日本國鐵 EF80 型電力機車

EF80 型電力機車（EF80 形電気機関車）是日本國有鐵道的雙電流制電力機車車型之一，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。

發展歷史

1.1 開發背景

1959 年，日本國有鐵道開始對常磐線取手以北實施交流電氣化改造，並在取手至藤代之間設定一個交直流分相區，使交直流兩用的鐵路車輛能夠以車上切換方式，在列車執行時無需停車就能完成電流制的轉換。同年，日立製作所在 ED71 型電力機車的基礎上，試製了首臺交直流兩用的 ED46 型電力機車（後來改稱為 ED92 型電力機車），同時適用於 1500 伏直流電和 20 千伏 50 赫茲單相交流電氣化鐵路。

1962 年，日立製作所根據 ED46 型電力機車的試驗結果和運用經驗，研製了新一代的 EF80 型電力機車。EF80 型電力機車是客貨運通用的雙電流制六軸電力機車，機車軸式為 B-B-B。最初日本國鐵曾經打算分別研製四軸客運機車和六軸貨運機車，但考慮到未來旅客列車逐漸改用電力動車組擔當後，剩餘的四軸電力機車將難以改為貨運用途，因此最終決定開發客貨運通用的六軸電力機車，並且分為帶有列車供電裝置的客運型，以及沒有搭載列車供電裝置的貨運型。

EF80 型電力機車裝有油冷式主變壓器和矽二極體整流器，調速控制採用電阻調壓、串並聯換接和磁場削弱方式，並採用了單電機轉向架和輪對空心軸架懸式驅動裝置。機車整備重量為 96 噸，最高運轉速度為 105 公里 / 小時，在交流及直流區段的小時功率均為 1950 千瓦，可以滿足單機牽引 1200 噸貨物列車（遠期 1300 噸）在 10‰長大坡道上起動的需要，而在平直道上單機牽引 600 噸旅客列車的最大平衡速度可達 105 公里 / 小時。

1.2 生產批次

1962 年至 1963 年間，日立製作所、三菱電機、三菱重工業共製造了首批 50 臺 EF80 型電力機車（1～50），當中包括 30 臺客運型機車和 20 臺貨運型機車。這批早期型機車的特點是採用了心盤牽引的 DT127、DT128 型轉向架，裝用 MT53 型牽引電動機和埋入式前照燈。其中，EF80 37 號機車採用了與車體弧度配合的曲面前窗玻璃，明顯與其他機車不同。

1966 年至 1967 年間，日立製作所、三菱電機、三菱重工業、東芝公司又製造了第二批 13 臺 EF80 型電力機車（51～63），當中包括 5 臺客運型機車和 18 臺貨運型機車。這批改良型機車根據早期型機車的運用經驗而作出了改進，例如採用改良了牽引裝置的 DT135、DT136 型轉向架以改善粘著效能，裝用 MT53A 型牽引電動機，前照燈改為使用凸出於車體的安裝方式，加大警示燈的尺寸，機械室採光玻璃窗採用 H 形斷面的橡膠密封條安裝，機車整備重量提高至 97.8 噸。其中，在最後出廠的 EF80 63 號機車上首次安裝靜止式變流器（SIV）作為列車供電裝置。

1.3 運用歷史

自從在 1962 年投入運用起，所有 EF80 型電力機車均以水戶鐵道管理局（今東日本旅客鐵道）管內為主要使用範圍。1962 年至 1963 年間，50 臺早期型機車陸續配屬到。1962 年 10 月 1 日，常磐線勝田至高萩區段完成交流電氣化，日本國鐵實施列車執行圖調整，EF80 型電力機車主要擔當上野至水戶間普通旅客列車的牽引任務，替代了原本使用的 C62 型蒸汽機車，而水戶以北路段則仍然使用蒸汽機車牽引。1963 年 5 月 1 日，常磐線高萩至平區段完成交流電氣化，EF80 型電力機車的牽引區段延長至平，廣泛運用於牽引包括 “夕鶴號” 臥鋪特急、“十和田號” 夜行急行在內的各種旅客列車及貨物列車。此外，EF80 型電力機車亦曾經在東北本線運用，擔當上野至黑磯間的臨時旅客列車，或至郡山間直通貨物列車的牽引任務。

1962 年至 1965 年間，田端機關區所屬的部分 EF80 型電力機車入助。1966 年至 1967 年初，13 臺改良型機車陸續配屬到勝田電車區。1967 年，隨著與常磐線連線的及水戶線全面完成電氣化，EF80 型電力機車亦開始投入該兩線運用，主要擔當水戶線小山至友部、新金貨物線（總武本線貨運支線）至佐倉、金町的貨物列車牽引任務。同年 8 月，常磐線全線的電氣化改造工程全部完成，勝田電車區所屬的 13 臺改良型機車全部轉配屬內鄉機關區，至此所有 EF80 型電力機車均集中配屬到規模較大的田端機關區及內鄉機關區。此時，EF80 型電力機車的運用區段仍然保持在平以南，常磐線平以北則使用 ED75 型電力機車。1968 年 7 月，與總武本線接續的外房線千葉至蘇我區段完成電氣化改造，自此外房線亦開始出現 EF80 型電力機車的蹤影。

1968 年，為了提高寢臺旅客列車（藍色列車）的旅行速度，日本國鐵對所有 20 系客車進行制動系統改造，透過對原本的 AS 空氣制動機加裝電空閥、中繼閥等電控裝置改造為 AREB 電空制動機，實現列車制動系統的電控化，使列車最高執行速度由 95 公里 / 小時提高至 110 公里 / 小時。為配合 “夕鶴號” 特急列車的牽引需要，12 臺 EF80 型電力機車（1～12）進行了相應改造。改造內容包括加裝機車電空制動機及 KE72 型電氣聯結器，並加裝總風管以滿足 20 系客車空氣彈簧的用風需要。由於常磐線的最高速度限制為 95 公里 / 小時，因此機車無需加裝電空制動機和列車乘務員有線電話等裝置。

1973 年，隨著田端機關區開始配屬 EF81 型電力機車，該區所屬的 EF80 型電力機車不再投入東北本線方面運用，並開始向內鄉機關區轉出 EF80 型電力機車。至 1974 年 10 月，田端機關區和內鄉機關區分別配屬有 36 臺和 27 臺 EF80 型電力機車。1978 年 10 月，內鄉機關區所屬的 EF80 24、25、26 號機車轉配屬福島機關區（今），但不久之後就再度轉配屬到田端機關區。

1980 年起，為了淘汰日漸老化的 EF80 型電力機車，部分原本配屬和的 EF81 型電力機車，開始轉配屬到田端機關區並投入常磐線運用，而運用時間最長的第一批 EF80 型電力機車則開始逐步報廢。與此同時，內鄉機關區的所有 EF80 型電力機車分批轉移到田端機關區，直至和內鄉機關區於 1985 年被撤銷，當時田端機關區尚未報廢的 EF80 型電力機車僅餘下 20 臺。1986 年，EF80 型電力機車全部除籍和報廢。

技術特點

2.1 總體結構

2.1.1 裝置佈置

EF80 型電力機車是客貨運通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。EF80 型電力機車可分為客運型和貨運型，差異僅在於客運型搭載了列車電氣供暖用的電動發電機（MG），而貨運型則加裝壓鐵配重以保證整備重量與客運型一致。

車體兩端各設有一個司機室，司機室內機車執行方向的左側設有司機操縱檯，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門，司機室上方車頂裝有兩盞式前照燈。車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室，並設有貫通式雙側內走廊連線兩端司機室。車頂安裝有兩臺 PS19 型雙臂式受電弓、交直流切換器、高速斷路器、避雷器等高壓電氣裝置。車體下方除了設有三臺轉向架外，還吊裝著輔助電阻器、平波電抗器和蓄電池。

2.1.2 通風系統

機械室內裝置採用車體通風、集中冷卻的降溫方式。車身兩側各設有七個通風百葉窗和採光玻璃窗，是車內裝置通風冷卻的主要進風視窗。車內前、中、後分別設有三臺電動通風機，第一通風機用於冷卻第一臺牽引電動機和主變壓器，第二通風機用於冷卻第二臺牽引電動機和整流器，第三通風機用於冷卻第三臺牽引電動機和平波電抗器。而主電阻器則採用獨立的通風冷卻系統。

2.1.3 車體結構

EF80 型電力機車採用整體承載式全鋼焊接結構箱型車體，車體全長 16,700 毫米，全寬 2,800 毫米。由於單電機轉向架的牽引電動機安裝位置相對較高，因此車體底架採用了無中梁的框架式承載結構，底架由側梁、橫樑、端梁、枕梁組成。車體鋼結構使用鋼板擠壓而成的型鋼材料製成，車體薄板蒙皮採用組焊工藝，車體裝配作業廣泛應用模組化結構以提高生產效率。車體兩端安裝有柴田式上作用自動車鉤及 LI-7B 型緩衝器。

2.2 電氣系統

2.2.1 機車主電路

EF80 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、交直流切換器、主變壓器、整流器、牽引電動機、主電阻器、電路保護裝置等部分組成。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，再透過矽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。

EF80 型電力機車採用車上切換方式來過渡到另一種電流制式，可以在執行時無需停車就完成交直流切換過程。當機車透過交直流分相區之前，透過主斷路器的電控氣動操作，斷開網側電源和機車主電路的連線；而交直流切換器完成轉換並透過分相區後，又再自動閉合主斷路器，這一過程中受電弓無需降弓。當機車由直流區段過渡到交流區段後，（機車執行方向）前端受電弓會在下一停靠車站降弓，以減少對架空接觸網造成不必要的磨耗。

EF80 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 34 個調壓級位，其中弱磁起動位 1 級、串聯位 17 級、並聯位 13 級、磁場削弱位 3 級。

2.2.2 主變壓器

機車裝用一臺 TM7A 型芯式單相主變壓器。原邊輸入電壓為 20 千伏，冬季額定容量為 2670 千伏安（開啟列車供電），夏季額定容量為 2280 千伏安（關閉列車供電），冷卻方式為強迫油迴圈導向風冷卻。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 2077 伏特，額定容量為 2274 千伏安）、一個向輔助系統供電的輔助繞組（額定電壓為 218 伏特，額定容量為 6 千伏安）及一個向旅客列車供電的供電繞組（額定電壓為 1500 伏特，額定容量為 390 千伏安）。

2.2.3 矽整流器

整流裝置採用 RS9 型矽整流器。整流器使用日立製作所研製的 DJ15L 型矽二極體（最大反向電壓為 1000 伏特，最大反向脈衝電壓為 1300 伏特，平均整流電流為 100 安倍），整流裝置由四個橋臂組成單相橋式全波整流電路，每一橋臂由七個並聯支路組成，每個支路有九個串聯連線的二極體，每臺機車共使用 252 個二極體元件。整流器額定功率為 2200 千瓦，額定整流電壓為 1500 伏特，額定電流為 1463 安倍，採用強迫通風冷卻。

2.2.4 牽引電動機

每臺轉向架安裝一臺 MT53 型牽引電動機（改良型機車使用 MT53A 型），是在 ED46 型電力機車所使用的 MT913 型牽引電動機的基礎上改良而成。MT53 型電動機是帶有補償繞組的四極串勵直流電動機，定子繞組採用環氧樹脂浸漬絕緣，以提高絕緣及耐熱效能。小時功率為 650 千瓦，持續功率為 600 千瓦，額定電壓為 1500 伏特，額定轉速為每分鐘 845 轉，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三級磁場削弱，削弱率最深可達 35%。

2.2.5 電氣供暖

客運型電力機車設有列車供電系統，能夠在冬季為旅客列車的電熱取暖裝置直接供電。在交流區段時，由主變壓器的供電繞組向列車輸出 1500 伏特單相交流電，司機室側門旁邊並裝有一盞供電狀態指示燈。而在直流區間時則由一臺大容量電動發電機供電，將 1500 伏特直流電轉換成 1440 伏特單相交流電，額定容量為 320 千伏安。列車供電系統還可以根據環境溫度對輸出電壓作三檔調節（100%、75%、50%）。機車兩端設有 KE3 型供電插座，透過供電線與列車連線。

1968 年，隨著半導體技術的快速發展，日立在 EF80 63 號機車上進行了安裝閘流體逆變器（靜止式變流器）的試驗，取代了效率較低的電動發電機。該逆變器額定容量同樣為 320 千伏安，採用單相橋式逆變電路，並設定了大容量直流濾波器來減少輸入電源的脈動。這種閘流體逆變器在 EF80 63 號機車上取得良好的效果，並在同年投產的 EF81 型電力機車上開始推廣使用。

2.2.6 輔助電路

EF80 型電力機車的輔助電路系統主要採用直流電傳動。機械室內三臺電動通風機、主電阻器電動通風機、電動空氣壓縮機、輔助空氣壓縮機均採用直流電動機驅動，輸入電壓為 1500 伏特直流電，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。主變壓器油泵則採用單相非同步電動機驅動，由主變壓器輔助繞組直接供電。另外，還設有一臺小型電動發電機，將 1500 伏特直流電轉換成 100 伏特直流電，供控制電路、照明電路、蓄電池充電之用。

2.3 轉向架

2.3.1 主要結構

機車走行部為三臺二軸轉向架，早期型機車採用 DT127 型兩端轉向架和 DT128 型中間轉向架，改良型機車採用 DT135 型兩端轉向架和 DT136 型中間轉向架。

構架採用 “日” 字形的鋼板焊接結構，軸箱採用導框式定位結構，轉向架固定軸距為 2212 毫米。轉向架採用全旁承支重結構，車體全部重量透過六組旁承彈簧坐落在三臺轉向架上。一系懸掛為軸箱頂端螺旋彈簧，二系旁承懸掛為每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組，並配有垂向油壓減震器。中間轉向架和車體之間還設有橫向滾動裝置以便透過曲線。基礎制動裝置為單側閘瓦制動，轉向架左右各設有一個制動缸，並設有制動橫樑以保證兩側閘瓦同步作用，另外還設定了閘瓦間隙調整器。

2.3.2 驅動裝置

EF80 型電力機車也是繼 ED46、EF30 型電力機車之後，第三種採用單電機轉向架的國鐵電力機車，每個轉向架安裝一臺大功率牽引電動機併成組驅動兩個輪對。

EF80 型電力機車採用 QD9 型驅動裝置，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，透過前後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方式，大齒輪由滾動軸承安裝在空心軸套上，轉矩由大齒輪透過橡膠連桿機構傳給空心軸，空心軸的另一端亦使用橡膠連桿機構與車輪相連。牽引齒輪傳動比為 3.6（20：72）。

1965 年，日本企業聯合體（日立、三菱、東芝）向印度國家鐵路出口的 45 臺 WAG2 型電力機車，亦採用了相似結構的單電機轉向架和輪對空心軸傳動裝置。

2.3.3 牽引裝置

早期型和改良型機車轉向架的差異只在於牽引裝置。早期型機車使用心盤來傳遞牽引力和制動力，兩端轉向架各設有一個心盤牽引裝置，中間轉向架則設有兩個心盤牽引裝置，分別佈置在牽引電動機兩側。心盤牽引的缺點的牽引高度較高，牽引點高度距離軌面約 1080 毫米。為了充分利用機車粘著重量及減少軸重轉移，改良型機車的兩端轉向架改為採用雙側平行牽引拉桿，而中間轉向架仍然採用心盤牽引。

車輛儲存

EF80 63 號機車：靜態保存於碓冰嶺鐵道文化村。