第十章 异步劈相机
异步劈相机
第十章
第十章 异步劈相机
在单相工频交流电力机车上，为各辅助机组提
供三相交流电源的劈相机是一种将单相电变换成
三相电的特殊电机，其实质是由单相电动机和三
相发电机组合而成的旋转电机。
本章分析异步劈相机的工作原理，讨论异步劈
相机起动、三相电压对称性问题，介绍异步劈相
机的结构特点、额定参数等。
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
一、劈相机的空载工况
pI.
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
pI
.
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
第十章 异步劈相机
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。
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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，这时电机才真正进人劈相
机工况运行。
ICM? IUM? IWM?
?
?
?
?
??
?
??
?
?
??
?
?
?
II
III
III
WW
VPV
UPU
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
一、异步劈相机的起动
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。
分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。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
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
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 IQ?1 滞后电压 UVU?
90° 电角 而流经 VOW相电流 I
Q
?
2
滞后 U
VU
?
?
角（
? ＜ 90° ）。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％一 90％时，借助接触器切除起
动电阻，起动即告完成，劈相机投人空载运行。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
为了保证劈相机的可靠起动，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
（ 2）控制好切除起动电阻的时刻
在劈相机的实际使用时，还应注意以下几点：
（ 1）劈相机只允许空载起动，待劈相机起动完成后，
才能逐个接通电动机负载。
（ 2）劈相机停止工作前应先断开电动机负载。
（ 3）劈相机起动时间不能过长
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
二、异步劈相机三相电压对称性的调整
1．劈相机负载后三相电压不对称的原因
通过前面的分析已知，劈相机负载时其电动相绕组中流过的既有
电动机电流，又有发电机电流；而发电相绕组中只流过发电机电
流，这说明劈相机的定子三相电流是不对称的，不对称电流引起
不对称的阻抗压降。在感性负载招况下，发电机电流引起的阻抗
压降将使绕组的端电压小于感应电势，而电动机电流引起的阻抗
压降使绕组的端电压大于感应电势。因此，如果三相绕组对称，
则三相感应电势是对称的，在劈相机负载后由于三相不对称的阻
抗压降，仍会造成劈相机三相端电压的不对称。
此外，没有被完全抵消的气隙剩余负序磁场，也将在定子三相
绕组中感应出负序电势，这就进一步加剧了三相电压的不对称。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
2．改善劈相机三相电压对称性的措施
（ 1）劈相机定子绕组采用三相不对称绕组
（ 2）在负载侧的 U和 W端子上并联电容器
第十章 异步劈相机
第三节 额定参数及结构特点
一、异步劈相机的额定参数
1．额定功率
2．额定电压
3．额定电流
4．额定功率因数
5．效率
第十章 异步劈相机
第三节 额定参数及结构特点
二、异步劈相机的结构特点
１．定子劈相机的定子由机座、定子铁心和定子绕组等组成
定子采用Ｆ级绝缘绕组嵌线完成后，整个定子应浸渍
５１５２无溶剂漆或 １０３２三聚氰胺醇酸树脂漆两次。
２．转子
劈相机的转子均采用趋肤效应较差的单鼠笼式结构，
而且转子槽形的设计应考虑到在转子导条中负序电流
渗透的有效高度范围内的槽形面积能尽可能大些，通
常采用上宽下窄的倒梨形槽或中字形组合槽
劈相机的定子铁心与转子铁心之间的气隙约在 1ｍｍ左右
第十章 异步劈相机
小结
劈相机本质上是一台本身只输出一相电流的异步电机。劈相
机运行必须解决的核心问题有两个：一是起动问题；二是劈
相机负载后如何保持三相输出电压的对称性问题。
异步劈相机的起动通常采用电阻分相起动的方法，为了保
证劈相机可靠起动和避免在起动过程中产生有害的电磁振动，
必须正确选择起动电阻阻值，并利用起动继电器控制好切除
起动电阻的时刻。
造成劈相机负载后三相输出电压不对称的原因是：定子三
相电流的不对称和定于绕组中
负序电势的存在。为改善劈相机负载后三相输出电压的对称
性，专用劈相机的定子绕组均采
用三相不对称绕组，并在负载侧的 U相和Ｗ相端并联电容
异步劈相机
第十章
第十章 异步劈相机
在单相工频交流电力机车上，为各辅助机组提
供三相交流电源的劈相机是一种将单相电变换成
三相电的特殊电机，其实质是由单相电动机和三
相发电机组合而成的旋转电机。
本章分析异步劈相机的工作原理，讨论异步劈
相机起动、三相电压对称性问题，介绍异步劈相
机的结构特点、额定参数等。
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
一、劈相机的空载工况
pI.
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
pI
.
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
第十章 异步劈相机
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。
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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，这时电机才真正进人劈相
机工况运行。
ICM? IUM? IWM?
?
?
?
?
??
?
??
?
?
??
?
?
?
II
III
III
WW
VPV
UPU
第十章 异步劈相机
第一节 异步劈相机的工作原理
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。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
一、异步劈相机的起动
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。
分相起动法分为电阻分相起动和电容分相起动两种。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
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
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 IQ?1 滞后电压 UVU?
90° 电角 而流经 VOW相电流 I
Q
?
2
滞后 U
VU
?
?
角（
? ＜ 90° ）。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％一 90％时，借助接触器切除起
动电阻，起动即告完成，劈相机投人空载运行。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
为了保证劈相机的可靠起动，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
（ 2）控制好切除起动电阻的时刻
在劈相机的实际使用时，还应注意以下几点：
（ 1）劈相机只允许空载起动，待劈相机起动完成后，
才能逐个接通电动机负载。
（ 2）劈相机停止工作前应先断开电动机负载。
（ 3）劈相机起动时间不能过长
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
二、异步劈相机三相电压对称性的调整
1．劈相机负载后三相电压不对称的原因
通过前面的分析已知，劈相机负载时其电动相绕组中流过的既有
电动机电流，又有发电机电流；而发电相绕组中只流过发电机电
流，这说明劈相机的定子三相电流是不对称的，不对称电流引起
不对称的阻抗压降。在感性负载招况下，发电机电流引起的阻抗
压降将使绕组的端电压小于感应电势，而电动机电流引起的阻抗
压降使绕组的端电压大于感应电势。因此，如果三相绕组对称，
则三相感应电势是对称的，在劈相机负载后由于三相不对称的阻
抗压降，仍会造成劈相机三相端电压的不对称。
此外，没有被完全抵消的气隙剩余负序磁场，也将在定子三相
绕组中感应出负序电势，这就进一步加剧了三相电压的不对称。
第十章 异步劈相机
第二节 起动及电压对称性调整
2．改善劈相机三相电压对称性的措施
（ 1）劈相机定子绕组采用三相不对称绕组
（ 2）在负载侧的 U和 W端子上并联电容器
第十章 异步劈相机
第三节 额定参数及结构特点
一、异步劈相机的额定参数
1．额定功率
2．额定电压
3．额定电流
4．额定功率因数
5．效率
第十章 异步劈相机
第三节 额定参数及结构特点
二、异步劈相机的结构特点
１．定子劈相机的定子由机座、定子铁心和定子绕组等组成
定子采用Ｆ级绝缘绕组嵌线完成后，整个定子应浸渍
５１５２无溶剂漆或 １０３２三聚氰胺醇酸树脂漆两次。
２．转子
劈相机的转子均采用趋肤效应较差的单鼠笼式结构，
而且转子槽形的设计应考虑到在转子导条中负序电流
渗透的有效高度范围内的槽形面积能尽可能大些，通
常采用上宽下窄的倒梨形槽或中字形组合槽
劈相机的定子铁心与转子铁心之间的气隙约在 1ｍｍ左右
第十章 异步劈相机
小结
劈相机本质上是一台本身只输出一相电流的异步电机。劈相
机运行必须解决的核心问题有两个：一是起动问题；二是劈
相机负载后如何保持三相输出电压的对称性问题。
异步劈相机的起动通常采用电阻分相起动的方法，为了保
证劈相机可靠起动和避免在起动过程中产生有害的电磁振动，
必须正确选择起动电阻阻值，并利用起动继电器控制好切除
起动电阻的时刻。
造成劈相机负载后三相输出电压不对称的原因是：定子三
相电流的不对称和定于绕组中
负序电势的存在。为改善劈相机负载后三相输出电压的对称
性，专用劈相机的定子绕组均采
用三相不对称绕组，并在负载侧的 U相和Ｗ相端并联电容
