【文章內容簡介】 過電流保護 輔助電路過電流保護采用電流繼電器 282KC。在輔助繞組短路或其他原因造成輔助電路短路，其電流超過 2800A 時， 282KC 吸合動作使機車主斷路器分閘，并顯示輔助過流信號。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 10 三、三相異步劈相機 一、 SS4 改型三相異步劈相機工作原理 異步劈相機是一種結構特殊、用途特殊的三相異步電動機。她是一種能實現(xiàn)單— 三相變換的異步電機，用于一切有單相電源供電，而又以三相異步電動機為 負載的場合。在單相工頻交流電力機車的輔助系統(tǒng)中，異步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 Ip 由 U 相流入，從 V 相流出，該電流產(chǎn)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(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的電磁轉矩，其合成啟動轉矩為零，故劈相機不能自行起 動。 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 nN，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(shù)值較大，且頻率為接近兩倍電網(wǎng)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與轉子負序電勢 90176。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。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。 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(chǎn)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(chǎn)生的電磁阻轉矩，驅使轉子沿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，劈相機作為三相發(fā)電機運行。 （二）劈相機的負載工況 當劈相機與三相點負載接通后，因 U， V 兩相負載直接與單相電源相連，不需 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 11 要經(jīng)過劈相機即可直接從單相電源獲得負載電流 Ivm 和 Ium。 W相負載電流 Iwm則由劈相機的 W 相提供。因為當電網(wǎng) 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 Iw ，這時電機才真正進入劈相機工況運行。由于專用劈相機的軸上均不帶機械負載，故劈相機負載前后的軸輸出機械功率是不變的，所以它的氣隙正序磁場也應該保持不變。但 W 相輸出電流 Iw 產(chǎn)生的單相磁勢將使氣隙磁場發(fā)生變化，這就需要從 U 相和 V 相輸入相應的附加電流△ Iu 和△ Iv，以保持氣隙正序磁場不變，而定子的負序磁場將隨著 W 相電流 Iw 的增加而增加，這些新增加的負序磁場同樣右轉子 產(chǎn)生新的負序電流去抵消，仍然保持氣隙負序磁場幾乎為零的特點。用數(shù)學關系式來表示上述兩個物理現(xiàn)象，可把劈相機負載時的定子三相電流分解成兩組：一組是劈相機空載時，僅在 U、 V 相繞組中流過的單相電流，此電流與轉子作用產(chǎn)生電磁轉矩，以維持轉子的繼續(xù)轉動，故稱此電流為電動機電流，習慣上將 U、 V 相繞組稱為劈相機的電動相繞組； 另一組是劈相機負載后，在三相繞組中重新加入的三相電流△ Iu、△ Iv、△Iw，該電流與轉子作用產(chǎn)生電磁阻轉矩，相應地將這一組電流稱為發(fā)電機電流，習慣上將 W 相繞組稱為劈相機的發(fā)電相繞組。有此可知，當劈相 機負載時，在劈相機的發(fā)電相繞組中僅有發(fā)電機電流 Iw 流過，而在 U、 V 電動相繞組中同時存在著電動機電流 Ip和發(fā)電機電流△ Iu、△ Iv，所以劈相機負載后的定子三相電流的關系可寫成： Iu=Ip+△ Iu Iv=Ip+△ Iv Iw=Iw 二、 SS4 改型三相異步劈相機啟動 SS4 改型三相異步劈相機采用的是電阻分相起動的方式。劈相機的運轉與停止通過其相應的接觸器 201KM 控制。劈相機是單相電動機與三相發(fā)電機的組合，啟動時必須在第二電動相繞組與發(fā)電相繞組之間接入起動電阻 263R 進行分相 起 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 12 動，起動電阻的接通與開斷由接觸器 213KM來執(zhí)行。由劈相機起動繼電器 283AK監(jiān)測起動過程并控制起動電阻回路的開斷， 283AK 的工作電源（ DC110V）從導線 531 經(jīng)過 533KT 常開聯(lián)鎖由導線 281 引入。當按下劈相機按鍵開關后，接觸器 213KM 閉合，起動電阻投入， 201KM 閉合，劈相機開始啟動，這時劈相機啟動繼電器監(jiān)測劈相機發(fā)電相電壓（由導線 27 280 引入）來間接反映劈相機的轉速：當劈相機轉速達到約 ，也即 283AK 測得其發(fā)電相電壓接近于比較電壓（額定網(wǎng)壓下，該電壓值為 220V，由導線 20 206 引入）時， 283AK 動作，其常開聯(lián)鎖閉合，導線 56 568 連通，則劈相機啟動中間繼電器 566KA 得電，使 213KM 及劈相機起動延時時間繼電器 533KT 失電， 213KM 主觸頭打開，開斷了起動電阻（ 263R）回路，劈相機起動完成。同時， 533KT 常開聯(lián)鎖開斷了導線 531 與 281 通路，使 283AK 失去工作電源處于閉置狀態(tài)。劈相機啟動電阻有三個抽頭，即備有兩組，當一組燒損可換另一組使用，此時只需把導線 232換接至另一抽頭即可。 三、 SS4 改型三相異步劈相機電壓對稱性 劈相機接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。在感性負載情況下，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，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。 劈相機輸出三相電壓 的不對稱，將直接影響輔助電動機的正常運行，嚴重的三相電壓不對稱還將引起輔助電動機個別繞組過熱而燒損，直接影響電力機車的正常工作。 （ 1）劈相機定子繞組采用三相不對稱繞組 根據(jù)輸出負載的要求，相應地提高或降低某些相的電勢，是改善劈相機在額定 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 13 負載時三相電壓對稱性的主要方法。為此，劈相機的定子三相繞組匝數(shù)和空間相隔的電角度均應根據(jù)需要確定，其繞組選擇的定性規(guī)律是：一方面要增加發(fā)電相W 相的匝數(shù)，另一方面要減少電動相 V 的匝數(shù)。 采用這種方法只能保證劈相機在額定負載、額定電壓 下三相電壓的對稱性。但劈相機懂得點負載是隨機車運行工況而改變的，當負載變動以及單相電源電壓在270— 460V 范圍內波動時，劈相機的三相端電壓也要隨之變化，這將直接影響其三相電壓的對稱性。 （ 2）在負載側的 U 和 W 端子上并聯(lián)電容器 劈相機的負載是三鄉(xiāng)異步電動機群，因機車運行工況的改變電動機投入臺數(shù)也不同，這就要求劈相機輸出功率和功率因素隨投入電動機數(shù)的差異而有所不同。為了適應實際要求，在負載側的 U、 W 端子并聯(lián)一些電容器和電感元件，以擴展劈相機的容量，通過這些元件向負載提供 W 相電流。由它們輔助劈相機相負載提供 電流。 負載并聯(lián)電容后可減小流過劈相機 W 相的電流，從而降低劈相機三相電壓的不對稱度。只要隨著負載的增減相應地增減并聯(lián)電容的數(shù)量，就能保證劈相機負載變化時的三相電壓對稱性。并聯(lián)電容后可使發(fā)電相電流 Iw 相位超前，有利于提高劈相機的功率因數(shù)。 SS4 改型電力機車在牽引工況下，可視為在劈相機的 U1 和 W1 端子間接有 4個 12Kvar、 138μ F 的電容器，以保證機車輔助系統(tǒng)中輸出三相線電壓的不對稱度在單相電源電壓為 270— 460V 范圍內不超過“機車車輛用三相異步電動機基本技術條件”中的規(guī)定。由于電動機并聯(lián)電容后 ，會在合閘瞬間產(chǎn)生較大的合閘電流，因此對頻繁啟動的壓縮機電動機沒有并聯(lián)電容器。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 14 四、電力機車輔助電路的控制電路 SS4 改型三相異步劈相機控制分析 所有輔機的控制電源由 605QA 自動開關提供。劈相機的控制是完成其它輔機的先決條件。 SS4 改型機車的劈相機控制有手動控制和自動控制兩種方式，它是通過方式選擇開關 591QS 進行選擇的。當 591QS 打在“ 0”時，既為手動位，當591 打在“ 1”位，即為自動位。 1)手動控制 按下“劈相機”按鍵開關 404SK，導線 506 經(jīng) 404SK 與 591QS，使導線 564有電，劈相機中間繼電器 567KA 得電動作，其常開點閉合。導線 560 經(jīng) 567KA的常開點，使導線 561 有電。它分成幾支路：第一條支路，導線 61 經(jīng)劈相機啟動中間繼電器 566KA 的常閉接點，使分相接觸器 213KM 和劈相機啟動延時繼電器 533KT 得電動作，為劈相機的接觸器 201KM 閉合做好了準備，第二條支路，導線 561 經(jīng) 213KM 的輔助接點使導線 571 有電，經(jīng)劈相機故障隔離開關 242QS以及劈相機輔助保護接點 215EF，使 201KM 得電動作，劈相機的主回路構通，開始啟動，若啟動正常，則劈相機的啟動繼電 器 283AK 動作，其常開點閉合；第三條支路，導線 561 經(jīng) 283AK 使導線 568 有電，劈相機啟動中間繼電器 266KA得電動作，其常閉點打開，切斷 213KM 和 533KT 的供電回路，甩掉劈相機啟動電阻，使劈相機進入正常工作狀態(tài)，同時， 566KA 的常開點閉合；第四條支路，導線 561 經(jīng) 215EF 和 566KA 的常開點，使 566KA 繼續(xù)得電自瑣；第五條支路，導線 561 經(jīng) 533KT 的常閉點，使導線 577 有電，為其他輔機正常工作作好準備。至此，劈相機的控制順利完成。這是單節(jié)車 的情況，當兩節(jié)車重聯(lián)時，通過重聯(lián)線 N564 使另一 節(jié)車的 567KA 得電動作。啟動另一節(jié)車的劈相機過程與單節(jié)車相同。 2)自動控制 所謂自動控制是指司機靠做主斷路器和閘后，劈相機自動啟動，無需人為操作劈相機以及其他輔機的按鍵開關。這一功能主要用于機車過分相區(qū)時，減少司機的操作步驟。當主短路器閉合后，其輔機連鎖的常閉點打開，導線 565 失電，劈 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 15 相機自起延時繼電器 528KT 失電，延時 1s 后其常閉點閉合。導線 562 經(jīng) 591QS和 528KT 的常閉點，使 567KA 得電動作。劈相機開始啟動。以后的過程與手動完全一樣，不在復述。 3）劈相機故障時的控制 若劈相機故障 ，則將 242QS 打到“ 2”位，也就是通風機 1 代替劈相機，此時，通風機 1 通過分相電容啟動后代替劈相機的功能，使其它輔機依舊能正常工作。具體控制過程如下： ⒈將 242QS 打到“ 2”位； ⒉將 296QS 打到電容位隨后的操作過程與啟動劈相機相似。即首先按下404SK、 567KA 得電動作。導線 560 經(jīng) 567KA 使導線 561 有電。第一路，導線561 經(jīng) 566KA，使 213KM 和 533KT 得電，啟動電容接入；第二路，導線 561 經(jīng)213KM、 242QS，使導線 695 有電，經(jīng)通風機 1 的輔機保護接點 219EF，使通風機 1 的接觸器 205KM 得電動作并自鎖，通風機 1 開始啟動，當其發(fā)電機電壓達到 283AK 的整定值時， 283 動作。第三路，導線 561 經(jīng) 583AK 使 566KA 得電動作，并通過其本身的常開點自鎖；第四路，導線 561 經(jīng) 566KA 的常閉點切除，213KM 和 533KT 的供電回路，甩掉通風機 1 的啟動電容，使通風機 1 進入正常工作狀態(tài)；第五路，導線 561 經(jīng) 533KT，使導線 577 有電，為其他輔機正常工作作好準備。 以上介紹的是 198 號以前的 SS4 改型機車的劈相機控制電路，自 199 號機車開始，增加了一個時間繼電器 527KT。其作用 是當劈相機啟動時， 583AK 動作，566AK 常閉打開，用 527KT 的常開點短接 566KA 的一組常閉接點 561 與 571，讓 533KT 和 213KM繼續(xù)得電，延時 1s后， 527KT的常閉點打開， 533KT 和 213KM失電。分相啟動電阻或分相啟動電容推出輔助回路，這樣分相啟動電阻或分相啟動電容比原由的電路多了 1s 的工作時間 ,進一步改善了劈相機的啟動性能。 4）使用庫用電源 a）庫內三相電源 一般在機務段內不起劈相機 ,直接啟動輔助機時使用 .把庫內三相電源接到庫用插座 594XS 的 20 20 209 三 點上 ,通過 235QS 及導線