电力机车劈相机故障分析Word文档格式.docx

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2.1单相电容起动电动机8

2.2单相电容运行电动机9

2.3单相电阻起动电动机9

2.4劈相机手动控制10

2.6劈相机自动控制10

3改进型电力机车劈相机与控制电器的关系12

3.1劈相机电路故障分析及处理12

3.1.1接触器故障分析及处理12

3.1.2电器元件误动作13

13

3.1.5网压过低和输入电压严重不对称13

3.1.6劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动14

14

3.1.9劈相机起动后噪音大，起动电阻甩不开14

3.2劈相机机械故障分析及处理15

3.2.1轴承有异音15

3.2.2轴承过热15

3.2.3劈相机有异常噪音或振动过大16

3.2.4电机升温过高或冒烟16

3.2.5劈相机按键故障16

3.2.6无劈相机启动声音时检查处理17

3.2.7劈相机启动声音异常检查处理17

4.1运转前检查18

4.2劈相机的启动18

4.3劈相机的运行及停止18

4.4劈相机的存放及运输18

结论19

致谢20

参考文献21

引言

随着社会的发展，经济的发展，人们的运输工具也在不段的发展，铁路运输在整个交通运输体系中占有很大比例,是我国经济运行中的大动脉。

近年来我国铁路加快了安全、重载、高速为主体的发展步伐，我国铁路运输开始向电气化发展的飞速发展，随着电力机车的增多，而电力机车的上的辅助电机的，尤以劈相机的重要性最为重要劈相机是电力机车的心脏，他的好坏影响着电力机车运行安全以及人的安全。

本文就简要的介绍劈相机的结构特点、工作原理、控制原理及在实际运用中的故障处理问题。

1劈相机概述

劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机是异步电动机的简称。

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它是一种能实现单三相变换的异步电动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。

它是电力机车的专用装置。

劈相机是由异步电机演变而来因此它具备异步电机的一系列优点。

它的特性又正好和三相异步电动机进行最佳配合所以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.劈相机在国内外电力机车上有多年的运用历史在当今晶闸管技术相当发达的变相领域中劈相机仍能以它独有的经济、可靠、结构简单和节能等显著优点力克群芳深深吸引从事单相电源变相技术的国、内外专家在工频60Hz的新型电力机车上仍广泛采用。

劈相机除了在电力机车上的应用外对一线一地的供电系统使用劈相机也很有价值。

劈相机不应该是一台三相异步电动机不对称运行工况的延伸应该是异步电动机群中和电动机相互作用。

每一台已经运行着的电动机均可作为劈相机或者辅助劈相机向其他电动机供电每一台电动机的工况都是可逆和自然过渡的。

它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点及可以直接在单相220V交流电源上使用的特点因此在家用电器（电扇、洗衣机、电冰箱、空调器等）及轻工业装置上得到了广泛的应用。

当然目前也正逐渐应用于电力机车等行业。

1.1劈相机的结构

电力机车劈相机实际上是单相电动机和发电机的组合体，韶山4改型电力机车上的所有的辅助电动机的电源全是由劈相机将来自变压器绕组的单相电源劈成三相电源提供的电源。

易步劈相机的结构是与三项电动机是不同的，转子是鼠笼式，定子绕组是按三相不对称规则镶在定子槽中的。

故而说劈相机是单相电动机和发电机的组合体。

他的电负荷是不稳定的，随着电力机车的工况的变化而变化。

一步劈相机的结构如下图

定子：

劈相机的定子由机座定子铁芯和定子绕组等组成。

定子采用F绝缘绕组嵌线完成后整个定子应浸渍5152无溶剂漆或1032三聚氰胺醇酸树脂漆两次。

劈相机定子和异步电动机的相似由定子绕组、定子铁芯和机座组成。

（1）定子绕组：

是不对称的三相绕组，由它产生劈相机的旋转磁场。

更主要的是通过它直接把电源变换成三相电源，由它决定劈相机的主要性能。

各相绕组的匝数按性能要求实际决定。

（2）绕组线圈：

按一定规律依次嵌入定子槽中，并按照一定的接法连接起来。

容量大的劈相机都采用双层绕组，每一槽内的导线分为上下两层，中间用绝缘隔开。

定子绕组有硬绕组和软绕组两种。

低电压的中小型电机都广泛采用软绕组。

总之，劈相机定子绕组成形、嵌制和结构与一般异步电动机相同。

（3）定子铁芯：

是劈相机的磁路，它由定子冲片叠压而成，定子采用0.5mm的硅钢片，双面涂以硅钢片漆。

一般情况，定子铁芯上有两个绕组，一个称为工作绕组或主绕组，用以产生主磁场和从电源吸收电功率输入给电机，另外一个称为启动绕组或辅助绕组，用来起动电动机。

（4）压装方式：

铁片叠压成铁芯后压入机座的称为外压装式，铁芯冲片在机座内叠压的称为内压装式。

中心高在280mm以下的电机多数采用外压装，外压装的工艺可保证定子内圆和机座止口是一种较好的铁芯结构。

某些较大尺寸的劈相机采用内压装的形式尺寸更大的电机可采用扇形冲片在电机内部结成整圆，这种方式主要可以节省材料，但是内圆需要旋圆。

主要作用是固定和支撑铁芯，装配端盖、轴承和转子，并起保证定、转子和气隙均匀的作用。

目前生产的几种劈相机一般都采用铸铁机座，为了加强散热能力采用开启式的结构，两侧和下部有通风孔。

转子：

转子是劈相机的旋转部分，也是劈相机变换相数的主要部件。

劈相机旋转起来以后，旋转着的转子对定子负序磁场有很强的阻尼作用，气隙中负序磁场的大小与转子负序阻抗成比列，转子绕组中的负序电流有双倍电源的频率，因此趋肤效应很强。

劈相机的鼠笼转子以单鼠笼为佳，转子槽形设计时要考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高度范围内，槽形面积尽可能要求要大。

劈相机的转子均采用轴肤效应较差的单鼠笼式结构，而转子槽型的设计应考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高度范围内的槽型面积能尽可能大些，通常采用上宽下窄的倒梨型槽或中字形组合槽，劈相机的定子铁芯与转子铁芯之间气隙约在1mm左右。

气隙：

定子铁芯与转子铁芯之间的气隙时很小的，气隙大小根据劈相机容量而定。

目前生产的集中劈相机气隙在1mm左右。

气隙小不但装配困难、同心度要求高，而且谐波电流产生的寄生力矩也大。

气隙大磁阻就大，需要的激磁电流也大，为了减小激磁电流，气隙应尽可能小。

这两方面的要求是相互矛盾的，因此劈相机的气隙值要由几方面的因素决定的，比一般同尺寸的三相异步电动机要大出15%—25%。

异步劈相机的主要结构如下图

1.2劈相机的工作原理

电动机的单项交流电通过电机定子的单项绕组时，产生交变的脉振磁场，一个脉振磁场可以分解成为两个一样幅值的、转速一样的转向相交的旋转磁场，与电机的转向相同的为正序旋转磁场，与电机的旋转方向相反的转向为反向旋转磁场，劈相机的电动相绕组接到单相交流电电源上，在劈相机的气隙长生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个大小相等，方向相反的磁场的磁力就会相互抵消，启东转矩为零，也就是说劈相机不能自行起动，如果转子与正序旋转磁场的旋转速度相对娇小，而转子与负序旋转磁场速度相对较大，转子将会以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使得转子导体内感应几乎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定子产生的负序磁场。

换句话说，但转子转动时，在劈相机的气隙中主要就剩下了正序旋转磁场，他与转子相互作用就产生了电磁转矩，克服了机械阻力力矩及转子负序产生的电磁阻力矩，驱使转子沿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，于是单项电源被劈成三相电源，并在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两项负载与与单项电源相连，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一项负载经过由劈相机发电相非到供电，所以劈相机是将单相交流电劈成三相电，而本身只输出一相的异步电机。

1.3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Ivm/和Ium。

W相负载电流WMI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WI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ΔUI和ΔVI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WI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ΔWI，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Iw、Ip、IQ、Ivu流过，而在U、V电动相绕组中同时存在着电动机电流PI和发电机电流ΔUI、ΔVI，所以劈相机负载后的定子三相电流的关系可写成以下公式。

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。

2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。

（a）原理线路图（b）向量图

劈相机的电阻分相起动原理线路如图（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IQ1滞后电压Uvu90°

电角，而流经VOW相流IQ2滞后（

＜90度）。

如图（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。

由于单相异步电动机转子不能自行启动，为了解决启动问题，应设法加大正向磁场，抑制反向磁场，使在启动时电动机气隙中能够形成一个旋转磁场。

例如在定子上另装一个空间和时间上与工作绕组都不同相的启动绕组

根据启动方法或运行方法的不同单相异步电动机可分为单相电容启动电动机、单相电容运行电动机、单相电阻启动电动机、单相罩极启动电动机等几类。

下面介绍单相电容启动电动机、单相电容运行电动机和单相电阻启动电动机的启动方法。

2.1单相电容起动电动机

（C）单相电容启动电动机接线原理图

单相电容启动电动机的接线原理图如图（C）所示。

装在定子铁芯上的启动绕组Z1、Z2（又称副绕组）与工作绕组（又称主绕组）在空间互差90。

电角度。

启动绕组Z1、Z2与电容器C串联后，通过离心开关或继电器触点s与工作绕组U1、U2一起并接到同一电源上。

采用分析三相旋转磁势的方法，可以得到如下结论，向空间位置互差90°

电角的两相定子绕组内通人在时间上互差90°

的两相电流，产生的磁势也是沿定子内圆旋转的旋转磁势。

适当地选择电容器值，使启动绕组中的电流超前工作绕组中的电流约90度相角，则在定子内圆气隙中就会产生一个旋转磁势，相应地产生旋转磁场，在该磁场的作用下，能产生较大的启动转矩，使电动机转动起来。

启动绕组是按照短时运行方式设计的，如果长期通过电流，会因过热而损坏。

因此当电动机的转速达到同步转速的75％-80％时，由离心开关s把启动绕组从电源断开，电动机便作为单相异步电动机运行。

单相电容启动电动机有较大的启动转矩，但启动电流也较大,适用于各种满载启动的机械如小型空气压缩机在部分电冰箱压缩机中也有采用。

2.2单相电容运行电动机

如果启动绕组不仅供启动用而且允许长期接在电源上工作这种电机就称为单相电容运行电动机，如图（d）所示。

（d）单相电容运行电机

电容运行电动机实质上是一台两相异步电动机其两个绕组在空间相隔90。

电角度绕组中的电流也相差约90°

相角。

单相电容运行电动机的性能有较大的改善其功率因数、效率及最大转矩都比普通单相异步电动机高。

单相电容运行电动机结构简单使用维护方便只要任意改变工作绕组（或启动绕组）的首端、末端与电源的接线即可改变旋转磁场的转向使电动机反转这类电动机常用于吊扇、台扇、洗衣机、吸尘器等。

2.3单相电阻起动电动机

将图2-6中的电容器换成电阻就构成单相电阻启动电动机，如图（e）下所示。

（e）单相电阻启动电动机

这种电动机的特点是启动绕组Z1、Z2的导线直径较细，匝数少，又与启动电阻串联，则该支路的总电阻远大于感抗，可近似看作流过绕组中的电流与电源电压同相位，工作绕组U1、U2的导线直径较粗，匝数较多，则感抗远大于绕组中的直流电阻，可近似看作流过绕组中的电流滞后电源电压约90°

电角。

因此，可近似看作启动绕组中的电流与工作绕组中的电流相差90°

电角，从而在定子与转子气隙中产生旋转磁场，使转子获得转矩而旋转。

这种电动机启动转矩不大，宜于空载启动。

2.4劈相机手动控制

相机手动、自动启动选择开关591QS，自起劈相机隔离开关，进行选择的，591QS置于“0”为手动启动位，591QS置于“1”为自动启动位。

劈相机隔离开关242QS；

“1”位正常工作位，1px“2”位故障位（1FD），“0”位试验位。

即机车低压试验及库内三相电源试验置于的位置。

1、启动前将591QS置于“0”，242QS置于“1PX”位，按下劈相机按键开关404SK，导线560经404SK与591QS，使导线564有电，劈相机中间继电器567KA得电动作。

其控制电路为：

2、导线560经567KA的正连锁，使导线561有电：

以后分成两条支路。

导线561经劈相机启动中间继电器566KA反联锁是分相接触器213KM和劈相机延时继电器533KT得电动作同时527KT线圈经劈相机启动中间继电器566KA联锁得点527KT常开联锁闭合，为劈相机的接触器201KM闭合做好了准备。

其电路为：

213KM吸合，接入启动电阻。

533KT吸合为283AK提供电源其常闭联锁断开577线通路，保证劈相机启动未完成之前，无法启动其他辅机。

劈相机接触器的控制

导线561经213KM的辅助联锁，使导线572有电，经劈相机故障隔离开关242QS使201KM得电动作，劈相机的主电路沟通，开始启动。

其电路为

劈相机启动电阻的切除，若劈相机启动正常，则劈相机的启动继电器283AK动作，其正联锁闭合，导线561经283AK，使导线568有电，劈相机启动中间继电器566KA得电动作，其反联锁打开，527KT线圈失电，延时1S后，527KT联锁打开，切断213KM和533KT的供电电路，甩掉劈相机启动电阻，使劈相机进入正常工作状态，同时，566KA正连锁闭合自持。

566KA得电电路

566KA自持电路

至此劈相机的控制顺利完成。

这是单节车的情况下当两节车重联时通过重联线N564使另一节车的567KA得电动作。

启动另一节的劈相机过程与单节相同。

2.6劈相机自动控制

所谓自动控制是指司机操作主断路器合闸后，劈相机自起启动，无需人为操作劈相机以及其他辅助机的按键开关。

这一功能主要用于机车过分相区时，减少司机的操作步骤。

（1）自起劈相机电路分析

当主断路器闭合后，4QF联锁打开，导线565失电，劈相机自起延时继电器528KT失电，延时1S后其反联锁闭合导线562经591QS和528KT反联锁，使567KA得电动作，劈相机开始启动以后的过程与手动控制完全一样。

（2）劈相机自起操作将劈相机隔离开关242QS置于“1”位→自起劈相机隔离开关591QS置于“1”位→启动电阻转换开关296QS置于电阻位。

404SK此时终在闭合位。

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.

3改进型电力机车劈相机与控制电器的关系

我们了解了SS4改型电力机车劈相机的工作原理，而他在电力机车上是如何起动和运行的，这对我们排除劈相机的故障是十分重要的，起动劈相机是电力机车动车前预备性操作，其电路属于控制电路。

在其受电弓省弓及闭合主断路器后进行，SS4型电力机车劈相机的起动分为手动和自动两种，他通过对选择开关591QS进行选择。

我们主要以手动为例，这阳能更好的认清各个电器件在劈相机起动过中的作用。

由于劈相机直接单相电源启动时只能在气隙中只能产生一个脉震磁场，起动转矩为零，劈相机必须带电阻或电容进行分相起动。

起动电阻或电容必须接在劈相机电动第一相U1相与发电W1相之间，即辅助回路202母线与203母线之间，起动电阻值为0.79起动电容为10个12K、138F电容并联。

所有控制电源有605QA自动开关控制。

劈相机的控制是完成其他辅助控制的先决条件。

首先我们按下劈相机按键（404SK）导线506经404Sk与591QS，使导线564有电。

劈相机中间继电器567KA得电动作，其常开触电闭合，导线560经567KA的常开触点，使导线561有电，然后分成几个支路。

导线561经劈相机起动中间继电器566KA的常闭接点。

事分相接触器（213KM）和劈相机起动延迟继电器533TK得电动作。

起动电阻将投入工作，劈相机的接触器*（201KM）闭合，导线561经213KM的辅助触点，使导向572有电，经劈相机故障隔离开关（242QS）,使201KM得电动作。

劈相机的主回路沟通，开始起动。

如起动正常，则劈相机起动继电器（283Ak）动作，其常开点闭合，导线561经283Ak，使导线568有电，劈相机起动中间继电器566KA得电动作。

其常闭点打开。

导线561经283AK，使导线568有电，劈相机起动中间继电器566KA得电动作，其常闭点打开，切断213KM和533KT的供电回路。

甩掉劈相机起动电阻，劈相机进入正常的工作状态。

同时，566KA的常开触点闭合，，215QA和566KA常开触点，使566KA得电自锁，导线561经533KT的常闭触点，使导线577有电，为其他辅助电机的正常工作做好准备，至此，劈相机的控制顺利完成。

从这一过程可以看出。

电路中的控制电器与劈相机能否正常工作是密不可分的。

劈相机是SS4型电力机车中受力比较复杂的一种电机，他既要承受大功率的负荷，而且还要受各种扭转力矩的影响，一次在实际的工作中他的故障率要高于其他的电机，从劈相机的故障分析上来说，他的故障分别为机械故障和电路故障。

3.1劈相机电路故障分析及处理

3.1.1接触器故障分析及处理

劈相机通电后，劈相机转子不转，而且无任何反映，初步判断为劈相机接触器没有动作，这时应该拆下劈相机接触器201KM，检查其触点在通电情况下是否全部闭合良好，如果无任何反应，证明接触器已损坏，应立即更换新的接触器。

在机车整备中还有一种情况是按下劈相机按键开关（404SK）后，劈相机起动信号显示不灭，到机车辅助室就会听到劈相机发出嗡嗡声，观察劈相机转轴不转或转动很慢，用手触摸感觉发热严重，这时应初步判断劈相机“走单相”，应该立刻检查劈相机接触器（201KM）和起动电阻接触器（213KM），看看是否还在动作，如果有不动作的状况，应该立刻更换接触器，从而保证劈相机能够正运转。

如果接触器没有问题，表明电机内部有故障，用万用表测量该电机三相电阻可查出哪项开路，应立即对电机进行检修。

如果在机车运行中劈相机接触器出现故障不能及时处理，后果是很严重的，甚至会造成重大事故。

3.1.2电器元件误动作

控制劈相机的电器元件误动作一般有两种情况，一种是劈相机起动后，从