第十章交流辅助电动机 为了保证电力机车正常运行,在单相工频交流电力机车中装有许多辅助机 械,这些辅助机械多采用结构简单、价格低廉的三相异步电动机驱动 用于驱动辅助机械的三相异步电动机(简称辅助电动机)结构上与普通鼠笼 式异步电动机相同。但由劈相机供电时,电压波动范围大、三相电压和电流不对 称等,使这些辅助电动机工作在三相不对称,且非额定、非正弦电压下。为保证 辅助电动机能正常工作,在选用和设计辅助电动机时,必须考虑电动机额定功率 与实际使用功率之间的差异,以满足电动机在电压变化及不对称条件下运行的需 在单相工频交流电力机车上,为各辅助机组提供三相交流电源的劈相机是 种将单相电变换成三相电的特殊电机,其实质是由单相电动机和三相发电机组合 而成的旋转电机。劈相机可以是同步型,也可以是异步型,目前应用较广的是异 步劈相机。 本章分析异步劈相机的工作原理,讨论异步劈相机起动、三相电压对称性问 题,介绍异步劈相机的结构特点、额定参数等。介绍SS4型和SS8型电力机车 中辅助电动机的工作特点、结构特点、额定参数等基本知识。 第一节异步劈相机的工作原理 异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。它是一种能实现单 相变换的异步电机,用于一切由单相电源供电,而又以三相异步电动机为负 载的场合。在单相工频交流电力机车的辅助系统中,异步劈相机(简称“劈相机”) 用来将主变压器辅助绕组供给的单相电源“劈成”三相,向辅助系统所有三相异 步电动机供电。图10-1所示为异步劈相机工作原理线路图 图10—1劈相机工作原理线路图
第十章 交流辅助电动机 为了保证电力机车正常运行，在单相工频交流电力机车中装有许多辅助机 械，这些辅助机械多采用结构简单、价格低廉的三相异步电动机驱动。 用于驱动辅助机械的三相异步电动机（简称辅助电动机）结构上与普通鼠笼 式异步电动机相同。但由劈相机供电时，电压波动范围大、三相电压和电流不对 称等，使这些辅助电动机工作在三相不对称，且非额定、非正弦电压下。为保证 辅助电动机能正常工作，在选用和设计辅助电动机时，必须考虑电动机额定功率 与实际使用功率之间的差异，以满足电动机在电压变化及不对称条件下运行的需 要。 在单相工频交流电力机车上，为各辅助机组提供三相交流电源的劈相机是一 种将单相电变换成三相电的特殊电机，其实质是由单相电动机和三相发电机组合 而成的旋转电机。劈相机可以是同步型，也可以是异步型，目前应用较广的是异 步劈相机。 本章分析异步劈相机的工作原理，讨论异步劈相机起动、三相电压对称性问 题，介绍异步劈相机的结构特点、额定参数等。介绍 SS4 型和 SS8 型电力机车 中辅助电动机的工作特点、结构特点、额定参数等基本知识。 第一节 异步劈相机的工作原理 异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。它是一种能实现单 一三相变换的异步电机，用于一切由单相电源供电，而又以三相异步电动机为负 载的场合。在单相工频交流电力机车的辅助系统中，异步劈相机（简称“劈相机”） 用来将主变压器辅助绕组供给的单相电源“劈成”三相，向辅助系统所有三相异 步电动机供电。图 10—1 所示为异步劈相机工作原理线路图。 图 10—1 劈相机工作原理线路图
一、劈相机的空载工况 当定子绕组UOV接至单相电源时,单相电流Ⅰ。由U相流人,从V相流出, 该电流产生的磁场可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁场, 分别称为正序旋转磁场和负序旋转磁场。当劈相机转子静止不动时这两个旋转磁 场在转子导体中感应出两个大小相等、方向相反的电势和电流,而产生两个大小 相等、方向相反的电磁转矩,其合成起动转矩为零,故劈相机不能自行起动,这 是劈相机的一个特点,也是一个缺点。因此,如何经济、可靠地实现劈相机的起 动,是劈相机运行中必须首先解决的问题。 如果用某种方法使劈相机的转子转动起来,并达到额定转速。那么和转子转 向一致的定子正序磁场与转子的相对速度很小,而和转子转向相反的定子负序磁 场与转子的相对速度约为两倍同步转速,定子负序磁场切割转子导体,在转子导 体中感应出数值较大,且频率为接近两倍电网频率的转子负序电势和电流。由于 转子漏抗的显著增大,使转子负序电流在相位上滞后于转子负序电势9°电角度 从而使转子负序电流建立的磁场几乎抵消了定子负序磁场,气隙中的剩余负序磁 场很微弱,这种现象称为转子的阻尼作用。异步电机的这种阻尼作用正是异步电 机具有劈相机功能的基础。因此,当劈相机转子以额定转速转动时,可以认为气 隙中只有正序磁场和正序磁通。 当劈相机转动起来以后,若劈相机不与外界电负载相接,称为劈相机空载工 况。这时劈相机气隙中的正序磁场和磁通有两个作用:一是,正序磁通和转子导 体内感应的正序电流相互作用产生电磁转矩,用以克服转子的机械阻转矩及转子 负序电流产生的电磁阻转矩,驱使转子沿着正序磁场的方向继续维持转动,这时 劈相机实际上是作为一台单相异步电动机运行;二是,正序磁场切割定子三相绕 组,感应出三相电势,从劈相机三相负载端来看,它又是三相发电机。因此,从 这两方面作用来看,劈相机是一台单相异步电动机和三相异步发电机的组合体, 既可以在它的轴上接上机械负载,又可以在它的U、V、W三相输出端接上电负 载 二、劈相机的负载工况 当劈相机与三相电负载接通后,因U、V两相负载直接与单相电源相连,不
一、劈相机的空载工况 当定子绕组 UOV 接至单相电源时，单相电流 p I . 由 U 相流人，从 V 相流出， 该电流产生的磁场可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁场， 分别称为正序旋转磁场和负序旋转磁场。当劈相机转子静止不动时这两个旋转磁 场在转子导体中感应出两个大小相等、方向相反的电势和电流，而产生两个大小 相等、方向相反的电磁转矩，其合成起动转矩为零，故劈相机不能自行起动，这 是劈相机的一个特点，也是一个缺点。因此，如何经济、可靠地实现劈相机的起 动，是劈相机运行中必须首先解决的问题。 如果用某种方法使劈相机的转子转动起来，并达到额定转速。那么和转子转 向一致的定子正序磁场与转子的相对速度很小，而和转子转向相反的定子负序磁 场与转子的相对速度约为两倍同步转速，定子负序磁场切割转子导体，在转子导 体中感应出数值较大，且频率为接近两倍电网频率的转子负序电势和电流。由于 转子漏抗的显著增大，使转子负序电流在相位上滞后于转子负序电势 90°电角度， 从而使转子负序电流建立的磁场几乎抵消了定子负序磁场，气隙中的剩余负序磁 场很微弱，这种现象称为转子的阻尼作用。异步电机的这种阻尼作用正是异步电 机具有劈相机功能的基础。因此，当劈相机转子以额定转速转动时，可以认为气 隙中只有正序磁场和正序磁通。 当劈相机转动起来以后，若劈相机不与外界电负载相接，称为劈相机空载工 况。这时劈相机气隙中的正序磁场和磁通有两个作用：一是，正序磁通和转子导 体内感应的正序电流相互作用产生电磁转矩，用以克服转子的机械阻转矩及转子 负序电流产生的电磁阻转矩，驱使转子沿着正序磁场的方向继续维持转动，这时 劈相机实际上是作为一台单相异步电动机运行；二是，正序磁场切割定子三相绕 组，感应出三相电势，从劈相机三相负载端来看，它又是三相发电机。因此，从 这两方面作用来看，劈相机是一台单相异步电动机和三相异步发电机的组合体， 既可以在它的轴上接上机械负载，又可以在它的 U、V、W 三相输出端接上电负 载。 二、劈相机的负载工况 当劈相机与三相电负载接通后，因 U、V 两相负载直接与单相电源相连，不
需要经过劈相机即可直接从单相电源获得负载电流·和·。W相负载电流 则由劈相机的W相提供。因为当电网W相缺相时,劈相机的W相电势髙 于W相端电压,从而使W相电流反相,源源不断地向三相负载输出第三相电流 件,这时电机才真正进人劈相机工况运行。由于专用劈相机的轴上均不带机械负 载,故劈相机负载前后的轴输出机械功率是不变的,所以它的气隙正序磁场也应 保持不变。但W相输出电流;产生的单相磁势将使气隙磁场发生变化,这就需 要从U相和Ⅴ相输人相应的附加电流面Δ;和Δ;,以保持气隙正序磁场不 变,而定子的负序磁场将随着W相电流·的增加而增加,这些新增加的负序磁 场同样由转子产生新的负序电流去抵消,仍然保持气隙负序磁场几乎为零的特 点。用数学关系式来表示上述两个物理现象,可把劈相机负载时的定子三相电流 分解成两组:一组是劈相机空载时,仅在U、V相绕组中流过的单相电流,此电 流与转子作用产生电磁转矩,以维持转子的继续转动,故称此电流为电动机电流, 习惯上将U、Ⅴ相绕组称为劈相机的电动相绕组:另一组是劈相机负载后,在三 相绕组中重新加人的三相电流和△ 1n’该电流与转子作用产生电磁阻转矩,相 应地将这一组电流称为发电机电流,习惯上将W相统组称为劈相机的发电相绕 组。由此可知,当劈相机负载时,在劈相机的发电相绕组中仅有发电相电流;流 过,而在U、V电动相绕组中同时存在着电动机电流;和发电机电流△ △n,所以劈相机负载后的定子三相电流的关系可写成: 因此,劈相机无论是空载工况还是负载工况,其定子三相电流都是不对称的, 这种三相电流的不对称是劈相机负载后三相电压不对称的重要原因之一,这将直
需要经过劈相机即可直接从单相电源获得负载电流 I CM • 和 I UM • 。W 相负载电流 I WM • 则由劈相机的 W 相提供。因为当电网 W 相缺相时，劈相机的 W 相电势高 于 W 相端电压，从而使 W 相电流反相，源源不断地向三相负载输出第三相电流 件，这时电机才真正进人劈相机工况运行。由于专用劈相机的轴上均不带机械负 载，故劈相机负载前后的轴输出机械功率是不变的，所以它的气隙正序磁场也应 保持不变。但 W 相输出电流 I W • 产生的单相磁势将使气隙磁场发生变化，这就需 要从 U 相和 V 相输人相应的附加电流面 Δ I U • 和 Δ I V • ，以保持气隙正序磁场不 变，而定子的负序磁场将随着 W 相电流 I W • 的增加而增加，这些新增加的负序磁 场同样由转子产生新的负序电流去抵消，仍然保持气隙负序磁场几乎为零的特 点。用数学关系式来表示上述两个物理现象，可把劈相机负载时的定子三相电流 分解成两组：一组是劈相机空载时，仅在 U、V 相绕组中流过的单相电流，此电 流与转子作用产生电磁转矩，以维持转子的继续转动，故称此电流为电动机电流， 习惯上将 U、V 相绕组称为劈相机的电动相绕组；另一组是劈相机负载后，在三 相绕组中重新加人的三相电流和 Δ I W • ，该电流与转子作用产生电磁阻转矩，相 应地将这一组电流称为发电机电流，习惯上将 W 相统组称为劈相机的发电相绕 组。由此可知，当劈相机负载时，在劈相机的发电相绕组中仅有发电相电流 I W • 流 过，而在 U、V 电动相绕组中同时存在着电动机电流 I P • 和发电机电流 Δ I U • 、 Δ I V • ，所以劈相机负载后的定子三相电流的关系可写成： • = • • + • = − • • + • = • I I I I I I I I W W V P V U P U 因此，劈相机无论是空载工况还是负载工况，其定子三相电流都是不对称的， 这种三相电流的不对称是劈相机负载后三相电压不对称的重要原因之一，这将直
接影响辅助电动机的正常运行。如何在劈相机负载后或负载变化时保持其输出三 相电压的对称性,也是劈相机运用中必须解决的核心问题之 上述分析表明:劈相机实质上是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相 机工况实际上是三相异步电机在不对称条件下运行的一个特例 异步电机进入劈相机工况一般应具备以下两个条件: (1)电机轴上的机械负载不变 (2)三相电网中W相缺相,使W相电流反相输出 只要具备上述条件,一般的三相异步电动机同样具有劈相机功能。对于多台 异步电动机并联运行的场合,如果电网突然缺相造成三相异步电动机单相运行, 那么先运行的电动机便会自动投人劈相机工况来起动后面的电动机,当后面的电 动机起动完成后,该电机的劈相工况自动结束。根据这个原理SS4改型电力机车 的每节内仅设置一台劈相机,另将一台牵引通风机电动机作为先导机,即它不仅 是一台通风机。也是一台“劈相机”。在劈相机烧损或控制失灵的故障情况下, 作为应急手段,实践证明这种设计是有益的 第二节异步劈相机的起动及三相电压对称性调整 、异步劈相机的起动 在单相电网中,劈相机不能自行起动,需采用特殊的起动方法。异步劈相机 的起动方法有辅助电动机起动法和分相起动法两种。辅助电动机起动法是在劈相 机的转轴上安装一台辅助电动机,起动时先由辅助电动机带动劈相机转子转动, 待劈相机转速达到一定值时,将劈相机投入单相电网,并切除辅助电动机的电源。 显然,这种起动方法需要增加设备,而且使劈相机的结构复杂、维修困难,故」 般都不采用这种方法。分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。电阻 分相起动具有线路简单、设备成本低等优点,因而得到广泛的应用,国产SS系 列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法 劈相机的电阻分相起动原理线路如图10-2a所示,图中RQ为起动电阻 当劈相机的电动相绕组UV接通单相电源起动时,可以把定子绕组看作是由两相 组成:一相是VOU,它直接由单相电源供电;另一相是VOW,它与起动电阻 RQ串联后由单相电源供电。这时流经VOU相电流;滞后电压曹90°电角
接影响辅助电动机的正常运行。如何在劈相机负载后或负载变化时保持其输出三 相电压的对称性，也是劈相机运用中必须解决的核心问题之一。 上述分析表明：劈相机实质上是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相 机工况实际上是三相异步电机在不对称条件下运行的一个特例。 异步电机进入劈相机工况一般应具备以下两个条件： （1）电机轴上的机械负载不变； （2）三相电网中 W 相缺相，使 W 相电流反相输出。 只要具备上述条件，一般的三相异步电动机同样具有劈相机功能。对于多台 异步电动机并联运行的场合，如果电网突然缺相造成三相异步电动机单相运行， 那么先运行的电动机便会自动投人劈相机工况来起动后面的电动机，当后面的电 动机起动完成后，该电机的劈相工况自动结束。根据这个原理 SS4 改型电力机车 的每节内仅设置一台劈相机，另将一台牵引通风机电动机作为先导机，即它不仅 是一台通风机。也是一台“劈相机”。在劈相机烧损或控制失灵的故障情况下， 作为应急手段，实践证明这种设计是有益的。 第二节 异步劈相机的起动及三相电压对称性调整 一、异步劈相机的起动 在单相电网中，劈相机不能自行起动，需采用特殊的起动方法。异步劈相机 的起动方法有辅助电动机起动法和分相起动法两种。辅助电动机起动法是在劈相 机的转轴上安装一台辅助电动机，起动时先由辅助电动机带动劈相机转子转动， 待劈相机转速达到一定值时，将劈相机投入单相电网，并切除辅助电动机的电源。 显然，这种起动方法需要增加设备，而且使劈相机的结构复杂、维修困难，故一 般都不采用这种方法。分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。电阻 分相起动具有线路简单、设备成本低等优点，因而得到广泛的应用，国产 SS 系 列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。 劈相机的电阻分相起动原理线路如图 10－2(a)所示，图中 RQ 为起动电阻。 当劈相机的电动相绕组 UV 接通单相电源起动时，可以把定子绕组看作是由两相 组成：一相是 VOU，它直接由单相电源供电；另一相是 VOW，它与起动电阻 RQ 串联后由单相电源供电。这时流经 VOU 相电流 I Q • 1 滞后电压曹 UVU • 90°电角
而流经voW相电流;滞后9角(9<90°=,如图10-2(b所示。这两个 时间上有不同相位的起动电流通人在空间彼此相差一定电角度的两相绕组中,所 产生的气隙合成磁场是一个旋转磁场,在该磁场的作用下能产生较大的起动转 矩,使劈相机的转子转动起来。当转速达到同步转速的80%-90%时,借助接触 器切除起动电阻,起动即告完成,劈相机投人空载运行 Red: w l 士 lo 2劈相机电阻分相起动原理图 (a)原理线路图:(b)向量图 多年来,在国产SS系列电力机车上经常发生的劈相机烧损故障大部分 发生在起动过程中,其主要原因是由于分相起动元件未能合理选择或正常接人。 为了保证劈相机的可靠起动,应该解决以下两个问题。 (1)起动电阻值应选择合适,以获得最大的起动转矩 由于起动电阻值的大小对发电相起动电流;的幅值和相位影响极大,起动 电阻过大或过小都会使两相磁势的合成磁场成为一个幅值变动、非恒速的椭圆形 磁场,从而使起动转矩变 小。因此,对不同型号的劈相机而言都有一个相应的起动电阻最佳值。 (2)控制好切除起动电阻的时刻 当劈相机的起动转矩达到最大值时,应及时切除起动电阻,起动电阻切除过 早或过晚对起动电阻和劈相机都是很不利的。图10-3所示为YPX-280M 型劈相机的转矩特性,曲线1为起动电阻为0.79Ω时的转矩特性,曲线2为无 起动电阻单相通电时的转矩特性。由图可见,该劈相机切除起动电阻的最佳时刻 应为转速达到最大转矩所对应的转速为1400r/min,此时,切除起动电阻,劈 相机转矩虽由735N·m突然降至441N·m,但电磁转矩仍为正的加速转矩
而流经 VOW 相电流 I Q • 2 滞后 UVU • 角（ ＜90°＝，如图 10—2(b)所示。这两个 时间上有不同相位的起动电流通人在空间彼此相差一定电角度的两相绕组中，所 产生的气隙合成磁场是一个旋转磁场，在该磁场的作用下能产生较大的起动转 矩，使劈相机的转子转动起来。当转速达到同步转速的 80%-90%时，借助接触 器切除起动电阻，起动即告完成，劈相机投人空载运行。 图 10－2 劈相机电阻分相起动原理图 (a) 原理线路图；(b)向量图。 多年来，在国产 SS 系列电力机车上经常发生的劈相机烧损故障大部分 发生在起动过程中，其主要原因是由于分相起动元件未能合理选择或正常接人。 为了保证劈相机的可靠起动，应该解决以下两个问题。 （1）起动电阻值应选择合适，以获得最大的起动转矩 由于起动电阻值的大小对发电相起动电流 I Q • 2 的幅值和相位影响极大，起动 电阻过大或过小都会使两相磁势的合成磁场成为一个幅值变动、非恒速的椭圆形 磁场，从而使起动转矩变 小。因此，对不同型号的劈相机而言都有一个相应的起动电阻最佳值。 （2）控制好切除起动电阻的时刻 当劈相机的起动转矩达到最大值时，应及时切除起动电阻，起动电阻切除过 早或过晚对起动电阻和劈相机都是很不利的。图 10—3 所示为 YPX－280M－4 型劈相机的转矩特性，曲线 1 为起动电阻为 0.79Ω 时的转矩特性，曲线 2 为无 起动电阻单相通电时的转矩特性。由图可见，该劈相机切除起动电阻的最佳时刻 应为转速达到最大转矩所对应的转速为 1400 r／min，此时，切除起动电阻，劈 相机转矩虽由 735 N·m 突然降至 441N·m，但电磁转矩仍为正的加速转矩
因此劈相机仍能起动起来直至达到额定转速。但是,当劈相机转速低于850r/ min时提前切除起动电阻,则电磁转矩立即由某个正的加速转矩降为负的制动转 矩,使劈相机转子迅速减速,相应的定于电流迅速接近堵转电流,而造成劈相机 烧损。所以,在劈相机转速低于临界转速(YPX-280M-4型为850r/min), 尚未起动起来而过早切除起动电阻,则会因劈相机起动失败,造成定子绕组流过 单相大电流而烧损,这种故障习惯上称为“走单相”。反之,当劈相机转速达到 最大转矩对应的转速以后,如不及时切除起动电阻,对劈相机和起动电阻也是不 利的。这是因为随着转速的增加;流过起动电阻的发电相电流也随之增加,造成 起动电阻过热而烧损或阻值增大;同时负序磁场随发电相电流外的增加而增加, 使转子导体中的负序电流增大,转子负序电流与气隙正序磁场相互作用产生100 HZ的交变电磁转矩,使劈相机承受强烈的电磁振动 TNm) 100 500 0010001500(r/m 图10一3劈相机机械特性 1-起动电阻为0792:2-无起动电阻 为了保证劈相机可靠起动和避免劈相机起动过程中有害的电磁振动,SS系 列电力机车上的劈相机是采用专门设计的起动继电器来控制起动电阻的切除时 刻。它是根据劈相机在最大起动转矩对应的转速附近发电相电压将会急剧増加的 特点,正确利用发电相电压Uw与电网电压Uv比值的变化来控制起动继电器的 动作,在最大转矩点切除起动电阻,以保证劈相机可靠起动。另外,在劈相机的 实际使用时,还应注意以下几点 (1)劈相机只允许空载起动,待劈相机起动完成后,才能逐个接通电动机 负载
因此劈相机仍能起动起来直至达到额定转速。但是，当劈相机转速低于 850 r／ min 时提前切除起动电阻，则电磁转矩立即由某个正的加速转矩降为负的制动转 矩，使劈相机转子迅速减速，相应的定于电流迅速接近堵转电流，而造成劈相机 烧损。所以，在劈相机转速低于临界转速（YPX－280M－4 型为 850 r／min）， 尚未起动起来而过早切除起动电阻，则会因劈相机起动失败，造成定子绕组流过 单相大电流而烧损，这种故障习惯上称为“走单相”。反之，当劈相机转速达到 最大转矩对应的转速以后，如不及时切除起动电阻，对劈相机和起动电阻也是不 利的。这是因为随着转速的增加；流过起动电阻的发电相电流也随之增加，造成 起动电阻过热而烧损或阻值增大；同时负序磁场随发电相电流外的增加而增加， 使转子导体中的负序电流增大，转子负序电流与气隙正序磁场相互作用产生 100 HZ 的交变电磁转矩，使劈相机承受强烈的电磁振动。 图 10—3 劈相机机械特性 1-起动电阻为 0.79Ω；2-无起动电阻。 为了保证劈相机可靠起动和避免劈相机起动过程中有害的电磁振动，SS 系 列电力机车上的劈相机是采用专门设计的起动继电器来控制起动电阻的切除时 刻。它是根据劈相机在最大起动转矩对应的转速附近发电相电压将会急剧增加的 特点，正确利用发电相电压 UW与电网电压 UVU 比值的变化来控制起动继电器的 动作，在最大转矩点切除起动电阻，以保证劈相机可靠起动。另外，在劈相机的 实际使用时，还应注意以下几点： （1）劈相机只允许空载起动，待劈相机起动完成后，才能逐个接通电动机 负载
(2)劈相机停止工作前应先断开电动机负载。劈相机运行中应特别防止接 触网突然断电,劈相机转速下降到1200r/min以下不带起动电阻重新起动时, 可能造成劈相机“走单相”故障的发生 (3)劈相机起动时间不能过长,在最低网压(19kV)下起动时间应不超过 15S,在高网压(29kV)下要防止过早切除起动电阻,造成劈相机在低速大电 流下单相堵转。在一般情况下,连续起动次数不应超过3次,如仍不能起动,则 应查明原因消除故障后,方可再行起动。 二、异步劈相机三相电压对称性的调整 使用由单相电源和劈相机组成的三相电源时,另一个需要解决的问题是,劈 相机负载后如何保证输出三相电压的对称性,以使三相负载得到实际对称的电压 和电流,保证辅助电动机的正常运行。实际上,如果劈相机的定子三相绕组为对 称绕组,当劈相机空载时其输出的三相端电压是对称的,而在劈相机负载以后, 即使负载是对称的,其输出三相端电压也是不对称的。 1、劈相机负载后三相电压不对称的原因 通过前面的分析已知,劈相机负载时其电动相绕组中流过的既有电动机电 流,又有发电机电流;而发电相绕组中只流过发电机电流,这说明劈相机的定子 三相电流是不对称的,不对称电流引起不对称的阻抗压降。在感性负载招况下 发电机电流引起的阻抗压降将使绕组的端电压小于感应电势,而电动机电流引起 的阻抗压降使绕组的端电压大于感应电势。因此,如果三相绕组对称,则三相感 应电势是对称的,在劈相机负载后由于三相不对称的阻抗压降,仍会造成劈相机 三相端电压的不对称。 此外,没有被完全抵消的气隙剩余负序磁场,也将在定子三相绕组中感应出 负序电势,这就进一步加剧了三相电压的不对称 2、改善劈相机三相电压对称性的措施 劈相机输出三相电压的不对称,将直接影响辅助电动机的正常运行,严重的 三相电压不对称还将引起辅助电动机个别绕组过热而烧损,直接影响电力机车的 正常工作。为了改善劈相机三相电压的对称性,通常采取以下措施: (1)劈相机定子绕组采用三相不对称绕组 根据输出负载的要求,相应地提高或降低某些相的电势,是改善劈相机在额
（2）劈相机停止工作前应先断开电动机负载。劈相机运行中应特别防止接 触网突然断电，劈相机转速下降到 1200 r／min 以下不带起动电阻重新起动时， 可能造成劈相机“走单相”故障的发生。 （3）劈相机起动时间不能过长，在最低网压（19 kV）下起动时间应不超过 15 S，在高网压（29 kV）下要防止过早切除起动电阻，造成劈相机在低速大电 流下单相堵转。在一般情况下，连续起动次数不应超过 3 次，如仍不能起动，则 应查明原因消除故障后，方可再行起动。 二、异步劈相机三相电压对称性的调整 使用由单相电源和劈相机组成的三相电源时，另一个需要解决的问题是，劈 相机负载后如何保证输出三相电压的对称性，以使三相负载得到实际对称的电压 和电流，保证辅助电动机的正常运行。实际上，如果劈相机的定子三相绕组为对 称绕组，当劈相机空载时其输出的三相端电压是对称的，而在劈相机负载以后， 即使负载是对称的，其输出三相端电压也是不对称的。 1、劈相机负载后三相电压不对称的原因 通过前面的分析已知，劈相机负载时其电动相绕组中流过的既有电动机电 流，又有发电机电流；而发电相绕组中只流过发电机电流，这说明劈相机的定子 三相电流是不对称的，不对称电流引起不对称的阻抗压降。在感性负载招况下， 发电机电流引起的阻抗压降将使绕组的端电压小于感应电势，而电动机电流引起 的阻抗压降使绕组的端电压大于感应电势。因此，如果三相绕组对称，则三相感 应电势是对称的，在劈相机负载后由于三相不对称的阻抗压降，仍会造成劈相机 三相端电压的不对称。 此外，没有被完全抵消的气隙剩余负序磁场，也将在定子三相绕组中感应出 负序电势，这就进一步加剧了三相电压的不对称。 2、改善劈相机三相电压对称性的措施 劈相机输出三相电压的不对称，将直接影响辅助电动机的正常运行，严重的 三相电压不对称还将引起辅助电动机个别绕组过热而烧损，直接影响电力机车的 正常工作。为了改善劈相机三相电压的对称性，通常采取以下措施： （1）劈相机定子绕组采用三相不对称绕组 根据输出负载的要求，相应地提高或降低某些相的电势，是改善劈相机在额
定负载时三相电压对称性的主要方法。为此,劈相机的定子三相绕组匝数和空间 相隔的电角度均应根据需要确定,其绕组选择的定性规律是:一方面要增加发电 相W相的匝数,另一方面要减少电动相V的匝数,即应W>W>W。YPX-280M 型和JP402A型异步劈相机三相绕组匝数分别为:W:W:W=54:48:24 应当指出,采用这种方法只能保证劈相机在额定负载、额定电压下三相电压 的对称性。但劈相机的电负载是随机车运行工况而改变的,当负载变动以及单相 电源电压在270~460Ⅴ范围内波动时,劈相机的三相端电压也要随之改变,这 将直接影响其三相电压的对称性。为了改善劈相机在负载变动时的三相电压对称 性,还可采用并联电容器的措施。 (二)在负载侧的U和W端子上并联电容器 劈相机的负载是三相异步电动机群,因机车运行工况的改变,电动机投入台 数也不同,这就要求劈相机输出功率和功率因数随投人电动机数的差异而有所不 同。为适应实际需要,可在负载侧的U、W端子并联一些电容器和电感元件,以 扩展劈相机的容量,通过这些元件向负载提供W相电流。由它们辅助劈相机相向 负载提供电流,有利于改善三相电压的对称性。在实际使用中为了简化线路起见, 般只在负载侧的U和W端子间并联一定数量的电容器,图10-4(a)为其原 理接线图。这时,流经电容C的电流超前电压·90°,如图10-4(b)所 示。在三相电压对称时,该电流对W相负载而言是提供正的电功率 Pn=05U·Ⅰ,这样就使单相电源通过电容向W相负载提供部分电流。因为电 容C具有分相作用,故称为分相电容 r l 图10-4并联电容改善电压对称性 (a)原理接线图:(b)向量图
定负载时三相电压对称性的主要方法。为此，劈相机的定子三相绕组匝数和空间 相隔的电角度均应根据需要确定，其绕组选择的定性规律是：一方面要增加发电 相 W 相的匝数，另一方面要减少电动相 V 的匝数，即应 WW＞WU＞WV。YPX－280M 一型和 JP402A 型异步劈相机三相绕组匝数分别为：WW：WU：WV＝54：48：24。 应当指出，采用这种方法只能保证劈相机在额定负载、额定电压下三相电压 的对称性。但劈相机的电负载是随机车运行工况而改变的，当负载变动以及单相 电源电压在 270～460 V 范围内波动时，劈相机的三相端电压也要随之改变，这 将直接影响其三相电压的对称性。为了改善劈相机在负载变动时的三相电压对称 性，还可采用并联电容器的措施。 （二）在负载侧的 U 和 W 端子上并联电容器 劈相机的负载是三相异步电动机群，因机车运行工况的改变，电动机投入台 数也不同，这就要求劈相机输出功率和功率因数随投人电动机数的差异而有所不 同。为适应实际需要，可在负载侧的 U、W 端子并联一些电容器和电感元件，以 扩展劈相机的容量，通过这些元件向负载提供 W 相电流。由它们辅助劈相机相向 负载提供电流，有利于改善三相电压的对称性。在实际使用中为了简化线路起见， 一般只在负载侧的 U 和 W 端子间并联一定数量的电容器，图 10－4（a）为其原 理接线图。这时，流经电容 C 的电流 I CK • 超前电压 U WU • 90°，如图 10－4(b)所 示。在三相电压对称时，该电流对 W 相 负 载 而 言是 提 供 正 的 电功 率 w w ck p = 0.5U • I ，这样就使单相电源通过电容向 W 相负载提供部分电流。因为电 容 C 具有分相作用，故称为分相电容。 图 10－4 并联电容改善电压对称性 (a)原理接线图； (b)向量图
负载侧并联电容后可以减小流过劈相机w相的电流,从而降低劈相机三相 电压的不对称度。设劈相机W的负载电流;滞后;一个φ角,则在没有并 联电容时,负载电流·即为流过劈相机W相电流 n’m在并联电容后,流 经劈相机W相电流为 IIn+J。由图10-4B)可见,小于 减小可使;和也随之减小从而减小各相阻抗压降对三相电压的影响。显然, 只要随着负载的増减相应地増减并联电容的数量,就能保证劈相机负载变化时的 三相电压对称性。另外,并联电容后可使发电相电流;相位超前,有利于提高 劈相机的功率因数。对SS4改型电力机车在牵引工况下可视为在劈相机的U和 W;端子间接有4个12kvar、138μF的电容器,在制动工况下接有6个12kvar、 138μF的电容器,以保证机车辅助系统中输出三相线电压的不对称度在单相电源 电压力270~460V范围内不超过“机车车辆用三相异步电机基本技术条件” (TB1608-2001)中的有关规定。由于电动机并联电容后,会在合闸瞬间产生 较大的合问电流,因此对频繁起动的压缩机电动机没有并联电容器。 第三节异步劈相机的额定数及结构特点 异步劈相机的额定参数 由于劈相机实质上是一种其本身只输出一相电流的特殊异步电机,因此对劈 相机的额定参数就有必要重新定义。铁道部标准“机车车辆用三相异步电机基本 技术条件”(TB1608~2001)对劈相机的额定参数作了明确定义,由于该标准规 定这些额定参数都是三相电压对称条件下进行测量和考核的,因此,为了确切反 映劈相机供电电压的对称性,引入了“电压和电流不对称度”的概念,所谓电压 (或电流)不对称度是指三相电压(或三相电流)中的负序分量与正序分量之比 值。标准规定对劈相机系统的三相不对称度是用三相电流不对称度小于10%来测 量和考核额定参数的 1、额定功率 劈相机的额定功率是指在额定单相输人电压而且负载三相电流不对称度小 于10%的条件下,劈相机能输出的三相电功率。它不包括电容分相的视在功率。 劈相机在这样的负载下能连续工作,温升也不超过绝缘材料规定的限值
负载侧并联电容后可以减小流过劈相机 w 相的电流，从而降低劈相机三相 电压的不对称度。设劈相机 W 的负载电流 I WM • 滞后 U W • 一个 角，则在没有并 联电容时，负载电流 I WM • 即为流过劈相机 W 相电流 I W • ，而在并联电容后，流 经劈相机 W 相电流为 • + • = • I W I W M I CK 。由图 10－4B）可见， I W • 小于 I WM • , I W • 的 减小可使 I U • 和 I V • 也随之减小,从而减小各相阻抗压降对三相电压的影响。显然， 只要随着负载的增减相应地增减并联电容的数量，就能保证劈相机负载变化时的 三相电压对称性。另外，并联电容后可使发电相电流 I W • 相位超前，有利于提高 劈相机的功率因数。对 SS4 改型电力机车在牵引工况下可视为在劈相机的 Ul 和 W；端子间接有 4 个 12 kvar、138 μF 的电容器，在制动工况下接有 6 个 12 kvar、 138μ F 的电容器，以保证机车辅助系统中输出三相线电压的不对称度在单相电源 电压力 270～460 V 范围内不超过“机车车辆用三相异步电机基本技术条件” （TB1608—2001）中的有关规定。由于电动机并联电容后，会在合闸瞬间产生 较大的合问电流，因此对频繁起动的压缩机电动机没有并联电容器。 第三节 异步劈相机的额定数及结构特点 一、异步劈相机的额定参数 由于劈相机实质上是一种其本身只输出一相电流的特殊异步电机，因此对劈 相机的额定参数就有必要重新定义。铁道部标准“机车车辆用三相异步电机基本 技术条件”（TB1608~2001）对劈相机的额定参数作了明确定义，由于该标准规 定这些额定参数都是三相电压对称条件下进行测量和考核的，因此，为了确切反 映劈相机供电电压的对称性，引入了“电压和电流不对称度”的概念，所谓电压 （或电流）不对称度是指三相电压（或三相电流）中的负序分量与正序分量之比 值。标准规定对劈相机系统的三相不对称度是用三相电流不对称度小于 10%来测 量和考核额定参数的。 1、额定功率 劈相机的额定功率是指在额定单相输人电压而且负载三相电流不对称度小 于 10%的条件下，劈相机能输出的三相电功率。它不包括电容分相的视在功率。 劈相机在这样的负载下能连续工作，温升也不超过绝缘材料规定的限值
2、额定电压 劈相机的额定电压是指额定运行时单相输人电压。国产劈相机的额定电压规 定为380V。 3、额定电流 劈相机的额定电流是指在额定电压、额定负载下相对应的相电流。由于劈相 机输出的三相电流中实际上只有W相电流由劈相机提供,因此劈相机额定电流 首先是指劈相机在额定电压、额定负载下的三相输出电流,即发电相向负载提供 的电流Iw。为了清楚地表示出劈相机单相变换的概念,又将单相输人电流作为 劈相机的第二个额定电流,单相输入电流为单相电源向劈相机及其负载提供的总 电流 额定功率因数 劈相机的额定功率因数与额定电流对应有输人功率因数和输出功率因数两 项。输人功率因数是指单相电源向劈相机及其负载供电的单相功率因数,它等于 单相输人的有功功率与无功功率之比。输出功率因数是指劈相机向负载供电的三 相功率因数,它可由劈相机的额定功率、额定三相输出电流和额定电压给出。 般情况下劈相机的输人功率因数低于输出功率因数,通常铭牌数据中只给出输入 功率因数。 5、效率 劈相机的效率是指劈相机输出三相额定有功功率与单相输人有功功率之比。 因为能量是通过气隙正序旋转磁场直接交换的,而且只变换了W相功率,所以 劈相机效率比较高,一般在90%以上。 二、异步劈相机的结构特点 国产SS系列电力机车上先后采用过YPXZ-280M-4型、JP402A型、YPX 280M-4型等型号的劈相机,它们都是由相近容量的三相异步电动机改型设 计而成。各型劈相机的主要技术数据见表10-1。上述各型劈相机的结构和一般 的鼠笼式三相异步电动机结构相似,下面以JP402A型劈相机为例简要介绍其结 构特点。 JP402A型劈相机由定子和转子两部分组成,作为专用劈相机轴上是不带任 何机械负载的,故该电机无轴伸端,其结构如图10-5所示
2、额定电压 劈相机的额定电压是指额定运行时单相输人电压。国产劈相机的额定电压规 定为 380 V。 3、额定电流 劈相机的额定电流是指在额定电压、额定负载下相对应的相电流。由于劈相 机输出的三相电流中实际上只有 W 相电流由劈相机提供，因此劈相机额定电流 首先是指劈相机在额定电压、额定负载下的三相输出电流，即发电相向负载提供 的电流 Iw。为了清楚地表示出劈相机单相变换的概念，又将单相输人电流作为 劈相机的第二个额定电流，单相输入电流为单相电源向劈相机及其负载提供的总 电流。 4、额定功率因数 劈相机的额定功率因数与额定电流对应有输人功率因数和输出功率因数两 项。输人功率因数是指单相电源向劈相机及其负载供电的单相功率因数，它等于 单相输人的有功功率与无功功率之比。输出功率因数是指劈相机向负载供电的三 相功率因数，它可由劈相机的额定功率、额定三相输出电流和额定电压给出。一 般情况下劈相机的输人功率因数低于输出功率因数，通常铭牌数据中只给出输入 功率因数。 5、效率 劈相机的效率是指劈相机输出三相额定有功功率与单相输人有功功率之比。 因为能量是通过气隙正序旋转磁场直接交换的，而且只变换了 W 相功率，所以 劈相机效率比较高，一般在 90%以上。 二、异步劈相机的结构特点 国产 SS 系列电力机车上先后采用过 YPXZ－280M－4 型、JP402A 型、YPX －280M－4 型等型号的劈相机，它们都是由相近容量的三相异步电动机改型设 计而成。各型劈相机的主要技术数据见表 10—1。上述各型劈相机的结构和一般 的鼠笼式三相异步电动机结构相似，下面以 JP402A 型劈相机为例简要介绍其结 构特点。 JP402A 型劈相机由定子和转子两部分组成，作为专用劈相机轴上是不带任 何机械负载的，故该电机无轴伸端，其结构如图 10-5 所示
