西安铁路职业技术学院毕论文
1-2 国产劈相机的主要技术数据表
数据 型号 参数 YPX2-280M-4 JP402A YPX-280M-4 额定功率 (kW) 额定电压 (V) 额定电流 (A) 功率因数 输入单相 输入三相 38 31.5 64.8 57 64.8 57 输入单相 输入三相 380 380 380 380 380 380 输入单相 输入三相 147 57 200 90 200 90 输入单相 输入三相 0.645 0.84 1499 4 50 B 连续 550 SS4 0.8 0.96 1499 4 50 F 连续 586 SS4改 0.8 0.84 1499 4 50 F 连续 568 SS8 额定转速(r/min) 极数 频率(Hz) 绝缘等级 定额种类 重量(kg) 配属机车
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1-3所示。
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ZD115型牵引电机维护与检修
图 1-3 JP402A型劈相机结构
1-313Z1轴承；2-轴承外盖；3-油杯；4-轴承内盖；5-端盖；6-挡风板；7-定子；8-转子；9-接线
罩。
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IQ2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1—4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，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
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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100HZ的交变电磁转矩，使劈相机承受强烈的电磁振动。
图1—4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
1.3. 劈相机的特点
⑴ 电压变化范围虽电网电压而变化，适用于电网电压变化较大的电网系统中，一般将来电压变化范围在0.7～1.2倍额定电压范围内。
⑵ 劈相机过载能力达尤其电动机起动时能提供较大的起动电流。
⑶ 劈相机供电时已经运行的异步电动机能协助劈相机供电给其它正在起动的电动机。它本身具有劈相机的功能。
⑷ 劈相机只有在额定电压下、额定负载下输出的三相电压才能使对称的，对每一个电压来讲只有在某一个负载下劈相机才能输出三相对称电压。在其它负载下它的输出时不对称的。
（5） 劈相机除W相绕组能向三相负载送出电流外，其转轴还可能拖动功率比较小的机械负载，这种机械负载的功率约为劈相机的10%左右。从这一方面讲劈相机兼有电动机的功能，但是它所拖动的机械应是类似鼓风机那样的软特性机械。否则由于劈相机起动过程中的最小转矩比较小，机械负载的阻力距比较大，而使劈相机无法起动。
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2 劈相机的工作原理
2.1. 电力机车劈相机
电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。就针对于目前SS4改进型电力机车的劈相机而言，SS4改进型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。由于三相负载D侧的U相V相电流可直接从单相电网获得，这样就可以大大减轻劈相机的负担，劈相机只需要向三相负载的W相提供电流和电能即可。它尤其适用于电动集群的场合，例如在电力机车上，一台劈相机可供电给6～10台电动机在电动机群总容量不变的情况下，台数越多、容量越小越适合。因此，对电气化铁路两侧边远山区中小容量的农机厂也比较适合，更适合用于电力机车和电动车组上。
电动机单相交流电通过电机定子的单相绕组时，产生交变的脉振磁场，一个脉振磁场可以分解为两个幅值一样，转速相等转向相交的旋转磁场，与电机转子的转动方向相同为正序放置磁场，与转子转动方向相反的磁场为负序旋转磁场。劈相机的电动相绕组接到单相交流电源上，在劈相机的空气隙中产生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个磁场在转子导体中感应的电动势和电流的大小相等，方向相反。由此而产生的两个转矩也大小相等，方向相反而互相抵消。起动转矩为零，劈相机不能自行起动。如果转子与正序旋转磁场的相对速度比较小，而转子与负序旋转磁场的相对速度比较大，转子以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使转子导体内感应出近两倍于电网频率的电势和电流，该电流产生的磁场几乎抵消了定子绕组产生的负序磁场。即当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场，它与转子相互作用产生电磁转矩，克服了转子的机械阻力矩及转子负序电流产生的电磁阻力矩，驱使转子沿着正序旋转磁场方向旋转，同时该正序旋转磁场切割定子三相绕组，并使它感应出三相电势，于是单相电源被劈成三相电源。在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两相负载直接与单相电源相联，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一相负载则由劈相机的发电相得到供电，所以劈相机是将单相交流电源劈成三相，而本身只输出一相的异步电机。
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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。
2.2. 异步劈相机的工作原
图2—1所示为异步劈相机工作原理线路图。
2-1异步劈相机工作原理线路图
劈相机的结构与三相鼠笼式异步电动机相似，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不规律嵌放在定子槽内。劈相机的工作原理：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。如图2-1所示。
劈相机的实质：是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相机工作状态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作状态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。
2.3．劈相机的起动方式
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。分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。这两种启动方法具有线路简单，设备成本低等优点，因而得到广泛的应用。
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