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?
?
?
?
?
??
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?
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。
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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
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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。
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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
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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
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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
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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