SS4改型电力机车劈相机控制电路结构分析
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【摘要】铁路运输是我国经济运行的大动脉，在我国交通体系中占有重要的地位。随着国民经济的迅速发展，我国铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐。铁路的快速发展对铁路行车设备质量和行车安全性提出了更高更严的要求。目前，ss4系列电力机车已成为铁路运输的主要牵引机型，而劈相机又是电力机车辅助电路中的核心部分，保证其可靠工作对机车安全运行至关重要。本文主要论述了劈相机的结构特点、SS4改型机车劈相机控制电路作用原理等内容，供大家参考。
【关键词】劈相机；劈相机启动；劈相机控制
一、引言
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。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。SS4改电力机车劈相机主要是将主变压器辅助绕组A6、X6提供的单相交流电源转变成三相交流电源，为机车上的各辅机提供三相交流电源。
二、异步劈相机的起动
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。异步劈相机的起动方法有辅助电动机起动法和分相起动法两种。辅助电动机起动法是在劈相机的转轴上安装一台辅助电动机，起动时先由辅助电动机带动劈相机转子转动，待劈相机转速达到一定值时，将劈相机投入单相电网，并切除辅助电动机的电源。显然，这种起动方法需要增加设备，而且使劈相机的结构复杂，故一般都不采用。电阻分相起动具有线路简单、设备成本低等优点，因而得到广泛的应用，国产SS系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。
1.劈相机电阻分相起动原理
劈相机电阻分相起动原理线路如图1(a)所示，图中RQ为起动电阻。当劈相机的电动相绕组UV接通单相电源起动时，可以把定子绕组看作是由两相组成：一相是VOU，它直接由单相电源供电；另一相是VOW，它与起动电阻RQ串联后由单相电源供电。这时流经VOU相电流滞后电压90°电角，而流经VOW相电流滞后角(＜90°)，如图2.1(b)所示。这两个时间上有不同相位的起动电流通人在空间彼此相差一定电角度的两相绕组中，所产生的气隙合成磁场是一个旋转磁场，在该磁场的作用下能产生较大的起动转矩，使劈相机的转子转动起来。当转速达到同步转速的80%-90%时，借助接触器切除起动电阻，起动即告完成，劈相机投入空载运行。
2.起动电阻值的选择及切除起动电阻的时刻
由于劈相机烧损故障大部分发生在起动过程中，其主要原因是由于分相起动元件未能合理选择或正常接入。为此，应该解决以下两个问题：
（1）起动电阻值应选择合适，以获得最大的起动转矩
由于起动电阻值的大小对发电相起动电流的幅值和相位影响极大，起动电阻过大或过小都会使两相磁势的合成磁场成为一个幅值变动、非恒速的椭圆形磁场，从而使起动转矩变小。因此，对不同型号的劈相机而言都有一个相应的起动电阻最佳值。
（2）控制好切除起动电阻的时刻
当劈相机的起动转矩达到最大值时，应及时切除起动电阻，起动电阻切除过早或过晚对起动电阻和劈相机都是很不利的。YPX-280M-4型劈相机机械特性如图2所示。
曲线1为起动电阻为0.79Ω时的转矩特性，曲线2为无起动电阻单相通电时的转矩特性。由图可见，该劈相机切除起动电阻的最佳时刻应为转速达到最大转矩所对应的转速为1400 r/min，此时，切除起动电阻，劈相机转矩虽由735 N·m突然降至441N·m，但电磁转矩仍为正的加速转矩，因此劈相机仍能起动起来直至达到额定转速。但是，当劈相机转速低于850 r/min时提前切除起动电阻，则电磁转矩立即由某个正的加速转矩降为负的制动转矩，使劈相机转子迅速减速，相应的定于电流迅速接近堵转电流，而造成劈相机烧损。所以，在劈相机转速低于临界转速（YPX-280M-4型为850 r/min），尚未起动起来而过早切除起动电阻，则会因劈相机起动失败，造成定子绕组流过单相大电流而烧损，这种故障习惯上称为“走单相”。反之，当劈相机转速达到最大转矩对应的转速以后，如不及时切除起动电阻，对劈相机和起动电阻也是不利的。这是因为随着转速的增加，流过起动电阻的发电相电流也随之增加，造成起动电阻过热而烧损或阻值增大；同时负序磁场随发电相电流外的增加而增加，使转子导体中的负序电流增大，转子负序电流与气隙正序磁场相互作用产生100 HZ的交变电磁转矩，使劈相机承受强烈的电磁振动。
为了保证劈相机可靠起动和避免劈相机起动过程中有害的电磁振动，SS系列电力机车上的劈相机是采用专门设计的起动继电器来控制起动电阻的切除时刻。它是根据劈相机在最大起动转矩对应的转速附近发电相电压将会急剧增加的特点，正确利用发电相电压UW与电网电压UVU比值的变化来控制起动继电器的动作，在最大转矩点切除起动电阻，以保证劈相机可靠起动。
三、劈相机的控制
SS4改型电力机车劈相机启动控制电路如图3所示。
1.劈相机手动控制
劈相机手动与自动启动选择开关591-QS(自起劈相机隔离开关)，591QS置于“0”为手动启动位；591QS置于“1”为自动启动位。劈相机隔离开关242QS，“1”位正常工作位(1px)；“2”位故障位(1FD)；“0”位试验位，即机车低压试验及库内三相电源试验置于的位置。
启动前将591QS置于“0”，242QS置于“1PX”位，按下劈相机按键开关404SK。
(1)劈相机中间继电器567KA得电动作。即：导线560经404SK与591QS，使导线564有电，劈相机中间继电器567KA得电。
(2)启动电阻接触器213KM和劈相机延时继电器533KT得电动作，同时延时继电器527KT得电动作。即：导线560经567KA常开联锁使导线561有电，以后分成两条支路：导线561经劈相机启动中间继电器566KA常闭联锁，使213KM和533KT得电动作，同时527KT线圈经566KA常闭联锁得电，527KT常开联锁闭合，为劈相机接触器201KM闭合做好了准备。
(3)启动电阻接触器213KM吸合，接入启动电阻；533KT吸合为283AK提供电源，其常闭联锁断开导线577通路，保证劈相机启动未完成之前，无法启动其他辅机。
(4)劈相机接触器的控制。导线561经213KM的辅助联锁，使导线572有电，经劈相机故障隔离开关242QS使201KM得电并自持，劈相机开始启动。
(5)劈相机启动电阻的切除。若劈相机启动正常，则劈相机的启动继电器283AK动作，其常开联锁闭合；导线561经283AK，使导线568有电，劈相机启动中间继电器566KA得电动作并自持，其常闭联锁打开，527KT线圈失电，延时1S后，527KT联锁打开，切断213KM和533KT的供电电路，甩掉劈相机启动电阻，使劈相机进入正常工作状态。
至此，劈相机的控制顺利完成。这是单节车情况，当两节车重联时，通过重联线N564使另一节车的567KA得电动作。启动另一节车劈相机过程与单节相同。
2.劈相机自动控制
所谓自动控制是指司机操作主断路器合闸后，劈相机自起启动，无需人为操作劈相机以及其他辅助机的按键开关。这一功能主要用于机车过分相区时，减少司机的操作步骤。
(1)自起劈相机电路分析
当主断路器闭合后，4QF联锁打开，导线565失电，劈相机自起延时继电器528KT失电，延时1S后其反联锁闭合，导线562经591QS和528KT反联锁，使567KA得电动作，劈相机开始启动以后的过程与手动控制完全一样
(2)劈相机自起操作
将劈相机隔离开关242QS置于“1”位自起劈相机隔离开关591QS置于“1”位启动电阻转换开关296QS置于电阻位。404SK此时终在闭合位。
3.劈相机故障控制
当劈相机故障时，为保证其他辅机能正常工作，SS4改型电力机车采用第一牵引通风机3MA通过分相电容启动后代替劈相机的功能，但采用电容分相启动时网压不能低于22KV。
(1)将劈相机隔离开关242QS置于“2”位，即故障位。其目的是将283AK监测发电相电压的引入线279和280转接到3MA的第三相上。
(2)将启动电阻转换开关296QS置于253C电容位。
(3)按下404SK，567KA得电动作。导线560经567KA，使导线561有电，导线561经566KA、527KT使213KM和533KT得电，启动电容接入。
a.导线561经213KM、242QS，使导线580有电，通风机1接触器205KM得电动作并自持，通风机1开始启动，当其发电机电压达到283AK的整定值时，283AK动作；
b.导线561经283AK使566KA得电动作并自持，527KT失电；
c.导线561经566TK联锁、527KT的正联锁切除213KM和533T的供电电路，甩掉通风机1的启动电容，使通风机1进入正常工作状态；
d.导线561经533TK使导线577有电，为其他辅机的正常工作做好准备。
四、“低压试验”控制及库内辅助电路三相电源试验
机车“低压试验”时，将242QS打在“0”位(即“试验”位)，闭合按键404SK，则567KA、566KA得电闭合，533KT失电，533TK联锁闭合，577有电，即可进行其他辅机接触器操作试验。但此时劈相机接触器201KM被切断，由此，又可将辅助电路库用插座接上三相380V电压，直接启动压缩机和各通风机，无须启动劈相机。
参考文献
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作者简介：王宗信（1958—），陕西宝鸡人，大学本科，二级实习指导，从事铁路技师机车教学工作。