李作奇

摘 ?要：劈相機是電力機車重要的電氣設(shè)備，其工作原理是教學的重點和難點，如能通過實驗進行教學，則會有助于提高教學效果。但是如果在學校實訓室內(nèi)使用大功率的劈相機進行啟動和運行實驗，不僅設(shè)備投資大，能耗高，而且會對供電設(shè)備產(chǎn)生很大的電流沖擊，不利于供電設(shè)備的安全運行。如果使用一臺小容量的三相異步電動機來模擬大功率劈相機進行啟動和運行實驗，不僅能減少設(shè)備投資，降低能耗，而且運行安全可靠，可以達到良好的實驗效果。

關(guān)鍵詞：劈相機 ?工作原理 ?模擬試驗

中圖分類號：U264 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（c）-0045-02

1 ?電力機車劈相機作用

為確保電力機車主電路的正常工作，電力機車上安裝有牽引電機通風機、空氣壓縮機、制動電阻冷卻風機等一些輔助設(shè)備。這些輔助設(shè)備均采用了結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、造價低的三相異步電動機進行驅(qū)動。三相異步電動機需要電力機車提供三相電源，但是向電力機車供電的接觸網(wǎng)是單相交流電，不可以直接驅(qū)動這些輔助電機工作，因此需要借助劈相機將接觸網(wǎng)提供的單相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些輔機需要的三相交流電。

2 ?電力機車劈相機工作原理

電力機車劈相機工作原理如圖1所示。劈相機可以看成是一臺單相異步電動機和三相異步發(fā)電機的結(jié)合體。當電動相繞組接到單相電源上時，在這兩相繞組中產(chǎn)生一個單相脈振磁場，這個單相脈振磁場可以分解為兩個大小相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，在這兩個旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，單相異步電動機會產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，合成轉(zhuǎn)矩為零。因此單相異步電動機不能自行啟動，必須采用一定的啟動方式使電機轉(zhuǎn)動起來。對于單相異步電動機而言，向空間上有一定角度差的兩相繞組中通入時間上有一定相位差的兩相電流，則電機的內(nèi)部會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，在該磁場的作用下，單相異步電動機就可以啟動了。劈相機是采用分相啟動電阻的方式完成啟動的，在劈相機啟動前接入啟動電阻，當劈相機的轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值，再將啟動電阻切除，就可完成劈相機的啟動。劈相機運轉(zhuǎn)起來后，其旋轉(zhuǎn)磁場切割定子三相繞組，并使它感應出三相電勢，于是單相電源被“劈”成三相電源，完成了單相電源向三相電源的轉(zhuǎn)換。

3 ?電力機車劈相機模擬實驗設(shè)計

3.1 模擬實驗設(shè)計目的

通過研究電力機車劈相機的工作原理，熟悉劈相機的啟動方法，能正確選擇實驗電機和電氣元件，能正確設(shè)計劈相機模擬裝置的主電路和控制電路。通過調(diào)試使之正確運行，確保裝置運行的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 模擬實驗設(shè)計注意事項

（1）主電路必須采用交流380V電源，控制電路則要采用交流220V電源。

（2）采用合適的啟動電阻。啟動電阻過大或過小都會使啟動轉(zhuǎn)矩過小，從而造成啟動失敗。應根據(jù)采用的實驗電機型號的不同，選取最佳電阻值的啟動電阻。

（3）準確控制啟動電阻的切除時機。啟動電阻切除過早，會造成啟動失敗，切除過晚又會使劈相機的轉(zhuǎn)矩下降，燒壞啟動電阻。正確的切除時機是模擬劈相機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的80%～90%時，此時對應的啟動轉(zhuǎn)矩最大。為此，在模擬劈相機轉(zhuǎn)軸上安裝離心開關(guān)來檢測模擬劈相機轉(zhuǎn)速，確保及時切除啟動電阻。

（4）模擬劈相機只允許空載啟動，即必須先啟動模擬劈相機，然后再啟動負載電動機。為此，在控制電路中設(shè)置有時間繼電器，確保模擬劈相機先于負載電動機啟動，并且時間繼電器的延時時間不得小于模擬劈相機的啟動時間。

（5）為保證實驗安全，防止電機過熱燒損，在兩臺電機電路中應分別接有熱繼電器。為防止短路，在主電路和控制電路中應分別接有熔斷器。

3.3 模擬實驗電路設(shè)計

電力機車劈相機工作原理模擬實驗設(shè)計的主電路和控制電路原理圖如圖2所示。

3.4 模擬劈相機啟動過程

將閘刀開關(guān)QS1、QS2閉合，接入電源。按下模擬劈相機啟動按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，KM1主觸頭閉合，模擬劈相機開始啟動，同時KM1常開觸頭閉合，形成自鎖。時間繼電器KT1得電，時間繼電器開始延時。當模擬劈相機轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速90%時，裝在模擬劈相機轉(zhuǎn)軸上的離心開關(guān)KV動作，切除啟動電阻R，模擬劈相機啟動完畢。經(jīng)過延時的時間繼電器常開觸頭KT1閉合，接觸器KM2線圈得電，KM2主觸頭閉合，負載電動機投入工作。當需要結(jié)束工作時只需按下停止按鈕SB2，接觸器KM1、KM2失電，主觸頭斷開，模擬劈相機和負載電動機停止運轉(zhuǎn)。至此，電力機車劈相機工作原理模擬實驗結(jié)束。

4 ?結(jié)語

通過電力機車劈相機工作原理模擬實驗設(shè)計，不但使學生深刻理解了劈相機的工作原理，而且鍛煉了學生的動手能力。該實驗不但節(jié)省了教學投資，而且操作簡便，達到了良好的教學效果。

參考文獻

[1] 張龍.電力機車電機[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 謝家的，祁冠峰.電力機車電器[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[3] 華彤天.電力機車異步劈相機工作原理模擬實驗探索[J].無錫職業(yè)技術(shù)學院學報，2005（4）：48-50.