台鐵EMU100型電聯車
TRA EMU100 Electric Multiple Unit

 

EMU100

Tzi-Chiang Ltd. Express

   

製造廠商

英國 G.E.C.設計 / B.R.E.L.組裝
機電製造 英國 G.E.C. TRACTION
最大出力 1,275kW / 1,710HP
    10,800kg
軔機形式 Westinghouse West Code
引進年份 1978~1979年
引進輛數 13組65輛
營運速限 120km/hr (EMU自強速)

最大尺寸

 
 
 
20,090 mm
2,802 mm
3,800mm (車頂) / 4,170mm (EP降弓)
編組方式  
 
 

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  50EP100 55EM100 40ET100 40ET100 40ED100  
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皮重 45噸 51.5噸 33.69噸 33.69噸 36.37噸  
座位 40位 48位 48位 48位 40位  
   

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  40ED100 40ET100 40ET100 55EM100 50EP100  
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備註

最多可以3組15輛總控制運轉

 
   
Side View / 車輛側面  

(警戒色)

(復舊塗裝)

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(警戒色)

(復舊塗裝)

Introduction / 車輛介紹  

引進概要

△EMU100型G.E.C. TRACTION與BREL原廠銘板。

1973年 台鐵開始計畫採購電氣化之直達列車用電聯車,並委由中華工程顧問司與德國國家鐵路顧問公司等單位制訂製造規範,並且納入電氣化之基礎設備為統包標案。最終此案由英國通用電氣公司(General Electric Company Plc.)以最優惠之價格得標,於1974年4月13日進行簽約,計畫生產13組65輛的直達電聯車。

這批以5輛編組而成的電聯車,台鐵一共採購13組,並且首度以「電力聯掛客車」(Electric Multiple Unit)之英文原文命名為EMU100型,其組成之車輛包含電力(EP)車、馬達(EM)車、拖車(ET)車以及駕駛拖車(ED)車,單組並由EP+EM+ET+ET+ED所組成,其編號方法如下表所示:

形式 編號 輛數
50EP100 50EP101~113 13輛
55EM100 55EM101~113 13輛
40ET100 40ET101~113 13輛
40ED100 40ED101~113 13輛

本型車的生產分工模式由GEC設計並生產電氣組件,再交由英國國鐵工程公司(British Rail Engineering Ltd,簡稱B.R.E.L.) 進行製造。1974年7月時開始進行設計作業,並於1977年2月時完成大部分組件之製造,並在Derby廠完成轉向架之生產作業後,交由B.R.E.L.約克(York)廠進行組裝,其生產流程均位於英國本地,為全英國製造的電聯車 、有別於E100型將組裝作業交給南非UC&W生產之方式。1978年1月9日第一組EMU100型出廠並運送至基隆港,抵台後便交由台北機廠進行整備,並於廠外300公尺測試線上進行各項低速測試;直到同年3月21日,本型車開始進行正線試運轉作業;6月5日則完成重聯試車,並於該年8月3日時完成所有車組之試運轉作業。而十分有趣的是,由於早期EMU100型僅有形式而未有營運之列車名,為此台鐵也委由民意測驗協會,以隨機抽查三千位旅客的方式來為其命名,統計之後並交由省政府決定,最終便訂名為「自強號」,期望它能「莊敬自強、處變不驚」及「自強不息」 。

1978年8月15日,西幹線電氣化第一期工程完工由基隆通車至台中,EMU100型便以自強號之名,正式行駛於台北—台中之間。然而開行不滿一個月,EMU100型即因機件故障問題而於1978年9月6日被迫停駛,其中以電力車(EP)的主變壓器太重,導致轉向架一次承懸強度出現問題,在高速行車時會有安全顧慮最為嚴重。經過了近四個月的折騰,及相關技術人員的不斷努力之下,1979年1月2日,EMU100型終於重新上路。並在同年7月1日西部幹線電氣化全線通車當天,以最高每小時120公里的車速行駛,創下台北、高雄間僅需4小時10分鐘的運轉時分紀錄,成為繼DR2700型光華號後台鐵的新一代招牌列車。

△EMU100型 於1978年8月15日西部幹線電氣化至台中後開始以自強號之名行駛。(取材自中國鐵路百年創建史)

△EMU100型於1979年7月1日西部幹線鐵路電氣化擔任專列由台北行駛至高雄 ,與車勤人員之合影。(取材自中國鐵路百年創建史)

參考資料:中國鐵路百年創建史、台灣鐵路百週年紀念 、鐵道情報184期

最後修改:2014.08.26

技術規格

△EMU100型駕駛儀表設備。

相較於過去柴油客車採用柴油引擎作為動力來源,電聯車則是以動力控制電路與牽引馬達作為動力來源。以EMU100型而言,其機電系統由英國GEC TRACTION所製之閘流體全相位控制系統,單輛馬達車設有四具GEC所製之414AZ型直流串激牽引馬達,每具馬達軸馬力為400hp,單組出力為1100kW,起步之牽引力達13300kgf。其動力電路為集電弓自電車線引入電力,再經由功能如同電聯車開關之真空斷路器,進入變壓器之一次側,二次側電路為牽引動力,三次側則為供應冷氣照明電源之交流發電機組電路。其動力在低速時採用點弧方式進行控制,以輸出不同之電壓,直至輸出電壓最大值時為減少馬達之反電動勢,因此改以減弱磁場方式,使列車速度達到最高運轉速度;其電流經由變壓器輸出後,交由整流器整流再經過平滑線圈濾波後,給予牽引馬達使用,全程無階段亦無火花。

在司機員操控上本型車也首度採用速度自動控制,有別於電力機車採用的牽引力段位,其控制方式為司機決定所需之速度後操作控制器,此時控制器下方之電位器則產生不同電壓,以決定不同的點弧角度, 進而使馬達接收到不同的電壓及電流。而當速度超過設定之速度2km/hr時系統則會自動切斷電力並以馬達產生反電動勢之方式進行減速,產生出之電流則送至車頂電阻產生熱能消散於大氣之中,此套系統稱之為電軔系統。EMU100型的軔機系統除了前述的非接觸式的電軔系統外,也具備一套由美國西屋公司(WABCO)所製之電控空氣軔機系統(WEP軔機),其原理係採用電碼控制電磁閥直通軔機,以達到快速制軔,其操作方法有別於操作前述之動力控制器,改以操作司軔閥進行動作;除外,為了 防止軔機電氣部分故障,因此也備有一套自動軔機作為被援之用;同時因應迴送所需,因此車上也裝有兩壓力式三動閥。

然而,本型車抵台試運轉後,因缺乏電聯車之維修經驗,以及原廠設計缺失等問題,因此發生各種故障事件,包含VCB不閉合、交流發電機組故障等。經歷試運轉與初期使用後,本型車又歷經多次不同項目的改造,包含轉向架、牽引馬達、集電弓、中心銷、交流發電機組、APC設備與盥洗室設備,如下所述:

1.轉向架改造 EMU100型在引進之初,因B.R.E.L.所製造之車體較設計為重,導致一次簧彈性不足使得行駛時產生安全顧慮,而其空氣彈簧也在初期行駛後發現有破損的現象;再者本型車的原始設計,除EP及EM車有裝設抗搖桿外,其餘車輛並無設置,使得ET及ED車在行駛時的橫向晃動較大。種種的問題使得本型車在首航後,不得不全面停駛進行改善。其中在一次簧部分,除加裝一墊板以及更換高強度橡皮彈簧,以大幅改善彈性不足之狀況外,為了解決ET及ED車左右晃動問題,在台鐵向原廠建議後,也將所有車型均設置抗搖桿。其改造後的EMU100型不論在減震或抗搖能力上均大幅提昇,成為台鐵行駛時最穩定的車輛之一。
2.牽引馬達改造 EMU100型裝用在英國使用已久的GECG414AZ型牽引馬達,然而此種馬達在台灣卻遭遇水土不服的問題,其中又因均壓線圈斷損與內部絕緣材料破損,導致電樞接地問題最為嚴重,使得車輛無法正常出力, 進而影響到車輛運用。而為了維修此批馬達,台鐵先後尋找國內廠商與原廠進行馬達整修,在馬達尚未全數修復前,亦停用速度自動控制改用牽引力控制、並且停止電軔使用與下修馬達之電流值,同時也強制規定行經山線時必須有補機推送。經過多家國內廠商與原廠協助,其成效均不如預期,直到由國軍聯勤單位與台朔重工機械廠協助找到電樞特殊材質後,並加以加工換裝後,EMU100型的馬達才逐漸趨於穩定 ,但為確保車輛之狀況,速度自動控制與電軔仍持續停止使用至運用末期。
3.集電弓改造 EMU100型原廠裝用與E100型相同的GEC28P9型交臂式集電弓,然而此種集電弓若遇到電車線斷裂時,集電弓風缸會使集電弓上升至最高,而使電車線系統遭受到更大損壞損害;再者其構造複雜,不利於保養維護,於是台鐵於2000年時開始逐步更換EMU100型之集電弓為英國BW廠所製造之練條式單臂弓,並於2001年全數完成。因改校成效良好,因此連同改造E100型一併改造。
4.中心銷改造 E100型於引進後發生中心銷座鈑斷裂問題,無獨有偶EMU100型也發生中心銷座畸變之狀況,經由BREL建議後,遂以補強各車之中心銷座,於1979年3~4月挑選EM107號與ET113號進行試驗,其改造結果良好,因此亦將其餘車輛一併改造。
5.交流發電機組改造 EMU100型的交流發電機組共有兩次改造,其中第一次於1979年時加裝一套緊急自動輪流供電裝置,防止組內兩套交流發電一組其中一組故障時所產生的供電不均現象,其緊急輪流供電設定為10分鐘,部分車上設備如烤箱、烘手器、冰箱等負載設備也在此次改造後遭移除。發電機的第二次改造則是在1991年6月,由於組內兩組發電機係採用SCR點弧,若點弧角度不同時則會造成高壓跨接兩端耐壓不足而燒毀之現象,為此除修改電路並聯方式減少點弧不同步所引起的故障外,亦將SCR之規格由300A、2400V置換成510A、4000V,同時改造電壓調整器與EMU200型相同之形式。然而EMU100型的交流發電機組並無法於組間轉供,再者其平滑線圈散熱不良,因此縱使經過兩次改造後運用上仍不時發生供電不穩,甚至影響動力電路。
6.APC設備改造 EMU100型的APC系統用於列車行經中性區間時,會因經過地上的強力磁鐵吸引而切開真空斷路器,避免集電弓發生跳火現象,並且再經過下一個強力磁鐵時將真空斷路器復位,然而此種系統因常切換真空斷路器本身,將會導致本體故障,同時影響車上冷氣照明電源供應。為此台鐵研議修改APC路為經過中性區間切開真空斷路器之方式,改為僅切斷MA動力負載,並利用MA之迴轉子惰力繼續提供照明電源,並暫時切斷空調之電源之方式。由於此種改造方式兼具真空斷路器維護與維持車上照明電源,因此後來也將E200、E400型電力機車一併改造。
7.盥洗室設備改造 EMU100型引進之初盥洗室採用直落設備,不僅容易造成環境髒亂,也容易損及車下設備;為此台鐵在引進不久後即改造供水裝置以及加裝化糞設備,推測此時裝用的為氣動循環式。直到1990年代,為提升車內服務品質,因此再度改造盥洗室設備為真空式,以減少盥洗室產生的惡臭。而在此次改造之中,原本的男用廁所因放置真空廁所設備而封閉。

歷經上述多次改造後,EMU100型的狀況已較為穩定,然而因本型車在編組設定上採用5車1組的設計,運用上的彈性稍嫌不足;而這種以1拖4的動力配置,在早年仍行駛舊山線的時代,也易造成馬達車負荷過大而故障。再者,本型車因早年運用吃緊、檢修時間較少,曾在1990年代時必須時常仰賴輔助機車才得以運轉。這樣的狀況一直到1996年推拉式自強號引進後才稍微獲得抒解,直到運用末期時已較少有重大故障事件傳出 ,但不時仍會發生零星故障事件。

參考資料:中國鐵路百年創建史、台灣鐵路百週年紀念、台灣火車的故事、台灣鐵路火車百科

最後修改:2014.08.26

車輛外型

EMU100型在車體下緣使用圓弧的設計,與當時英國Mark II型客車的主流設計相當,其集電弓原始設計亦採GEC所製造的28P9型交臂式(下樑交叉式)集電弓,具有濃厚的歐洲風味,只不過在2000年後因維修問題而陸續改造為單臂弓。至於在車輛塗裝上,該車首次採用「棕色濃淡三色系」的塗色,其配色十分幽雅,也為本型車博得得了「英國貴婦」的美名。 然而,本型車經歷了1981年3月8日的頭前溪事故後,其駕駛車端面因安全問題而塗上了「貓頭鷹臉」的警戒色,使其整體美感下降不少 ,在1990年代時,也出現部分車輛中間色帶被改成墨綠色的狀況。本型車長年使用警戒色的狀況,直到2009年8月15日,因自強號30週年復駛活動,才又選擇兩組恢復為原廠塗裝樣式。

△於七堵機務段內檢修的EMU100型。

△駕駛端面恢復為原始塗裝樣式的EP111。

參考資料:台灣鐵道傳奇

最後修改:2014.08.26

車輛內部

EMU100型的原廠內裝設計,在端牆潢板部分以木色板為主,並使用法國Compin製座椅,其配色則為翠綠、淺咖啡與紫色相互搭配,在車窗旁也掛有純白蕾絲及米黃色遮陽布 ,地板上並鋪設藍色絨毛地毯,天花板上更是首度將冷氣送風道隱藏在照明燈具上方,看起來格外簡潔。 除此之外,本型也因應早期自強號每車均配置車勤人員,因此在號碼牌上方均設有服務指示燈,不同於莒光號客車的是,車勤人員的座位變更至盥洗室對面而非客室內部,茶水間也改成半開放式;客室端面也配合早年自強號提供書報服務,因此也設有木製書報插 ,其原裝時期甚至設有烤箱、冰箱等服務設備,然而因本型車交流發電機組供電不穩,因此多半遭到拆除。

△採用紅色系的EMU100型(EM104)內裝。

△末期EMU100型內裝多採用藍色系。

△EMU100型客室內的木製書報插。

△EMU100型行李架下方的服務指示燈。

然而歷經了30年的使用,目前本型車多數設備均已變更,其中客室潢板經由台北機廠檢修後,多變為白色壁面之美耐板,緊急門附近的座椅也因安全因素而遭到拆除;其座椅歷經多次更新,其配色方式改為全車統一,車窗旁的純白蕾絲與遮陽布則是因為方便清潔因素僅存遮陽布。而受到1990年代精簡人力政策,以及自強號大量增班等影響,本型車末期多半僅配置一位隨車人員,服務指示燈與書報插末期均已無作用。再者,本型車的通道門均採用手動式,上下台門則為手折門、單一車廂僅設置一處,在自強號漸改以輸送中短程旅次為主的今日,已較不符合營運需求。

△酒紅色絨布座椅。

△深藍色絨布座椅。

△近期座椅式樣。

△ED車加裝座椅。

△手折上下台門。

△玄關附近通道門。

△客室通道門。

△駕駛車通道。

 

 

 

△可翻轉腳踏板。

 

△車勤人員座位。

 

△車端茶水台。

 

△盥洗室內部。

參考資料:台灣鐵道傳奇

最後修改:2014.08.26

車輛造訪

△EMU100型所裝用的B.R BX1型轉向架,上為EP車所裝用者,下為EM車所裝用者。

EMU100型使用BREL公司在Derby所生產的「B.R BX1」型無搖枕梁式轉向架,一次承懸為英製CHEVRON扇形橡皮彈簧加上油壓減震器,二次承懸則為德製空氣彈簧, 為避免空氣彈簧剛性較為不足,因此在轉向架上設置有抗搖桿,以減少橫向之晃動;另外本型車也設置「車廂高度調整閥」,可保持車廂地板維持同一高度。

實際搭乘本型車可發現,由於其車重較重,外加轉向架設計能有效抵抗行駛時的震動,其行駛平穩度,為台鐵所有車輛之中數一數二。另外,EMU100型的隔音也十分優良,行駛時噪音極小,為台鐵自強號中首屈一指。 然而,本型車的車內服務設備已逐漸老朽,也缺乏新一代資訊 、自動化系統,已不太符合現代一般民眾乘車之需求。

參考資料:中國鐵路百年創建史、台灣鐵路百週年紀念

最後修改:2014.08.26

車型運用

EMU100型自1979年夏季西部幹線電氣化全線通車後,即為西部幹線自強號的主力,因此早年本型車運用十分吃緊,單組的最高紀錄曾在一天之內行駛北高三往復, 檢修時間較為不足。 再者,本型車自引進後亦經歷過數次重大事故,導致部分駕駛車遭到報廢,其中1981年3月8日頭前溪事故使得ED110號遭到報廢;1991年造橋事故使得ED102、ET101與ET123號三輛車報廢;1994年3月17日大肚事故則是使得ED108號因駕駛端面嚴重損壞無法修復,同年6月22日更因為ATS故障使得1009次在新竹站與貨物列車相撞,導致EP109號報廢。總計1980至1990年代EMU100型一共報廢ED車三輛,編號110、102與108號;EM車2輛編號103、110號;ET車4輛,編號101、113、116與119號;以及EP車1輛編號109號。其中因ED車損壞太多,因此台鐵便研議改造EP112號卸除變壓器與拆除集電弓作為ED車使用,於1993年時完成,並變更車籍為50EP112(ED),之後再變更為50EPD112號。

而在1980年代末期EMU200、EMU300型加入後,本型車運用狀況依舊吃緊,並未有顯著改善,直到了1996年末推拉式電車組 大量引進後,EMU100型才得以有足夠的時間進行檢修作業。在1990年代末期之後,本型車運用也逐漸改以中程為主,直到2005年後便退出北高之間的定期運用。直到運用末期,除行駛西部幹線的中程定期車次外,亦曾向東行駛至花蓮及蘇澳過。

△行經海線大山站附近的1015次自強號。

△行駛1121次自強號的EMU100型復舊編組。

2009年6月15日,EMU100型最後一天擔任1041次,隔日1002次返回後正式退出自強號常日運用改以假日加班車為主,並在2011年行駛端午節加班車後 鮮少於本線上運轉。目前EMU100型仍配置於七堵機務段, 車籍上尚有3組車可使用,但僅存2組10輛可進行動態運轉。然而,2013年末因黃色小鴨風潮,EMU100型也行駛樹林、基隆之間的加班車,成為繼2012年富岡機廠員工通勤專車後,再次上線且正式向外售票運轉的紀錄。然而在2014~2016年間,本型車曾因檢修保養需要而進行試運轉,但因為無常態運用,長年放置於七堵調車 場特洗線之中。在沈寂了近2年之後,因應動態保存之需,本型車分別於2016年5月11日與6月22日由電力機車牽引回送至富岡機廠進行檢修,並於7月1日將其中一組送回七堵機務段檢修保安設備,兩組車計畫於2016年末維修完成。

△2011年3月30日行駛建國百年環島專列的EMU100型。

△2013年12月因黃色小鴨活動再度復活的EMU100型。

參考資料:台灣火車的故事、鐵各期鐵道情報

最後修改:2016.07.06

Computer Graphics / 形式概要  

左側:

右側:

為 電力車,設有集電弓及主變壓器等設備,以提供整組列車電力所需。其車架上裝有主變壓器、整流器及供應冷氣照明電源所需的交流發電機組以及供應盥洗室所需的水箱等設備。本車設有盥洗室,因此於駕駛室後方為兩小窗設計,小窗與盥洗室中央則為交流發電機組之進氣口。

至於在外觀演進部分,最上圖為使用交臂弓及警戒色、中央則為改用單臂弓,最下方則是2009年採用之復舊塗裝樣式。

電力車另一側, 因無設置盥洗室與駕駛通道門及設有落地式空調機,因此車窗配置與左側略為不同,於前端控制室後方設有空調機之換氣柵門,及一小窗。而在車架上,其設備箱大致與另一側類似,但於車架中段設有車輪空走偵測裝置,後端則設有24V電瓶箱。

其外觀演進與左側類似,最上圖為使用交臂式集電弓之外觀,中央為改用單臂弓,最下方則為2009年之復舊圖裝樣式。

左側:

右側:

為馬達車,於轉向架上設有2具牽引馬達,單輛合計4具,除外其車架下方也設有直流裝置箱及砂箱等設備。其車頂最初也設有電軔所需之電阻器(如最上圖),然而後來多半遭到拆除,其拆除之方式又有不同,中央為一般拆除之樣式,下方則為EM113號之外觀。

馬達車之另一側,於靠近前端轉向架設有主風泵及110V電瓶箱及電瓶充電機等裝置。在車窗配置上,有別於左側為落地式空調機,本側車體後端因設有盥洗室之故,為兩小窗之配置。除外車體中段也設置供應盥洗室所需之水箱設備;至於車頂設備則與左側相同。

左側:

右側:

為EMU100型之拖車, 車下設備為所有車型中最少者,車架上主要之設備為真空廁所與空氣彈簧風缸、24V充電器、水箱以及EP氣軔控制設備。

拖車之另一側, 本側車端設有盥洗室,於後端為兩小窗之配置,其車下設備除24V電瓶箱外,其餘與另一側相當。

左側:

右側:

為EMU100型的 無動力駕駛車,車輛前端之設計與EP車類似,但車頂不設置集電弓,車架上也僅設置交流發電機組與氣軔控制等設備。在車窗配置上,駕駛室後方原為盥洗室之兩小窗,但後來被拆除改為一般座椅,小窗與客室中則為交流發電機組之進氣風道口。而在外觀演進部分,最上方為撤除盥洗室及改用警戒色之外觀;下方則為2009年後復舊之塗裝。

為ED車之另一側,其前端分別為控制室之小窗,及空調機之換氣柵門;換氣柵門後方為車勤員室與車長室,車長室內則設有擴音控制設備。車架上之設備除MA閘流晶體與24V充電器外,其餘與左側類似。而值得一提的是,本車原先因設有盥洗室,於車體中段亦有水箱,但現已拆除。在外觀演進部分,上方為撤除盥洗室及改用警戒色之外觀,下方則為2009年復舊之塗裝。

左側:

右側:

本車為EMU100型中較為特別的一輛車,原本為EP112電力車,但因為ED車於1990年代多遭到事故受損,因此改造當時的EP112作為ED車使用。其基本外觀樣式與EP車相同,但拆除集電弓與變壓器等設備。

為EPD112另一側,基本樣式也如同EP車,但將及電弓與部分設備拆除。上圖為2004年左右之外觀,下圖則為2009年左右之外觀,兩者差異在於2009年後車頂上方礙子等相關設備拆除更多,車架上則將主變壓器與滑走控制裝置拆除。

 


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