SS4G型电力机车劈相机启动控制电路故障分析与处理.docx
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SS4G型电力机车劈相机启动控制电路故障分析与处理
黑龙江交通职业技术学院
毕业设计（论文）
题目SS4G型电力机车劈相机启动控制电路故障分析与处理
专业班级铁道机车车辆（电力机车方向）0919
姓名王立民
2012年3月20日
毕业设计（论文）开题报告
题目：
SS4G型电力机车劈相机启动控制电路故障分析与处理
1．本课题的来源、选题依据：
常见资料、现场调研、经验问题
2．本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）：
将理论知识和技能方法应用于电力机车的运用和检修中，提高劈相机的保养水平，延长其寿命；
3．本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）：
（可以另附页）
通过互联网了解国内及国外的知识，以及一些案例；
4．文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点）：
1.张有梧朱龙驹韶山4型电力机车[M]．北京：
中国铁道出版社1998
2.祁冠峰，《电力机车电器》，北京：
中国铁道出版社，2008
3.张龙，《电力机车电器》，北京：
中国铁道出版社，2005
指导教师意见：
指导教师：
年月日
专业部意见：
签字
年月日
中期进展情况检查表
年月日
课题名称
SS4G型电力机车劈相机启动控制电路故障分析与处理
学生姓名
王立民
学号
200923028
专业
铁道机车车辆
指导教师
职称
主要研究内容及进展
掌握劈相机的构造和作用原理基础上，能够比较熟练分析、判断劈相机系统在机车运用中发生地故障
尚须完成的任务
对劈相机检修的方法缺少经验以及没能实际操作，处理问题时候还是不能准确的断诊
存在的主要问题及解决措施
劈相机如何不启动及启动控制的过程
通过所学知识对为什么劈相机不启动来进行解决
指导教师审查意见
专业部审查意见
摘要
英文摘要
摘要
众所周知，电力机车通过劈相机与通风机配合，而且一条电气化铁路会分段供电，且不说因为一些原因运行中的劈相机启动故障，就说在遇到电阻烧损时，牵引通风机带劈相机工作。
有机车绝缘损坏时的问题.从劈相机的故障问题入手，对应的方法措施来寻找问题的来源以及劈相机本身带来的许多问题着手处理，详细的论述劈相机几方面问题。
机车劈相机启动过程遇到的问题等等的一些问题，都有一些详细的论述。
关键词：
劈相机不启动；劈相机灯不灭；故障分析与处理；
Abstract
Asisknowntoall,electriclocomotivesthroughthecameraandfan,splitandasegmentedelectrifiedrailwaywillsupply,nottomentionbecauseofsomereasonsofsplittingcamerastart-upfailure,hesaid,whenmeetingresistancelossinthefanbeltchoppedcameratraction.Thedamageislocomotiveinsulatedfromtheproblem.Theproblemofsplittingcamera,correspondingmeasuresfortheoriginoftheproblemandsplittingbroughtmanyproblemscameraitselftohandle,detaileddescriptionofthesplitproblems.Thecamera,Locomotivesplitcamerastart-upprocessproblems,somequestions,therearesomedetaileddiscussion.
Keywords:
splitthecameradoesn'tstart,Splitcameralightsout,Failureanalysisandprocessing,
前言
劈相机是电力机车获得三相电源的重要集电元件，劈相机质量是影响通风机工作的一个重要因素因素，而通风的良好又直接关系到电力机车主要电器的工作状态。
劈相机滑板安装在机械室内，间接受控制电路控制。
劈相机在工作时将单相交流电劈成三相交流电，为机车供应220V电源，维持其正常运行。
随着列车速度的不断提高（目前国际上最高商业运行速度已接近400km／h，弓网相对滑动速度约111m／s），要求劈相机的综合性能也越来越高，世界各国对电力机车劈相机尤其是相关部件的研究也在不断深入。
1、劈相机的介绍
单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。
它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点及可以直接在单相220V交流电源上使用的特点，因此在家用电器（电扇、洗衣机、电冰箱、空调器等）及轻工业装置上得到了广泛的应用。
当然，与同容量的三相异步电动机比较，单相异步电动机的体积大，运行性能较差，效率较低。
因此，单相异步电动机只能做成小容量的，从几瓦到几百瓦。
单相异步电动机的类型很多，但除罩极电动机的定子具有凸出的磁极外，其余各类的定子铁芯和普通三相异步电动机的相似。
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，用来启动电动机。
单相异步电动机的转子是普通的鼠笼式转子。
异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。
它是一种能实现单一三相变换的异步电机，用于一切由单相电源供电，而又以三相异步电动机为负载的场合。
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。
图4—8所示为异步劈相机工作原理线路图。
2.1
国产SS系列电力机车上先后采用过YPXZ－280M－4型、JP402A型、YPX－280M－4型等型号的劈相机，它们都是由相近容量的三相异步电动机改型设计而成。
各型劈相机的主要技术数据见表4—1上述各型劈相机的结构和一般的鼠笼式三相异步电动机结构相似，下面以JP402A型劈相机为例简要介绍其结构特点。
JP402A型劈相机由定子和转子两部分组成，作为专用劈相机轴上是不带任何机械负载的，故该电机无轴伸端，其结构如图10-5所示。
1.1
1-313Z1轴承；2-轴承外盖；3-油杯；4-轴承内盖；5-端盖；6-挡风板；7-定子；8-转子；9-接线罩。
1.2国产劈相机的主要技术数据表
数据型号
参数
YPX2-280M-4
JP402A
YPX-280M-4
额定功率
（kW）
输入单相
38
64.8
64.8
输入三相
31.5
57
57
额定电压
（V）
输入单相
380
380
380
输入三相
380
380
380
额定电流
（A）
输入单相
147
200
200
输入三相
57
90
90
功率因数
输入单相
0.645
0.8
0.8
输入三相
0.84
0.96
0.84
额定转速（r/min）
1499
1499
1499
极数
4
4
4
频率（Hz）
50
50
50
绝缘等级
B
F
F
定额种类
连续
连续
连续
重量（kg）
550
586
568
配属机车
SS4
SS4改
SS8
韶山4改进型电力机车的劈相机工作原理
2.2.1韶山4改进型电力机车的劈相机工作原理
劈相机是SS4改进型电力机车辅助系统的主要电机之一。
它的性能的好坏直接影响到其它辅助电机的正常工作。
异步电动机的许多故障现象都会在劈相机上发生，但劈相机又有其自己的特性。
要想快速准确地找到劈相机的故障并及时排除故障就必须对劈相机有一个全面的了解。
首先就要了解劈相机在电力机车上的作用及工作原理。
SS4改进型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。
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。
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。
也就是说，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。
2.2.2改进型电力机车劈相机与控制电器的关系
我们了解了SS4改进型电力机车劈相机的工作原理，而它在电力机车上是如何起动和运行的，这对我们排除劈相机故障也是十分重要的。
起动劈相机是电力机车动车前的预备性操作，其电路属于控制电路。
在其受电弓升弓以及闭合主断路器后进行，SS4改进型电力机车的劈相机控制有手动和自动两种，它是通过对选择开关591QS进行选择，我们主要以手动为例，这样更好地认清各个电器件在劈相机起动过程中的作用。
由于劈相机直接单相电源起动时只能在气隙中产生一个脉振磁场，而不能产生一个旋转磁场，起动转矩为零，劈相机必须带电阻或电容进行分相起动，起动电阻或电容必须接在劈相机电动第一相U1相与发电相W1之间，即辅助回路202母线与203母线之间，起动电阻值为0.79Ω起动电容为10个12kvar、138μF电容并联。
所有辅机控制电源由605QA自动开关控制，劈相机的控制是完成其他辅机控制的先决条件。
劈相机的运转与停止是通过相应的接触器201KM控制，因为劈相机是单相电动机与三相发电机的组合，所以起动时必须在第二电动相绕组与发电相绕组之间接入起动电阻263R进行分相起动，起动电阻的接通与开断由接触器213KM来执行。
由劈相机起动继电器283AK监测起动过程并控制起动电阻回路的开断。
283AK的工作电源是从导线531经533KT常开联锁由导线281引入的。
首先我们按下劈相机按键（404SK）导线560经404SK与591QS，使导线564有电，劈相机中间继电器567KA得电动作，其常开触点闭合。
导线560经567KA的常开触点，使导线561有电，然后分成几个支路。
导线561经劈相机起动中间继电器566KA的常闭接点，使分相接触器（213KM）和劈相机起动延时继电器533TK得电动作，起动电阻将投入工作。
劈相机的接触器（201KM）闭合，导线561经213KM的辅助触点，使导线572有电。
经劈相机故障隔离开关（242QS），使201KM得电动作。
劈相机的主回路沟通，开始起动。
若起动正常，则劈相机的起动继电器（283AK）动作，其常开点闭合。
导线561经283AK，使导线568有电，劈相机起动中间继电器566KA得电动作。
其常闭点打开，切断213KM和533KT的供电回路，甩掉劈相机起动电阻，劈相机进入正常工作状态。
同时，566KA的常开触点闭合，215QA和566KA常开触点，使566KA继续得电自锁：
导线561经533KT的常闭触点，使导线577有电，为其它辅助电机的正常工作做好准备。
致此，劈相机的控制顺利完成。
2.2.3单相异步电动机的工作原理
异步劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机。
它是一种能实现单一三相变换的异步电机，用于一切由单相电源供电，而又以三相异步电动机为负载的场合。
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。
图4—8所示为异步劈相机工作原理线路图。
2.1.1
2.2.4劈相机的空载工况
当定子绕组UOV接至单相电源时，单相电流
由U相流人，从V相流出，该电流产生的磁场可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁场，分别称为正序旋转磁场和负序旋转磁场。
当劈相机转子静止不动时这两个旋转磁场在转子导体中感应出两个大小相等、方向相反的电势和电流，而产生两个大小相等、方向相反的电磁转矩，其合成起动转矩为零，故劈相机不能自行起动，这是劈相机的一个特点，也是一个缺点。
因此，如何经济、可靠地实现劈相机的起动，是劈相机运行中必须首先解决的问题。
如果用某种方法使劈相机的转子转动起来，并达到额定转速。
那么和转子转向一致的定子正序磁场与转子的相对速度很小，而和转子转向相反的定子负序磁场与转子的相对速度约为两倍同步转速，定子负序磁场切割转子导体，在转子导体中感应出数值较大，且频率为接近两倍电网频率的转子负序电势和电流。
由于转子漏抗的显著增大，使转子负序电流在相位上滞后于转子负序电势90°电角度，从而使转子负序电流建立的磁场几乎抵消了定子负序磁场，气隙中的剩余负序磁场很微弱，这种现象称为转子的阻尼作用。
异步电机的这种阻尼作用正是异步电机具有劈相机功能的基础。
因此，当劈相机转子以额定转速转动时，可以认为气隙中只有正序磁场和正序磁通。
当劈相机转动起来以后，若劈相机不与外界电负载相接，称为劈相机空载工况。
这时劈相机气隙中的正序磁场和磁通有两个作用：
一是，正序磁通和转子导体内感应的正序电流相互作用产生电磁转矩，用以克服转子的机械阻转矩及转子负序电流产生的电磁阻转矩，驱使转子沿着正序磁场的方向继续维持转动，这时劈相机实际上是作为一台单相异步电动机运行；二是，正序磁场切割定子三相绕组，感应出三相电势，从劈相机三相负载端来看，它又是三相发电机。
因此，从这两方面作用来看，劈相机是一台单相异步电动机和三相异步发电机的组合体，既可以在它的轴上接上机械负载，又可以在它的U、V、W三相输出端接上电负载。
2.2.5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。
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。
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。
2.2.6单相异步电动机的分类和启动方法
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。
2.4.1
2.2.6.1单相电容启动电动机
单相电容启动电动机的接线原理图如图4—5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。
2.6.2.2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4—6所示。
图4-6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。
2.4.2
2.6.2.3单相电阻启动电动机
将图4—7中的电容器换成电阻就构成单相电阻启动电动机，如图4－7所示。
这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。
故障1：
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567KA释放，合闸后再闭合劈相机扳钮，将567KA固定在吸合位。
故障2：
合劈相机扳钮，“劈相机”灯亮，不起动
原因分析：
（1）起动电阻发红或烧断；
（2）劈相机烧损。
（3）213KM故障
（4）201KM故障
故障处理：
（1）断电、低压实验，若213KM不吸合，则检查处理567KA常开接点和566KA常闭接点及213KM本身，无法处理时切除该节车。
（2）若213KM吸合，201KM不吸合，检查处理213KM常开接点、242QS，劈相机自动开关及201KM本身不良处所，无法处理时用通风机1代替劈相机。
（3）启动电阻烧损时，排除接地处所，倒接线232#线使用备用电阻或倒风机位运行（风
机代劈相机时，学习司机应到非操纵端监视风机启动是否正常）。
注：
倒风机位方法：
（1）将242QS打“1FD”位。
（2）将296QS拉至电容位。
故障3：
劈相机起动后，电磁噪音大，起动电阻甩不开
原因分析：
（1）213KM故障
（2）283AK故障
故障处理：
（1）重新起动劈相机，待起动后（约3S），人为闭合283AK，无效时捅566KA。
（2）若起动电阻仍甩不开，则检查处理527KT常开点。
（3）若213KM焊接，则断电、降弓、打磨触头，装好灭弧罩继续使用，若焊接严重时，则切除该节车。
4、SS4G型电力机车劈相机起动电阻烧损的原因分析及改进措施
在电力机车上,劈相机是一种能将单相电变换成三相电的特殊电机,为各辅助机组提供三相交流电源,实现机车正常工作.在单相电网中,劈相机不能自行起动,需采用特殊的起动方法.国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法.与SS4改型机车一样,SS4B型电力机车劈相机的起动方式与起动控制电路完全相同,所不同的是每节车增加了1台劈相机,改善了辅助系统的三相不对称性,同时提高了系统的稳定性和可靠性."class="highLight">在电力机车上,劈相机是一种
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