SS4G型电力机车劈相机电路分析及应急故障处理
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摘 要：铁路运输是我公司的支柱产业，随着铁路重载技术的不断发展。如何实现多拉快跑，创造出更高的经济效益是机务工作的重中之重。但行车安全是铁路运输的永恒主题，货物越拉越重对机车的安全性提出了更高更严的要求。我公司运用的机车基本都是ss4g型电力机车，劈相机是电力机车的心脏部分，它的好坏直接影响到机车的行车安全。而劈相机中的控制电路更是决定了劈相机能否正常工作的核心部分。文章就劈相机工作原理作了分析，在电力机车上的应用、使用中常见故障及处理方法、日常保养作了简要介绍。
关键词：劈相机；劈相机的启动；故障处理
1 劈相机介绍
单相异步劈相机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。因为其经济、结构简单、运行可靠、维修方便等优点和可直接接到220v交流电源上使用的特点，因此被广泛运用到家庭电器及轻工业装置中。
2 劈相机工作原理
异步劈相机和普通的异步电机的结构基本一样，有定子绕组和鼠笼式转子。定子绕组有三绕组Y型和两绕组T型两种结构。T型绕组的主绕组接牵引变压器二次侧辅助绕组的两端，辅绕组则接在主绕组的中点。电机启动之后，辅绕组的电压超前输入的单相电压90°，因而在输出的三端得到三相电压。Y型绕组在国产得韶山系列上运用普遍，下面对Y型定子的异步劈相机进行分析。
如图1所示，Y型的定子绕组的oc、ob端接在牵引变压器二次侧的辅助绕组两端，输出的三个端子接三相负载。在cb端通入单相交流电之后，绕组oc、ob中会产生空间位置不变、大小按正弦规律变化的脉动磁场。若只有绕组oc、ob，在转子启动之后，劈相机则作为一台单相异步电机运行。
所以转子是以接近于2的速度切割负序磁场，因此转子导体中感应出接近2倍频率的电流和电势，因而产生的磁场抵消了负序磁场。在劈相机起动以后，可认为气隙中只有正序旋转磁场存在且切割Y型定子绕组oa、ob、oc而感应出一组三相电Eoa、Eob、Eoc，从a、b、c三个端子来看，劈相机又是一台三相发电机，给三相负载供电。
由上述可见，劈相机的本质是单相异步电机和三相发电机的组合。在劈相机运行中，cob绕组和转子起着单相异步电动机的效果，而从a、b、c端子看oa、ob、oc和转子起着三相发电机的效果。因此，b、c相绕组称为电动相绕组，a相绕组称为发电相绕组。
虽然此劈相机的三相绕组对称，但只有在空载时输出的三相电压才对称，加上电负载后则不对称。虽然负载对称，但劈相机的b、c相绕组中不仅有发电机电流还有电动机电流，会造成不对称电流而导致不对称的压降。当负载为感性时，发电机电流导致的电压降使绕组的端电压小于感应电势，而电动机电流使端电压大于感应电势。从而导致了三相端电压不对称。还有，若负序磁场没有完全抵消，剩余的负序磁场也会在绕组中感应出负序电势，从而使电压的不对称度增加。
由以上分析可知：劈相机实际上就是本身只输出一相电流的异步电机，劈相机工况是三相异步电机在不对称条件下工作的特例。
异步电机成为劈相机的基本条件：（1）电机机械负载不变；（2）
三相电网缺相，使其电流反相输出。
3 劈相机的起动与运行
为了保证辅助电路的正常运行，必须改善劈相机电压不对称的情况。一种方法是采用不对称的绕组，但这种情况只适合恒定的负载，一旦负载改变将不再适用。显然电力机车由于负载的变化，不能采取这种方法。另一种方法是在劈相机的发电相和电源相之间并接一个电容，这样的好处是劈相机发电相绕组的电流减小了，减少了压降，从而使得端电压增大。因此这种方法很适合电力机车，通常电容是在负载上，因负载不同而其大小也不一样。劈相机的起动和单相异步电机一样，接通单相电源时，电动相绕组产生大小相等、转向相反的旋转磁场合成的脉动磁场，所以在转子上产生两个大小相等、转向相反的力矩，因而不能使转子转动。因此，可以采用辅助电动机带动劈相机或者分相起动的方法来打破劈相机的这种平衡。分相起动分为分相电容起动和分相电阻起动，在电力机车上常用分相电阻起动的方法使劈相机起动。下面分析电阻起动的方法。
如图2所示，J是接触器，RQ是起动电阻。劈相机起动的原理如下：
从c相看进去，将劈相机的Y型定子分成两相绕组，分别为cob和coa，均可视为纯电感。但在coa相串联电阻RQ以后，当两相绕组接入单相电源时，coa相电流相对于电源电压的滞后角？酌
当劈相机转子转动以后，在定子三相绕组中会产生三相感应电势为负载供电。劈相机起动完成以后，接触器J会自动断开，以切除起动电阻。
劈相机作为交-直机车辅助电路提供三相交流电源，是辅助电路的核心设备。为了提高辅助电路的可靠性，通常有一台劈相机备用或者一台通风机兼做劈相机使用。
4 劈相机在SS4G电力机车上的使用
SS4G电力机车采用传统劈相机实现“单-三相”供电。劈相机采用分相电阻起动，并由电压继电器监测起动过程和控制起动电阻的切除。SS4G机车采用型号为YPX-280M-4、380V、50kW的劈相机，其参数相对于之前的车型有所调整，起动电流适中、分相起动后切除起动电阻的自起动性能有所改善。
4.1 劈相机的分相起动
如D3所示，劈相机的运转和停止由其相应的接触器210KM控制，而劈相机的起动由接触器213KM将起动电阻263R接入到第二电动相绕组D2和发电相绕组D3之间来完成。劈相机起动由电压继电器283AK进行监测和控制起动电阻回路的开断。
起动劈相机信号发出后，接触器213KM闭合，起动电阻接入电路，电源接触器210KM闭合，劈相机开始起动。起动过程中，当劈相机达到0.9倍额定转速，即283AK测得的发电相电压值将接近额定电压220V时，将使接触器213KM切除起动电阻，劈相机到此起动完成。同时，283AK失去工作电源出于闲置状态。为了提高可靠性，起动电阻有三个抽头，当一组烧毁时可切至另一组，若两组均烧坏，可切到233，改用电容起动。
4.2 通风机的电动机电容分相起动
为了应对劈相机有可能发生故障的情况，专门设置了备用电路。在机车运行中，如果劈相机出现故障，为保证其他辅机继续工作，应切除劈相机，以电容253C对风机电动机3MA直接进行分相起动。此时，3MA既是一台通风机，也是一台劈相机。在电网电压达到19kV以上时，通风机电动机才能分相起动，在电网电压高于22kV时，才能起动其他所有辅助机组。由于SS4G型C车的两节车的辅助电路没有进行重联，因此可以一节车做劈相机电阻分相起动，另一节（劈相机故障状态）做3MA电容分相起动。
4.3 三相负载电路和单相负载电路
4.3.1 三相负载电路
三相负载电路是指机车辅助电机的供电电路。如图4所示的三相负载部分，当劈相机起动完成后，辅助电路导线201、202、203将提供不完全对称电源，此时各辅助机组可依次有间隔的接入负载电路。
SS4G型电力机车的三相负载为：压缩机电动机2MA一台，牵引通风机电动机3MA、4MA两台，制动风机电动机5MA、6MA两台，变压器风机电动机7MA一台，变压器油泵8MA一台。为了改善劈相机供电系统三相电源的对称性，在3MA～5MA电动机的第二、三相绕组间接入了移相电容247C～252C，随着电机的接入而投入使用。各辅助电动机均由其对应的交流接触器203KM～212KM进行通断控制。
SS4G型电力机车辅机电动机的交流接触器采用3TB系列三相交流接触器，因其操作系统是直流控制、结构简单、可靠性高、机械寿命长。控制7MA、8MA的交流接触器211KM、212KM的额定电流为75A，其他的均为170A。
机车上还设置有库用插座294XS和库用转换刀开关235QS，如图库用插座开关部分。当机车处于运行状态时，235QS倒向“运行”位，当机车在库内时，235QS倒向“库用”位，此时有两种库内电源可使用。一般，库内三相电源在段内使用，库内单相电源仅在制造厂或者大修厂库内电源容量大时使用。
4.3.2 单相负载电路
单相负载电路，即指电力机车中辅助电器的负载电路，如图的单相负载部分，负载电路分为380V和220V两类。
5 SS4G电力机车劈相机使用中常见故障及处理方法
5.1 劈相机不起动
5.1.1两节劈相机不起动
故障处理：
（1）检查辅机控制单极自动开关605QA是否跳开，反复开闭
605QA；
（2）将劈相机自起故障隔离开关591QS置“自起”位实验；
（3）更换机车操作端实验；
（4）关闭自动过分相装置主机实验。
5.1.2 一节起动正常，另一节指示灯不亮不起动
故障处理：转换LCU“A/B”实验
5.1.3一节起动正常，另一节指示灯亮不起动
故障处理：
（1）检查劈相机三相自动开关215QA，反复开闭215QA；
（2）转换LCU“A/B”实验；
（3）检查劈相机三相接触器201KM及起动电阻三相接触器
213KM是否正常，201KM故障通风机代替，213KM故障切除该节车维持运行。
5.2 起动电阻甩不开
故障处理：
（1）立即断开劈相机按键开关404SK，重新起动劈相机，待起动后（3s），人为按压劈相机起动继电器283AK；
（2）转换LCU“A/B”实验，仍无效时切除该节车维持运行。
5.3 起动电阻烧损
故障处理：
（1）劈相机故障隔离开关242QS置“1FD”位；
（2）起动电阻转换开关296QS置“电容位”；
（3）技改过的机车将298QS置“下合位”。
注：通风机代替劈相机，劈相机故障隔离开关242QS置“1FD”位，起动电阻转换开关296QS置“电容位”。
6 劈相机日常保养
（1）保持劈相机内外清洁无异物，确保起冷却散热状态良好；
（2）保持劈相机工作环境干燥，定期测量定子绕组绝缘电阻，保证其达标；
（3）定期更换轴承油，保证其油润状态良好；
（4）日常使用中如发现劈相机有异常音时，机车回段整备及时报修。
7 结束语
运用部门在运行中加强机械间的巡视，密切关注劈相机的工作状态，发现异常，及时处理。检修部门充分利用机车回段以及小辅修时间对机车劈相机进行检查，保养，确保劈相机工作状态良好，提高检修水平，减少不必要的故障发生。延长劈相机寿命，降低劈相机发生故障概率，确保铁路运输安全畅通。