電力機車輔助電機課件

第九章輔助電機第九章輔助電機劈相機

：在單相工頻交流電力機車上，為各輔助機組提供三相交流電源。一種將單相電變換成三相電的特殊電機，其實質是由單相電動機和三相發(fā)電機組合而成的旋轉電機。

本章分析異步劈相機的工作原理，討論異步劈相機起動、三相電壓對稱性問題，介紹異步劈相機的結構特點、額定參數等。劈相機：在單相工頻交流電力機車上，為各輔助機組提供三相交流第一節(jié)異步劈相機的工作原理在單相工頻交流電力機車的輔助系統(tǒng)中，異步劈相機（簡稱“劈相機”）用來將主變壓器輔助繞組供給的單相電源“劈成”三相，向輔助系統(tǒng)所有三相異步電動機供電。一、劈相機的空載工況當定子繞組UOV接至單相電源時，單相電流由U相流人，從V相流出，該電流產生的磁場可以分解為兩個幅值相等、轉速相同、轉向相反的旋轉磁場，分別稱為正序旋轉磁場和負序旋轉磁場。當劈相機轉子靜止不動時這兩個旋轉磁場在轉子導體中感應出兩個大小相等、方向相反的電勢和電流，而產生兩個大小相等、方向相反的電磁轉矩，其合成起動轉矩為零，故劈相機不能自行起動第一節(jié)異步劈相機的工作原理在單相工頻交流電力機車的輔助系統(tǒng)

如果用某種方法使劈相機的轉子轉動起來，并達到額定轉速。那么和轉子轉向一致的定子正序磁場與轉子的相對速度很小，而和轉子轉向相反的定子負序磁場與轉子的相對速度約為兩倍同步轉速，定子負序磁場切割轉子導體，在轉子導體中感應出數值較大，且頻率為接近兩倍電網頻率的轉子負序電勢和電流。由于轉子漏抗的顯著增大，使轉子負序電流在相位上滯后于轉子負序電勢90°電角度，從而使轉子負序電流建立的磁場幾乎抵消了定子負序磁場，氣隙中的剩余負序磁場很微弱，這種現象稱為轉子的阻尼作用。異步電機的這種阻尼作用正是異步電機具有劈相機功能的基礎。因此，當劈相機轉子以額定轉速轉動時，可以認為氣隙中只有正序磁場和正序磁通。

如果用某種方法使劈相機的轉子轉動起來，并達到額定轉速。那么當劈相機轉動起來以后，若劈相機不與外界電負載相接，稱為劈相機空載工況。這時劈相機氣隙中的正序磁場和磁通有兩個作用：一是，正序磁通和轉子導體內感應的正序電流相互作用產生電磁轉矩，用以克服轉子的機械阻轉矩及轉子負序電流產生的電磁阻轉矩，驅使轉子沿著正序磁場的方向繼續(xù)維持轉動，這時劈相機實際上是作為一臺單相異步電動機運行；二是，正序磁場切割定子三相繞組，感應出三相電勢，從劈相機三相負載端來看，它又是三相發(fā)電機。因此，從這兩方面作用來看，劈相機是一臺單相異步電動機和三相異步發(fā)電機的組合體，既可以在它的軸上接上機械負載，又可以在它的U、V、W三相輸出端接上電負載。當劈相機轉動起來以后，若劈相機不與外界電負載相接，稱為劈相機第一節(jié)異步劈相機的工作原理當劈相機與三相電負載接通后，因U、V兩相負載直接與單相電源相連，不需要經過劈相機即可直接從單相電源獲得負載電流和。W相負載電流則由劈相機的W相提供。因為當電網W相缺相時，劈相機的W相電勢高于W相端電壓，從而使W相電流反相，源源不斷地向三相負載輸出第三相電流，這時電機才真正進人劈相機工況運行。第一節(jié)異步劈相機的工作原理當劈相機與三相電負載接通后，因第一節(jié)異步劈相機的工作原理劈相機實質上是一種本身只輸出一相電流的異步電機。劈相機工況實際上是三相異步電機在不對稱條件下運行的一個特例。異步電機進入劈相機工況一般應具備以下兩個條件：（1）電機軸上的機械負載不變；（2）三相電網中W相缺相，使W相電流反相輸出。只要具備上述條件，一般的三相異步電動機同樣具有劈相機功能。第一節(jié)異步劈相機的工作原理劈相機實質上是一種本身只輸出一相第二節(jié)起動及電壓對稱性調整一、異步劈相機的起動異步劈相機的起動方法有輔助電動機起動法和分相起動法兩種。輔助電動機起動法是在劈相機的轉軸上安裝一臺輔助電動機，起動時先由輔助電動機帶動劈相機轉子轉動，待劈相機轉速達到一定值時，將劈相機投入單相電網，并切除輔助電動機的電源。分相起動法分為電阻分相起動和電容分相起動兩種。電阻分相起動具有線路簡單、設備成本低等優(yōu)點，因而得到廣泛的應用第二節(jié)起動及電壓對稱性調整一、異步劈相機的起動異步劈相機的第二節(jié)起動及電壓對稱性調整當劈相機的電動相繞組UV接通單相電源起動時，可以把定子繞組看作是由兩相組成：一相是VOU，它直接由單相電源供電；另一相是VOW，它與起動電阻RQ串聯后由單相電源供電。這時流經VOU相電流滯后電壓90°電角而流經VOW相電流滯后角（＜90°）。這兩個時間上有不同相位的起動電流通人在空間彼此相差一定電角度的兩相繞組中，所產生的氣隙合成磁場是一個旋轉磁場，在該磁場的作用下能產生較大的起動轉矩，使劈相機的轉子轉動起來。當轉速達到同步轉速的80％一90％時，借助接觸器切除起動電阻，起動即告完成，劈相機投人空載運行。第二節(jié)起動及電壓對稱性調整當劈相機的電動相繞組UV接通單相第二節(jié)起動及電壓對稱性調整為了保證劈相機的可靠起動，應該解決以下兩個問題。（1）起動電阻值應選擇合適，以獲得最大的起動轉矩（2）控制好切除起動電阻的時刻在劈相機的實際使用時，還應注意以下幾點：（1）劈相機只允許空載起動，待劈相機起動完成后，才能逐個接通電動機負載。（2）劈相機停止工作前應先斷開電動機負載。（3）劈相機起動時間不能過長第二節(jié)起動及電壓對稱性調整為了保證劈相機的可靠起動，應該解第二節(jié)起動及電壓對稱性調整二、異步劈相機三相電壓對稱性的調整

1．劈相機負載后三相電壓不對稱的原因通過前面的分析已知，劈相機負載時其電動相繞組中流過的既有電動機電流，又有發(fā)電機電流；而發(fā)電相繞組中只流過發(fā)電機電流，這說明劈相機的定子三相電流是不對稱的，不對稱電流引起不對稱的阻抗壓降。在感性負載招況下，發(fā)電機電流引起的阻抗壓降將使繞組的端電壓小于感應電勢，而電動機電流引起的阻抗壓降使繞組的端電壓大于感應電勢。因此，如果三相繞組對稱，則三相感應電勢是對稱的，在劈相機負載后由于三相不對稱的阻抗壓降，仍會造成劈相機三相端電壓的不對稱。此外，沒有被完全抵消的氣隙剩余負序磁場，也將在定子三相繞組中感應出負序電勢，這就進一步加劇了三相電壓的不對稱。第二節(jié)起動及電壓對稱性調整二、異步劈相機三相電壓對稱性的調第二節(jié)起動及電壓對稱性調整

2．改善劈相機三相電壓對稱性的措施（1）劈相機定子繞組采用三相不對稱繞組（2）在負載側的U和W端子上并聯電容器第二節(jié)起動及電壓對稱性調整2．改善劈相機三相電壓對稱性第三節(jié)額定參數及結構特點一、異步劈相機的額定參數1．額定功率2．額定電壓3．額定電流4．額定功率因數5．效率第三節(jié)額定參數及結構特點一、異步劈相機的額定參數1．額第三節(jié)額定參數及結構特點二、異步劈相機的結構特點１．定子劈相機的定子由機座、定子鐵心和定子繞組等組成定子采用Ｆ級絕緣繞組嵌線完成后，整個定子應浸漬５１５２無溶劑漆或１０３２三聚氰胺醇酸樹脂漆兩次。２．轉子劈相機的轉子均采用趨膚效應較差的單鼠籠式結構，而且轉子槽形的設計應考慮到在轉子導條中負序電流滲透的有效高度范圍內的槽形面積能盡可能大些，通常采用上寬下窄的倒梨形槽或中字形組合槽劈相機的定子鐵心與轉子鐵心之間的氣隙約在1ｍｍ左右第三節(jié)額定參數及結構特點二、異步劈相機的結構特點１．定第四節(jié)三相輔助電機的工作特點一、電力機車中交流輔助電機的類別1、壓縮機組2、牽引通風機組3、變壓器通風機4、變壓器潛油泵第四節(jié)三相輔助電機的工作特點一、電力機車中交流輔助電機的類第四節(jié)三相輔助電機的工作特點二、電力機車交流輔助電機的作用及工作特點1、承受振動和沖擊2、承受電壓波動270-460伏3、在三相線電壓不對稱度270伏不超過10%、460伏不超過7%下能正常工作4、環(huán)境溫度-40到45度5、月平均空氣相對濕度最大為90%6、海拔1400-2500米，環(huán)境溫度不超過45度與所需的環(huán)境空氣溫度降低補差值時，應能正常運行。第四節(jié)三相輔助電機的工作特點二、電力機車交流輔助電機的作用第五節(jié)典型電力機車的輔助電機一、SS9型電力機車1、劈相機2、牽引通風機3、制動電阻通風機組4、變壓器通風機5、變壓器潛油泵6、空氣壓縮機組7、輔助壓縮機組第五節(jié)典型電力機車的輔助電機一、SS9型電力機車第五節(jié)典型電力機車的輔助電機二、SS4型電力機車1、劈相機2、牽引通風機3、制動電阻通風機組4、變壓器通風機：主變壓器單級軸流風機電動機、硅整流裝置軸流風機電動機5、變壓器潛油泵6、空氣壓縮機組7、輔助壓縮機組第五節(jié)典型電力機車的輔助電機二、SS4型電力機車第五節(jié)典型電力機車的輔助電機三、HXD3型電力機車的輔助機組1、牽引通風機2、復合冷卻器通風機組3、空氣壓縮機組第五節(jié)典型電力機車的輔助電機三、HXD3型電力機車的輔助機組小結劈相機本質上是一臺本身只輸出一相電流的異步電機。劈相機運行必須解決的核心問題有兩個：一是起動問題；二是劈相機負載后如何保持三相輸出電壓的對稱性問題。異步劈相機的起動通常采用電阻分相起動