電力機(jī)車輔助電機(jī)課件

第九章輔助電機(jī)第九章輔助電機(jī)劈相機(jī)

：在單相工頻交流電力機(jī)車上，為各輔助機(jī)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(jī)，其實(shí)質(zhì)是由單相電動(dòng)機(jī)和三相發(fā)電機(jī)組合而成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

本章分析異步劈相機(jī)的工作原理，討論異步劈相機(jī)起動(dòng)、三相電壓對(duì)稱性問題，介紹異步劈相機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、額定參數(shù)等。劈相機(jī)：在單相工頻交流電力機(jī)車上，為各輔助機(jī)組提供三相交流第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理在單相工頻交流電力機(jī)車的輔助系統(tǒng)中，異步劈相機(jī)（簡(jiǎn)稱“劈相機(jī)”）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(dòng)機(jī)供電。一、劈相機(jī)的空載工況當(dāng)定子繞組UOV接至單相電源時(shí)，單相電流由U相流人，從V相流出，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，分別稱為正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)劈相機(jī)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)時(shí)這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)出兩個(gè)大小相等、方向相反的電勢(shì)和電流，而產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，其合成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，故劈相機(jī)不能自行起動(dòng)第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理在單相工頻交流電力機(jī)車的輔助系統(tǒng)

如果用某種方法使劈相機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。那么和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致的定子正序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度很小，而和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的定子負(fù)序磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度約為兩倍同步轉(zhuǎn)速，定子負(fù)序磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)出數(shù)值較大，且頻率為接近兩倍電網(wǎng)頻率的轉(zhuǎn)子負(fù)序電勢(shì)和電流。由于轉(zhuǎn)子漏抗的顯著增大，使轉(zhuǎn)子負(fù)序電流在相位上滯后于轉(zhuǎn)子負(fù)序電勢(shì)90°電角度，從而使轉(zhuǎn)子負(fù)序電流建立的磁場(chǎng)幾乎抵消了定子負(fù)序磁場(chǎng)，氣隙中的剩余負(fù)序磁場(chǎng)很微弱，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)子的阻尼作用。異步電機(jī)的這種阻尼作用正是異步電機(jī)具有劈相機(jī)功能的基礎(chǔ)。因此，當(dāng)劈相機(jī)轉(zhuǎn)子以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以認(rèn)為氣隙中只有正序磁場(chǎng)和正序磁通。

如果用某種方法使劈相機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。那么當(dāng)劈相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，若劈相機(jī)不與外界電負(fù)載相接，稱為劈相機(jī)空載工況。這時(shí)劈相機(jī)氣隙中的正序磁場(chǎng)和磁通有兩個(gè)作用：一是，正序磁通和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)的正序電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，用以克服轉(zhuǎn)子的機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)子負(fù)序電流產(chǎn)生的電磁阻轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使轉(zhuǎn)子沿著正序磁場(chǎng)的方向繼續(xù)維持轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)劈相機(jī)實(shí)際上是作為一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；二是，正序磁場(chǎng)切割定子三相繞組，感應(yīng)出三相電勢(shì)，從劈相機(jī)三相負(fù)載端來看，它又是三相發(fā)電機(jī)。因此，從這兩方面作用來看，劈相機(jī)是一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步發(fā)電機(jī)的組合體，既可以在它的軸上接上機(jī)械負(fù)載，又可以在它的U、V、W三相輸出端接上電負(fù)載。當(dāng)劈相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，若劈相機(jī)不與外界電負(fù)載相接，稱為劈相機(jī)第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理當(dāng)劈相機(jī)與三相電負(fù)載接通后，因U、V兩相負(fù)載直接與單相電源相連，不需要經(jīng)過劈相機(jī)即可直接從單相電源獲得負(fù)載電流和。W相負(fù)載電流則由劈相機(jī)的W相提供。因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)W相缺相時(shí)，劈相機(jī)的W相電勢(shì)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(fù)載輸出第三相電流，這時(shí)電機(jī)才真正進(jìn)人劈相機(jī)工況運(yùn)行。第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理當(dāng)劈相機(jī)與三相電負(fù)載接通后，因第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理劈相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種本身只輸出一相電流的異步電機(jī)。劈相機(jī)工況實(shí)際上是三相異步電機(jī)在不對(duì)稱條件下運(yùn)行的一個(gè)特例。異步電機(jī)進(jìn)入劈相機(jī)工況一般應(yīng)具備以下兩個(gè)條件：（1）電機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載不變；（2）三相電網(wǎng)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(dòng)機(jī)同樣具有劈相機(jī)功能。第一節(jié)異步劈相機(jī)的工作原理劈相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種本身只輸出一相第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整一、異步劈相機(jī)的起動(dòng)異步劈相機(jī)的起動(dòng)方法有輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法和分相起動(dòng)法兩種。輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法是在劈相機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)先由輔助電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)劈相機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，待劈相機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，將劈相機(jī)投入單相電網(wǎng)，并切除輔助電動(dòng)機(jī)的電源。分相起動(dòng)法分為電阻分相起動(dòng)和電容分相起動(dòng)兩種。電阻分相起動(dòng)具有線路簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整一、異步劈相機(jī)的起動(dòng)異步劈相機(jī)的第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整當(dāng)劈相機(jī)的電動(dòng)相繞組UV接通單相電源起動(dòng)時(shí)，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(dòng)電阻RQ串聯(lián)后由單相電源供電。這時(shí)流經(jīng)VOU相電流滯后電壓90°電角而流經(jīng)VOW相電流滯后角（＜90°）。這兩個(gè)時(shí)間上有不同相位的起動(dòng)電流通人在空間彼此相差一定電角度的兩相繞組中，所產(chǎn)生的氣隙合成磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使劈相機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的80％一90％時(shí)，借助接觸器切除起動(dòng)電阻，起動(dòng)即告完成，劈相機(jī)投人空載運(yùn)行。第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整當(dāng)劈相機(jī)的電動(dòng)相繞組UV接通單相第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整為了保證劈相機(jī)的可靠起動(dòng)，應(yīng)該解決以下兩個(gè)問題。（1）起動(dòng)電阻值應(yīng)選擇合適，以獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（2）控制好切除起動(dòng)電阻的時(shí)刻在劈相機(jī)的實(shí)際使用時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）劈相機(jī)只允許空載起動(dòng)，待劈相機(jī)起動(dòng)完成后，才能逐個(gè)接通電動(dòng)機(jī)負(fù)載。（2）劈相機(jī)停止工作前應(yīng)先斷開電動(dòng)機(jī)負(fù)載。（3）劈相機(jī)起動(dòng)時(shí)間不能過長第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整為了保證劈相機(jī)的可靠起動(dòng)，應(yīng)該解第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整二、異步劈相機(jī)三相電壓對(duì)稱性的調(diào)整

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

2．改善劈相機(jī)三相電壓對(duì)稱性的措施（1）劈相機(jī)定子繞組采用三相不對(duì)稱繞組（2）在負(fù)載側(cè)的U和W端子上并聯(lián)電容器第二節(jié)起動(dòng)及電壓對(duì)稱性調(diào)整2．改善劈相機(jī)三相電壓對(duì)稱性第三節(jié)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、異步劈相機(jī)的額定參數(shù)1．額定功率2．額定電壓3．額定電流4．額定功率因數(shù)5．效率第三節(jié)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、異步劈相機(jī)的額定參數(shù)1．額第三節(jié)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、異步劈相機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)１．定子劈相機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組等組成定子采用Ｆ級(jí)絕緣繞組嵌線完成后，整個(gè)定子應(yīng)浸漬５１５２無溶劑漆或１０３２三聚氰胺醇酸樹脂漆兩次。２．轉(zhuǎn)子劈相機(jī)的轉(zhuǎn)子均采用趨膚效應(yīng)較差的單鼠籠式結(jié)構(gòu)，而且轉(zhuǎn)子槽形的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中負(fù)序電流滲透的有效高度范圍內(nèi)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(jī)的定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間的氣隙約在1ｍｍ左右第三節(jié)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、異步劈相機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)１．定第四節(jié)三相輔助電機(jī)的工作特點(diǎn)一、電力機(jī)車中交流輔助電機(jī)的類別1、壓縮機(jī)組2、牽引通風(fēng)機(jī)組3、變壓器通風(fēng)機(jī)4、變壓器潛油泵第四節(jié)三相輔助電機(jī)的工作特點(diǎn)一、電力機(jī)車中交流輔助電機(jī)的類第四節(jié)三相輔助電機(jī)的工作特點(diǎn)二、電力機(jī)車交流輔助電機(jī)的作用及工作特點(diǎn)1、承受振動(dòng)和沖擊2、承受電壓波動(dòng)270-460伏3、在三相線電壓不對(duì)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(duì)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(bǔ)差值時(shí)，應(yīng)能正常運(yùn)行。第四節(jié)三相輔助電機(jī)的工作特點(diǎn)二、電力機(jī)車交流輔助電機(jī)的作用第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)一、SS9型電力機(jī)車1、劈相機(jī)2、牽引通風(fēng)機(jī)3、制動(dòng)電阻通風(fēng)機(jī)組4、變壓器通風(fēng)機(jī)5、變壓器潛油泵6、空氣壓縮機(jī)組7、輔助壓縮機(jī)組第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)一、SS9型電力機(jī)車第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)二、SS4型電力機(jī)車1、劈相機(jī)2、牽引通風(fēng)機(jī)3、制動(dòng)電阻通風(fēng)機(jī)組4、變壓器通風(fēng)機(jī)：主變壓器單級(jí)軸流風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、硅整流裝置軸流風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)5、變壓器潛油泵6、空氣壓縮機(jī)組7、輔助壓縮機(jī)組第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)二、SS4型電力機(jī)車第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)三、HXD3型電力機(jī)車的輔助機(jī)組1、牽引通風(fēng)機(jī)2、復(fù)合冷卻器通風(fēng)機(jī)組3、空氣壓縮機(jī)組第五節(jié)典型電力機(jī)車的輔助電機(jī)三、HXD3型電力機(jī)車的輔助機(jī)組小結(jié)劈相機(jī)本質(zhì)上是一臺(tái)本身只輸出一相電流的異步電機(jī)。劈相機(jī)運(yùn)行必須解決的核心問題有兩個(gè)：一是起動(dòng)問題；二是劈相機(jī)負(fù)載后如何保持三相輸出電壓的對(duì)稱性問題。異步劈相機(jī)的起動(dòng)通常采用電阻分相起動(dòng)