劈相机的常见故障分析毕业设计Word文档下载推荐.docx

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1）.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

⑷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。

2）.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。

3）.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

图1-1异步劈相机的主要结构

图1-1异步劈相机的主要结构

异步电动机要大出15%—25%。

异步劈相机的主要结构如图1-1所示：

1.2.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。

第二章劈相机的工作原理

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。

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理

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：

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。

劈相机的电阻分相起动原理线路如图2－3（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

滞后电压

图2－3劈相机电阻分相起动原理图

（a）原理线路图；

（b）向量图

90°

电角，而流经VOW相电流

滞后

角（

＜90°

），如图2—3（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。

2.3.1.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

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Δ

，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Δ

、Δ

，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。

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。

2.3.2.单相电容起动电动机

图2—4单相电容启动电动机的接线原理图

单相电容启动电动机的接线原理图如图2—4所示。

装在定子铁芯上的启动绕组

（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

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

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。

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。

2.3.3.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2—5所示。

图2-5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。

2.3.4.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2-6所示。

这

图2-6单相电阻启动电动机

种电动机的特点是启动绕组

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

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。

第三章劈相机常见故障及分析处理

劈相机本来就一台将单相电源转换成三相电源的机组。

当劈相机没有输出时，就是一台单相运行的空载电动机，这样的运行当然是正常的；

但是改进型电力机车中受力比较复杂的一种电机，它既要承受大功率电流的负荷，而且又要受到各种扭转力矩的影响，因此在实际工作中它的故障率比其它辅助电机要高一些。

从劈相机的故障分析来看主要有两种：

一种是电路故障，一种是电机机械故障。

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。

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，从机车的信号显示屏上看，劈相机起动信号显示不灭，机车设置的过流保护延时不能提前动作，劈相机停止工作，表明辅机过流保护提前误动作。

这时判断可能是辅机保护插件出现问题，应拔出辅机保护插件，按下劈相机接触器手动按钮，若劈相机能正常起动，则说明劈相机过流保护出现故障应更换保护插件；

另一种情况是劈相机起动后，劈相机起动信号显示—熄灭—又显示，劈相机在某一转速下“爬行”或降速至停转，辅机保护动作，初步分析为起动继电器提前误动作，劈相机转速没有达到额定转速的0.9倍，起动继电器就将起动电阻切除，如果劈相机起动后，起动信号显示不灭，劈相机剧烈抖动、电磁噪音大，会看到起动电阻发红或烧断，这说明起动继电器晚动作或者不动作，即起动电阻迟甩或者甩不开，应立即切断电源，否则劈相机会被烧坏，所以应尽快检查和排除起动继电器故障。

这时可以人为地按下起动继电器的凸键而让其动作，使常开联锁闭合，使566KA吸合，切断213KM线圈电源，甩开起动电阻，若是215EF常闭联锁故障，则可暂时把该联锁短接维持机车运行，入库处理完后再恢复正常。

有时也不排除继电器本身机械故障：

如批示件显示不正确或锁钩误动作等。

3.1.3.劈相机接线错误

如果劈相机任意两根线互换，这都会使劈相机反转。

如果劈相机反转，则表明有两根线接反，就应判断为劈相机接线错误，立即打开劈相机接线盒。

但有一种特殊情况：

当三相接线相互反接时，劈相机转向与正常转向一致，即：

劈相机电动第一相V1端子接机车201母线，劈相机电动第二相V1端子接203母线，劈相机发电相W1端子接机车202母线，V相作为发电相与起动电阻连接，由于起动电阻与V相绕组不匹配，劈相机起动困难，且由于V相绕组匝数最少，即使劈相机启动起来，由于三相电压严重不对称，使负载电机启动困难，这时劈相机带不动负载，对此我们检修人员也应打开劈相机接线盒，认真检查劈相机联线，并加以更正。

3.1.4.起动电阻值变大

起动电阻变大会引起劈相机起动困难。

起动电阻值变大会使劈相机起动转矩变小，劈相机额定起动电阻值为0.79Ω，如果电阻的制造公差较大，或者由于每次起动时间较长，都会使劈相机起动电阻发烫或烧红，电阻氧化，有效截面积变小，次数多以后，劈相机起动电阻值会逐渐变大，个别会达到0.87Ω，在低网压下使劈相机起动困难，甚至不能起动，这时我们检修人员就应用兆欧表测量劈相机起动电阻值，如果大于0.79Ω，则改用另一组起动电阻，电阻值偏大的劈相机起动电阻须及时更换。

而且劈相机电阻也不宜超期使用，避免致使大量电阻内部衰变呈几何型发展。

导致劈相机电阻过热并烧损，电阻更换频繁，影响了机车正常运输，浪费了大量人力物力，所以平时应加强对机车劈相机起动电阻的检测和维护。

3.1.5.供电电压过低和输入电压严重不对称

接触网的供电电压应该在20～29KV之间在接触网事故供电时电网电压应不低于19KV，相应辅助绕组的空载电压为301V，相应劈相机起动时的电压应大于275V，如果接触网电压更低，低于18KV时，个别启动就很困了。

“吃力”，噪音大，起动时间过长，引起过流保护动作，应检查电压表，观察劈相机输入电压，如果低于270V，表明网压过低，应立即停止劈相机起动。

另一种情况是劈相机噪音大，发热严重，检查电机三相电压，如果低网压时，电压不对称度大于10%，高网压时大于7%，表明电压不对称度超标，谐波增大，谐波损耗增加。

如果劈相机输入电压在270V至460V正常范围内，则应根据劈相机的故障判断处理。

在一般情况下，劈相机连续起动次数应不超过3次，如仍然不能起动，一定要查明原因消除故障：

（1）更换起动电阻；

（2）检查连线是否接错，方可再行起动劈相机。

3.1.6.劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动

第一台牵引通风机3MA的电容分相起动电路是为劈相机发生故障而设的电路，在机车运行中，劈相机一旦发生故障，司机在无法查清原因的情况下，为保证其它辅机继续正常工作，即可切除劈相机，而以起动电容253C对风机电机3MA直接进行分相起动，这时要把劈相机故障转换开关242QS打向“1FD”位，即把283AK监测劈相机发电相电压引入线接到通风机电机3KA的第三相上，同时必须把闸刀开关296QS倒向起动电容位（因起动电阻不能起动通风机），起动过程由起动继电器283AK控制，起动完成后283AK常开联锁闭合，使213KM线圈失电，其主触头打开，切除起动电容，即可投入其它辅机运行，值得注意的是在运用牵引通风机3MA替代劈相机作电容分相起动时，司机操纵与使用劈相机时相同，由于两节车的辅助电路未重联，因此可以一节车做劈相机电阻起动，另一节车由牵引通风机3MA电容分相起动。

我们在使用这种方法时，接触网电压必须要在22KV以上时，才能用电容分相起牵引通风机电机。

3.1.7.劈相机不起动

原因分析：

（1）劈相机控制电路断路

（2）劈相机控制电路无电

故障处理：

（1）如两节车“劈相机”灯不亮，则确认605QA自动开关接触良好，重新起动，若仍不起动，则换端启动劈相机，若起动正常，处理操纵节劈相机扳钮404SK。

（2）如一节车“劈相机”灯不亮。

则检查该节车567KA接线是否良好，进行处理后若仍不起动，则人为闭合567KA，起动劈相机。

注意：

人为闭合567KA后，与“主断”断开后，必须使567K