行各項試驗。1961年6月，隨着常磐線取手至勝田區段完成交流電化，ED46型電力機車亦轉配屬尾久機關區，並開始投入常磐線運用，主要擔當旅客列車的牽引任務。根據ED46型電力機車的試驗結果和運用經驗，日立製作所於1961年研製了EF80型電力機車，並開始投入批量生產。同年，根據新修訂的國鐵車輛形式稱號規程，ED46型電力機車改稱為ED92型電力機車。後來，這台機車移交中央鐵道學園作為教學車使用，在很長一段時間內被存放在田端機關區，至1975年正式報廢解體[2]。
技術特點
總體布置
ED46型電力機車是幹線客運用的雙電流制電力機車，適用於供電制式為1500伏直流電和20千伏50赫茲的工頻單相交流電的電氣化鐵路。車體兩端各設有一個司機室，車內設有「Z」字形內走廊連接兩端司機室，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。司機室內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。車頂安裝有兩台雙臂式受電弓、交直流切換器、高速斷路器、避雷器等高壓電氣設備。車體底部兩台轉向架之間吊裝着總風缸、平波電抗器和各種電阻器[1]。
車體結構
ED46型電力機車採用輕量化的整體承載式全鋼焊接結構箱型車體，車體全長14,100毫米、全寬2,900毫米。由於ED46型電力機車的設計為單機運用的幹線客運機車，因此採用了前端非貫通型的結構，並採用大面積前窗玻璃以改善司機的嘹望視野，這種前端外形亦被後來的EF60、EF70型電力機車所沿用。機車採用車體通風系統，側牆百葉窗是車內設備通風冷卻的主要進風窗口，車體兩側均設有兩扇側窗和五個通風百葉窗[1]。
電氣系統
ED46型電力機車是交—直流電傳動的整流器式電力機車，機車主電路由空氣斷路器、主變壓器、水銀整流器、牽引電動機、主電阻器、電路保護裝置等組成。在交流電模式時，機車從架空接觸網獲取高壓交流電，首先由主變壓器降低電壓，再通過水銀整流器轉換成脈流電（即方向不變而只有電壓變化的直流電），經過電阻調壓後供電給牽引電動機。在直流電模式時，機車從架空接觸網獲取直流電，經過電阻調壓後直接向牽引電動機供電，而水銀整流器則變為逆變器工作，用來向旅客列車供電。機車可以在運行時安全地完成交直流切換過程。ED46型電力機車的調速控制方式和直流電力機車一樣，採用電阻調壓、牽引電動機的串—並聯換接、以及磁場削弱控制來達到調速的目的。調速控制器共有25個調速級位，其中弱磁起動位1級、串聯位11級、並聯位7級、磁場削弱位6級[1]。
機車裝用一台芯式單相主變壓器，變壓器次邊有三個繞組，包括一個向整流器供電的牽引繞組（額定電壓為2×2080伏特，額定容量為2170千伏安）、一個向輔助系統供電的輔助繞組（額定電壓為465伏特，額定容量為20千伏安）及一個向旅客列車供電的供電繞組（額定電壓為1590伏特，額定容量為460千伏安），冷卻方式為強迫油循環導向風冷卻。整流裝置採用風冷式勵弧管水銀整流器，由四個勵弧管組成單相全波整流電路，整流器額定功率為1560千瓦，額定整流電壓為1500伏特，額定整流電流為1040安培。
每台轉向架安裝一台MT913型牽引電動機，該型電動機是帶有補償繞組的四極串勵直流電動機，也是當時世界上窄軌電力機車所使用功率最大的牽引電動機，小時功率為755千瓦，持續功率為700千瓦，額定電壓為1500伏特，採用強迫通風冷卻。為擴大機車的恆功調速範圍，還可以對牽引電動機使用磁場削弱，削弱率最深為40%。
考慮到電氣設備輕量化的需要，ED46型電力機車的輔助電路採用了特殊的多電流制模式。其中，在交直流區段共用的輔助電動機，包括牽引電動機通風機、三相電動發電機和電動空氣壓縮機，均使用1500伏特直流電動機驅動，在直流區段由架空接觸網直接饋電，在交流區段則由整流器供電。勵弧管冷卻風扇及預熱器，在交流區段由主變壓器輔助繞組直接供應440伏特50赫茲單相交流電，在直流區段則由三相電動發電機供電，該電動發電機的輸入電壓為1500伏特直流電，輸出440伏特60赫茲三相交流電[3]。
轉向架
機車走行部為兩台DT112型二軸轉向架。為了儘可能減輕機車重量，ED46型電力機車是日本首次採用單電機轉向架的國鐵電力機車，每個轉向架安裝一台大功率牽引電動機並成組驅動兩個輪對，這種設計之前曾經在東武鐵道ED5050型電力機車上應用。牽引電動機採用架懸式安裝方式，將牽引電動機橫向固定在轉向架構架中梁，即兩個輪對之間；從牽引電動機軸端齒輪輸出的轉矩，通過兩個中間齒輪分別傳動兩個輪對的大齒輪。驅動裝置採用輪對空心軸傳動，大齒輪由滾動軸承安裝在空心軸套上，轉矩由大齒輪通過橡膠連杆機構傳給空心軸，空心軸的另一端亦使用橡膠連杆機構與車輪相連[1]。
軸箱採用無磨耗的拉板式定位結構，兩片金屬拉板的其中一端與軸箱連接，另一端與構架側梁相連。轉向架採用全旁承支重結構，機車的車體重量通過四個旁承支座坐落在兩台轉向架上。一系懸掛為軸箱頂螺旋彈簧，搖枕彈簧裝置為構架外側懸掛結構，採用每側兩個並聯的搖枕圓彈簧組。
