陳超

摘 要：鐵路運輸是我公司的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著鐵路重載技術(shù)的不斷發(fā)展。如何實現(xiàn)多拉快跑，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟效益是機務(wù)工作的重中之重。但行車安全是鐵路運輸?shù)挠篮阒黝}，貨物越拉越重對機車的安全性提出了更高更嚴(yán)的要求。我公司運用的機車基本都是SS4G型電力機車，劈相機是電力機車的心臟部分，它的好壞直接影響到機車的行車安全。而劈相機中的控制電路更是決定了劈相機能否正常工作的核心部分。文章就劈相機工作原理作了分析，在電力機車上的應(yīng)用、使用中常見故障及處理方法、日常保養(yǎng)作了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：劈相機；劈相機的啟動；故障處理

1 劈相機介紹

單相異步劈相機是利用單相交流電源供電的一種小容量交流電機。因為其經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維修方便等優(yōu)點和可直接接到220v交流電源上使用的特點，因此被廣泛運用到家庭電器及輕工業(yè)裝置中。

2 劈相機工作原理

異步劈相機和普通的異步電機的結(jié)構(gòu)基本一樣，有定子繞組和鼠籠式轉(zhuǎn)子。定子繞組有三繞組Y型和兩繞組T型兩種結(jié)構(gòu)。T型繞組的主繞組接牽引變壓器二次側(cè)輔助繞組的兩端，輔繞組則接在主繞組的中點。電機啟動之后，輔繞組的電壓超前輸入的單相電壓90°，因而在輸出的三端得到三相電壓。Y型繞組在國產(chǎn)得韶山系列上運用普遍，下面對Y型定子的異步劈相機進(jìn)行分析。

如圖1所示，Y型的定子繞組的oc、ob端接在牽引變壓器二次側(cè)的輔助繞組兩端，輸出的三個端子接三相負(fù)載。在cb端通入單相交流電之后，繞組oc、ob中會產(chǎn)生空間位置不變、大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁場。若只有繞組oc、ob，在轉(zhuǎn)子啟動之后，劈相機則作為一臺單相異步電機運行。

所以轉(zhuǎn)子是以接近于2的速度切割負(fù)序磁場，因此轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)出接近2倍頻率的電流和電勢，因而產(chǎn)生的磁場抵消了負(fù)序磁場。在劈相機起動以后，可認(rèn)為氣隙中只有正序旋轉(zhuǎn)磁場存在且切割Y型定子繞組oa、ob、oc而感應(yīng)出一組三相電Eoa、Eob、Eoc，從a、b、c三個端子來看，劈相機又是一臺三相發(fā)電機，給三相負(fù)載供電。

由上述可見，劈相機的本質(zhì)是單相異步電機和三相發(fā)電機的組合。在劈相機運行中，cob繞組和轉(zhuǎn)子起著單相異步電動機的效果，而從a、b、c端子看oa、ob、oc和轉(zhuǎn)子起著三相發(fā)電機的效果。因此，b、c相繞組稱為電動相繞組，a相繞組稱為發(fā)電相繞組。

雖然此劈相機的三相繞組對稱，但只有在空載時輸出的三相電壓才對稱，加上電負(fù)載后則不對稱。雖然負(fù)載對稱，但劈相機的b、c相繞組中不僅有發(fā)電機電流還有電動機電流，會造成不對稱電流而導(dǎo)致不對稱的壓降。當(dāng)負(fù)載為感性時，發(fā)電機電流導(dǎo)致的電壓降使繞組的端電壓小于感應(yīng)電勢，而電動機電流使端電壓大于感應(yīng)電勢。從而導(dǎo)致了三相端電壓不對稱。還有，若負(fù)序磁場沒有完全抵消，剩余的負(fù)序磁場也會在繞組中感應(yīng)出負(fù)序電勢，從而使電壓的不對稱度增加。

由以上分析可知：劈相機實際上就是本身只輸出一相電流的異步電機，劈相機工況是三相異步電機在不對稱條件下工作的特例。

異步電機成為劈相機的基本條件：（1）電機機械負(fù)載不變；（2）

三相電網(wǎng)缺相，使其電流反相輸出。

3 劈相機的起動與運行

為了保證輔助電路的正常運行，必須改善劈相機電壓不對稱的情況。一種方法是采用不對稱的繞組，但這種情況只適合恒定的負(fù)載，一旦負(fù)載改變將不再適用。顯然電力機車由于負(fù)載的變化，不能采取這種方法。另一種方法是在劈相機的發(fā)電相和電源相之間并接一個電容，這樣的好處是劈相機發(fā)電相繞組的電流減小了，減少了壓降，從而使得端電壓增大。因此這種方法很適合電力機車，通常電容是在負(fù)載上，因負(fù)載不同而其大小也不一樣。劈相機的起動和單相異步電機一樣，接通單相電源時，電動相繞組產(chǎn)生大小相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場合成的脈動磁場，所以在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生兩個大小相等、轉(zhuǎn)向相反的力矩，因而不能使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。因此，可以采用輔助電動機帶動劈相機或者分相起動的方法來打破劈相機的這種平衡。分相起動分為分相電容起動和分相電阻起動，在電力機車上常用分相電阻起動的方法使劈相機起動。下面分析電阻起動的方法。

如圖2所示，J是接觸器，RQ是起動電阻。劈相機起動的原理如下：

從c相看進(jìn)去，將劈相機的Y型定子分成兩相繞組，分別為cob和coa，均可視為純電感。但在coa相串聯(lián)電阻RQ以后，當(dāng)兩相繞組接入單相電源時，coa相電流相對于電源電壓的滯后角？酌<90°，且RQ值越大？酌越小，而cob相是純電感，所以電流Qb滯后電源電壓90°。因此，由于兩相繞組的電流相位差和繞組在空間位置上的角度差，兩相繞組在電機氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。

當(dāng)劈相機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動以后，在定子三相繞組中會產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢為負(fù)載供電。劈相機起動完成以后，接觸器J會自動斷開，以切除起動電阻。

劈相機作為交-直機車輔助電路提供三相交流電源，是輔助電路的核心設(shè)備。為了提高輔助電路的可靠性，通常有一臺劈相機備用或者一臺通風(fēng)機兼做劈相機使用。

4 劈相機在SS4G電力機車上的使用

SS4G電力機車采用傳統(tǒng)劈相機實現(xiàn)“單-三相”供電。劈相機采用分相電阻起動，并由電壓繼電器監(jiān)測起動過程和控制起動電阻的切除。SS4G機車采用型號為YPX-280M-4、380V、50kW的劈相機，其參數(shù)相對于之前的車型有所調(diào)整，起動電流適中、分相起動后切除起動電阻的自起動性能有所改善。

4.1 劈相機的分相起動

如圖3所示，劈相機的運轉(zhuǎn)和停止由其相應(yīng)的接觸器210KM控制，而劈相機的起動由接觸器213KM將起動電阻263R接入到第二電動相繞組D2和發(fā)電相繞組D3之間來完成。劈相機起動由電壓繼電器283AK進(jìn)行監(jiān)測和控制起動電阻回路的開斷。

起動劈相機信號發(fā)出后，接觸器213KM閉合，起動電阻接入電路，電源接觸器210KM閉合，劈相機開始起動。起動過程中，當(dāng)劈相機達(dá)到0.9倍額定轉(zhuǎn)速，即283AK測得的發(fā)電相電壓值將接近額定電壓220V時，將使接觸器213KM切除起動電阻，劈相機到此起動完成。同時，283AK失去工作電源出于閑置狀態(tài)。為了提高可靠性，起動電阻有三個抽頭，當(dāng)一組燒毀時可切至另一組，若兩組均燒壞，可切到233，改用電容起動。

4.2 通風(fēng)機的電動機電容分相起動

為了應(yīng)對劈相機有可能發(fā)生故障的情況，專門設(shè)置了備用電路。在機車運行中，如果劈相機出現(xiàn)故障，為保證其他輔機繼續(xù)工作，應(yīng)切除劈相機，以電容253C對風(fēng)機電動機3MA直接進(jìn)行分相起動。此時，3MA既是一臺通風(fēng)機，也是一臺劈相機。在電網(wǎng)電壓達(dá)到19kV以上時，通風(fēng)機電動機才能分相起動，在電網(wǎng)電壓高于22kV時，才能起動其他所有輔助機組。由于SS4G型機車的兩節(jié)車的輔助電路沒有進(jìn)行重聯(lián)，因此可以一節(jié)車做劈相機電阻分相起動，另一節(jié)（劈相機故障狀態(tài)）做3MA電容分相起動。

4.3 三相負(fù)載電路和單相負(fù)載電路

4.3.1 三相負(fù)載電路

三相負(fù)載電路是指機車輔助電機的供電電路。如圖4所示的三相負(fù)載部分，當(dāng)劈相機起動完成后，輔助電路導(dǎo)線201、202、203將提供不完全對稱電源，此時各輔助機組可依次有間隔的接入負(fù)載電路。

SS4G型電力機車的三相負(fù)載為：壓縮機電動機2MA一臺，牽引通風(fēng)機電動機3MA、4MA兩臺，制動風(fēng)機電動機5MA、6MA兩臺，變壓器風(fēng)機電動機7MA一臺，變壓器油泵8MA一臺。為了改善劈相機供電系統(tǒng)三相電源的對稱性，在3MA～5MA電動機的第二、三相繞組間接入了移相電容247C～252C，隨著電機的接入而投入使用。各輔助電動機均由其對應(yīng)的交流接觸器203KM～212KM進(jìn)行通斷控制。

SS4G型電力機車輔機電動機的交流接觸器采用3TB系列三相交流接觸器，因其操作系統(tǒng)是直流控制、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、機械壽命長?？刂?MA、8MA的交流接觸器211KM、212KM的額定電流為75A，其他的均為170A。

機車上還設(shè)置有庫用插座294XS和庫用轉(zhuǎn)換刀開關(guān)235QS，如圖庫用插座開關(guān)部分。當(dāng)機車處于運行狀態(tài)時，235QS倒向“運行”位，當(dāng)機車在庫內(nèi)時，235QS倒向“庫用”位，此時有兩種庫內(nèi)電源可使用。一般，庫內(nèi)三相電源在段內(nèi)使用，庫內(nèi)單相電源僅在制造廠或者大修廠庫內(nèi)電源容量大時使用。

4.3.2 單相負(fù)載電路

單相負(fù)載電路，即指電力機車中輔助電器的負(fù)載電路，如圖的單相負(fù)載部分，負(fù)載電路分為380V和220V兩類。

5 SS4G電力機車劈相機使用中常見故障及處理方法

5.1 劈相機不起動

5.1.1兩節(jié)劈相機不起動

故障處理：

（1）檢查輔機控制單極自動開關(guān)605QA是否跳開，反復(fù)開閉

605QA；

（2）將劈相機自起故障隔離開關(guān)591QS置“自起”位實驗；

（3）更換機車操作端實驗；

（4）關(guān)閉自動過分相裝置主機實驗。

5.1.2 一節(jié)起動正常，另一節(jié)指示燈不亮不起動

故障處理：轉(zhuǎn)換LCU“A/B”實驗

5.1.3一節(jié)起動正常，另一節(jié)指示燈亮不起動

故障處理：

（1）檢查劈相機三相自動開關(guān)215QA，反復(fù)開閉215QA；

（2）轉(zhuǎn)換LCU“A/B”實驗；

（3）檢查劈相機三相接觸器201KM及起動電阻三相接觸器

213KM是否正常，201KM故障通風(fēng)機代替，213KM故障切除該節(jié)車維持運行。

5.2 起動電阻甩不開

故障處理：

（1）立即斷開劈相機按鍵開關(guān)404SK，重新起動劈相機，待起動后（3s），人為按壓劈相機起動繼電器283AK；

（2）轉(zhuǎn)換LCU“A/B”實驗，仍無效時切除該節(jié)車維持運行。

5.3 起動電阻燒損

故障處理：

（1）劈相機故障隔離開關(guān)242QS置“1FD”位；

（2）起動電阻轉(zhuǎn)換開關(guān)296QS置“電容位”；

（3）技改過的機車將298QS置“下合位”。

注：通風(fēng)機代替劈相機，劈相機故障隔離開關(guān)242QS置“1FD”位，起動電阻轉(zhuǎn)換開關(guān)296QS置“電容位”。

6 劈相機日常保養(yǎng)

（1）保持劈相機內(nèi)外清潔無異物，確保起冷卻散熱狀態(tài)良好；

（2）保持劈相機工作環(huán)境干燥，定期測量定子繞組絕緣電阻，保證其達(dá)標(biāo)；

（3）定期更換軸承油，保證其油潤狀態(tài)良好；

（4）日常使用中如發(fā)現(xiàn)劈相機有異常音時，機車回段整備及時報修。

7 結(jié)束語

運用部門在運行中加強機械間的巡視，密切關(guān)注劈相機的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常，及時處理。檢修部門充分利用機車回段以及小輔修時間對機車劈相機進(jìn)行檢查，保養(yǎng)，確保劈相機工作狀態(tài)良好，提高檢修水平，減少不必要的故障發(fā)生。延長劈相機壽命，降低劈相機發(fā)生故障概率，確保鐵路運輸安全暢通。