电力机车劈相机工作原理模拟实验设计

李作奇

摘  要：劈相机是电力机车重要的电气设备，其工作原理是教学的重点和难点，如能通过实验进行教学，则会有助于提高教学效果。但是如果在学校实训室内使用大功率的劈相机进行启动和运行实验，不仅设备投资大，能耗高，而且会对供电设备产生很大的电流冲击，不利于供电设备的安全运行。如果使用一台小容量的三相异步电动机来模拟大功率劈相机进行启动和运行实验，不仅能减少设备投资，降低能耗，而且运行安全可靠，可以达到良好的实验效果。

关键词：劈相机  工作原理  模拟试验

中图分类号：U264   文献标识码：A           文章编号：1672-3791（2019）05（c）-0045-02

1  电力机车劈相机作用

为确保电力机车主电路的正常工作，电力机车上安装有牵引电机通风机、空气压缩机、制动电阻冷却风机等一些辅助设备。这些辅助设备均采用了结构简单、运行可靠、造价低的三相异步电动机进行驱动。三相异步电动机需要电力机车提供三相电源，但是向电力机车供电的接触网是单相交流电，不可以直接驱动这些辅助电机工作，因此需要借助劈相机将接触网提供的单相交流电转变为这些辅机需要的三相交流电。

2  电力机车劈相机工作原理

电力机车劈相机工作原理如图1所示。劈相机可以看成是一台单相异步电动机和三相异步发电机的结合体。当电动相绕组接到单相电源上时，在这两相绕组中产生一个单相脉振磁场，这个单相脉振磁场可以分解为两个大小相等、方向相反的旋转磁场，在这两个旋转磁场的作用下，单相异步电动机会产生两个大小相等、方向相反的转矩，合成转矩为零。因此单相异步电动机不能自行启动，必须采用一定的启动方式使电机转动起来。对于单相异步电动机而言，向空间上有一定角度差的两相绕组中通入时间上有一定相位差的两相电流，则电机的内部会产生一个旋转磁场，在该磁场的作用下，单相异步电动机就可以启动了。劈相机是采用分相启动电阻的方式完成启动的，在劈相机启动前接入启动电阻，当劈相机的转速达到某一数值，再将启动电阻切除，就可完成劈相机的启动。劈相机运转起来后，其旋转磁场切割定子三相绕组，并使它感应出三相电势，于是单相电源被“劈”成三相电源，完成了单相电源向三相电源的转换。

3  电力机车劈相机模拟实验设计

3.1 模拟实验设计目的

通过研究电力機车劈相机的工作原理，熟悉劈相机的启动方法，能正确选择实验电机和电气元件，能正确设计劈相机模拟装置的主电路和控制电路。通过调试使之正确运行，确保装置运行的稳定性和可靠性。

3.2 模拟实验设计注意事项

（1）主电路必须采用交流380V电源，控制电路则要采用交流220V电源。

（2）采用合适的启动电阻。启动电阻过大或过小都会使启动转矩过小，从而造成启动失败。应根据采用的实验电机型号的不同，选取最佳电阻值的启动电阻。

（3）准确控制启动电阻的切除时机。启动电阻切除过早，会造成启动失败，切除过晚又会使劈相机的转矩下降，烧坏启动电阻。正确的切除时机是模拟劈相机转子转速达到同步转速的80%～90%时，此时对应的启动转矩最大。为此，在模拟劈相机转轴上安装离心开关来检测模拟劈相机转速，确保及时切除启动电阻。

（4）模拟劈相机只允许空载启动，即必须先启动模拟劈相机，然后再启动负载电动机。为此，在控制电路中设置有时间继电器，确保模拟劈相机先于负载电动机启动，并且时间继电器的延时时间不得小于模拟劈相机的启动时间。

（5）为保证实验安全，防止电机过热烧损，在两台电机电路中应分别接有热继电器。为防止短路，在主电路和控制电路中应分别接有熔断器。

3.3 模拟实验电路设计

电力机车劈相机工作原理模拟实验设计的主电路和控制电路原理图如图2所示。

3.4 模拟劈相机启动过程

将闸刀开关QS1、QS2闭合，接入电源。按下模拟劈相机启动按钮SB1，接触器KM1线圈得电，KM1主触头闭合，模拟劈相机开始启动，同时KM1常开触头闭合，形成自锁。时间继电器KT1得电，时间继电器开始延时。当模拟劈相机转速达到同步转速90%时，装在模拟劈相机转轴上的离心开关KV动作，切除启动电阻R，模拟劈相机启动完毕。经过延时的时间继电器常开触头KT1闭合，接触器KM2线圈得电，KM2主触头闭合，负载电动机投入工作。当需要结束工作时只需按下停止按钮SB2，接触器KM1、KM2失电，主触头断开，模拟劈相机和负载电动机停止运转。至此，电力机车劈相机工作原理模拟实验结束。

4  结语

通过电力机车劈相机工作原理模拟实验设计，不但使学生深刻理解了劈相机的工作原理，而且锻炼了学生的动手能力。该实验不但节省了教学投资，而且操作简便，达到了良好的教学效果。

参考文献

[1] 张龙.电力机车电机[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[2] 谢家的，祁冠峰.电力机车电器[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[3] 华彤天.电力机车异步劈相机工作原理模拟实验探索[J].无锡职业技术学院学报，2005（4）：48-50.