电力机车电机第5章 交流辅助电机
铁路机车车辆第五章电力机车
机车的最高速度220420/012k/21m／h。
铁路机车车辆第五章电力机车
•韶山9型干线客运电力机车，代号SS9。以成熟的韶山 型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车 先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机 车。机车功率持续20204/182/201 0kW，最大速度铁1路7机车0车k辆m第五/章h电。力机车
2020/12/21
铁路机车车辆第五章电力机车
•(二)电力机车类型及功率 • 我国电力机车发展也有50年的历史了，取得了很大成就。 特别是经过20世纪80年代6K、6G、8K、8G型(其中6、8表 示机车轴数，K表示采用可控硅二极管整流装置，G表示采 用硅二极管整流装置)等国外电力机车进口、消化吸收和自 主开发，我国开发了一系列较高水平的电力机车，电力机车 发展进入换代期，形成产品的多机系列，如SS4～SS9及其 派生型SS4改、SS4B、SS6B、SS4C、SS7B、SS7C型等。 我国自主研制了准高速SS8型电力机车，自行开发了16位微 机控制系统和故障诊断系统，SS8型电力机车运行试验中创 下了时速240 km的“中国第一速”。 • 电力机车轴列式与内燃机车轴列式的表示方法基本相同。 电力机车的每根轮轴上均装有一台牵引电动机单独驱动。 • 我国铁路部分电力机车的类型及主要性能技术参数见表 9—1。
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铁路机车车辆第五章电力机车
•直流电力机车工作原理
• 直流电力机车是最简单的一种电力机车，采用直流电 源和直流串励牵引电动机。现在主要用于各种工矿电力 机车、地铁电动车组和城市无轨电车。
•图示为一般工矿用直流电力机车结构示意图。
•M
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3
D
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HXN5辅助电源系统
RMA、RMB、RMC整流器模块
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2、工作原理 AA的励磁供电绕组输出三相交流电，在柴油机第8手柄位时其达 到67VAC的最大线电压。该交流电被施加到TAC的输入端。在智能显 示器3的控制下，TAC将交流电转换为直流电，并控制直流输出电流 的大小。通常，TAC输出的直流电流直接送给TA的励碰绕组，但在 必要情况下也可以由TAP加以短路。只有在TA的励磁绕组获得TAC的 直流供电情况下，牵引发电机才能为ES59ACi型机车的牵引系统提供 电源使其正常运转。如果牵引系统出现故障，需要保护牵引发电机免 受损坏，这时，智能显示器3可以通过使TAC断电来使牵引发电机停 止工作。智能显示器3可以自动完成这项工作，也可以通过操作人员 或维修人员的控制来完成这项操作，从而确保人员和设备的安全。使 TAC关断的另一种方法是将柴油机控制开关置于“隔离”（ ISOLATE）或起动（START）位。 如果TA的输出端出现异常，并有可能损坏整个发电机，这时TAP 将开始工作，它会给TAC的输出端提供一内部短路通道，这样，TA 的励磁绕组便没有电流流过。
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部件位置 作为5GMG201E1的一个集成部件，AA位于机车的交 流发电机间内，它搭接在柴油机后部的牵引发电机上，其 转子与曲轴相连。图中箭头所指处为5GMG201E1的AA部 分，在这里其与TA左侧相连。
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功能
辅助发电机（AA）将柴 油机曲轴旋转运动发出的部 分机械能转换为电能。辅助 发电机有三个完全独立的三 相交流电输出，它们分别产 生于三个不同的输出绕组。 图2所示为GE示意图中用于 AA代表符号，图中显示了它 的励磁磁场绕组和三个输出 绕组，即励磁供电绕阻、辅 助电动机供电绕组、蓄电池辅助发电机有三个输出绕组，其中一个为励磁供电绕组。它提供交 流电源，该电源被转换为直流电后提供给牵引发电机（TA）和辅助发 电机（AA）的励磁绕组。图5给出交流发电机的励磁电路。 AA的励磁供电绕组给两个独立的电路供电。如图5所示，上边的电 路给辅助发电机提供励磁，下边的电路给牵引发电机提供励磁。下面对 这两部分分别加以介绍。
第五章 交直电力机车辅助电路
§5.1 辅助电路的电源电路
用途：异步电机驱动风机（冷却Ld、主变压器散热器、整流、牵 引电机、制动电阻等）、油泵（主变压器）、压缩机（空气 制动、受电弓、其他气动机）等。 ②单相交流电源：
s1 n1 n n1
同普通三相异步电动机，值很小（约为0.02～0.03）。 负序旋转磁场:对转子相对转差率s2为
s 2 2 s1
§5.1 辅助电路的电源电路
转子几乎2n速度切割负序磁场→感应约2f（网频）的e和i， 此i产生的磁场抵消负序磁场→气隙只存在正序旋转磁场→切 割定子绕组oa、ob、oc→感应电势Eoa、Eob、Eoc三相电势。则 是一台三相发电机，可供给三相负载。 （3）三 c
.
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A
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A
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Ua
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A
A
(a) 图5-2
(b) 劈相机并电容接线图及矢量图
§5.1 辅助电路的电源电路 二、劈相机并联电容的确定
劈相机负载随辅助机械工作的不同而变，则分相电容值也 随负载而变。
设a、b间并电容C，如图5-3所示。电压电流参考方向中 ，电源和电容电流方向与前述相反，目的便于绘制矢量图。 IH为负载电流，ICK为分相电容电流。 c
5.3第五章第三节机车交流辅助传动系统电机设计
第五章辅助电机的设计第三节 机车交流辅助传动系统电机的设计机车辅助传动系统的作用内燃机车辅助传动系统的作用：保障柴油机、牵引电动机、牵引电器正常的工作环境及工作条件，带走他们工作过程中产生的热量，提供其工作所需的风压、机油和燃油等及向控制系统提供电源，起动柴油机及给牵引发电机提供励磁。
电力机车辅助传动系统的作用：保障变压器、牵引电动机、牵引电器正常的工作环境及工作条件，带走他们工作过程中产生的热量，提供其工作所需的风压及向控制系统提供电源。
机车辅助传动系统的组成首先介绍一下传统的机车辅助传动系统的构成，对于内燃机车和电力机车分别如下：对于传统的内燃机车，其辅助传动系统主要包括由机械传动、静液压传动和由直流电动机直接驱动三种形式组成。
由辅助传动装置传递动力的辅助设备，有励磁机、启动发电机、前后通风机、测速发电机、冷却风扇及由直流电动机直接驱动的空气压缩机、机油泵、燃油泵等。
以东风 为例，其辅助传动装置的组成如下：在柴油机输出端，由柴油机曲轴经牵引发电机转子轴和弹性法兰、万向轴与起动变速箱相连。
起动变速箱共有两个输出轴分成四个输出端；经两个弹性套柱联轴器分别带动起动发电机和励磁机；经尼龙绳联轴器带动通风机；经三角皮带带动测速发电机。
在柴油机自由端，由柴油机曲轴经传动轴直接带动静液压变速箱。
通过静液压变速箱两测输出轴的内花键，直接带动静液压泵，然后由静液压系统管路将泵打出的高压油输送给静液压马达，直接带动冷却风扇。
静液压变速箱中间轴下部的输出轴，经尼龙绳连接轴带动后通风机。
我国目前电力机车上的辅助电源大多数仍为旋转式的劈相机。
劈相机的电动相绕组（ 相、 相绕组）连接到主变压器辅助绕组的次边，发电相绕组（ 相）则与负载相连。
三相负载的 相电流和 相电流直接从单相电网获得， 相电流则通过异步劈相机获得。
劈相机将单相电源劈成三相电源，供给机车辅助电路的所有三相异步辅助电动机。
在电力机车上，除了辅助压缩机组电动机为直流电动机外，所有辅助电动机均为三相异步电动机。
《电力机车电机》教学大纲
《电力机车电机》课程学年实施性教学大纲一、课程任务本课程是电力机车专业的一门专业基础课程。
本课程的任务是：使学生具备本专业高素质劳动者和中初级专门人才所必需的电机的基本知识和基本技能，为学生学习专业知识和职业技能，提高全面素质，增强适应职业变化的能力和继续学习的能力打下一定的基础。
本课程的教学目标是：使学生具备本专业必需的电机的基本知识和基本技能，培养学生理论联系实际，初步形成分析问题和解决问题的能力，为学习专业知识和职业技能打下基础，并注重渗透职业道德教育，逐步培养学生的辨证思维能力，增强学生的自我学习意识。
（一）知识教学目标通过本课程的学习，应使学生达到下列要求：1、掌握直流电机、变压器、异步电动机的基本知识。
2、掌握牵引电动机的工作原理、特性、技术参数及结构。
3、理解直流、脉流牵引电动机的运行及换向问题的分析方法。
4、掌握牵引电动机的试验、运用、维护、常见故障的分析处理。
5、掌握主变压器、平波电抗器的工作原理、技术参数及结构、运用、维护、常见故障的分析处理的一般方法。
6、明确异步劈相机及辅助电机的工作原理、结构、运用、维护、常见故障的分析处理的一般方法。
（二）能力培养目标1、初步掌握牵引电动机的常见故障的分析处理及检修的一般方法。
2、初步掌握异步劈相机及辅助电机的维护、常见故障的一般处理方法。
3、掌握电机实验的方法，具备正确选择、使用与实验相关的仪器设备及工具的能力。
二、教学内容和要求（一）理论教学部分课题一绪论1、掌握电机的作用及分类。
2、了解牵引电机的发展概况。
课题二直流电机基本知识1、直流电机的工作原理和基本结构掌握直流发电机的发电原理和直流电动机的转动原理，理解换向器在直流发电机和直流电动机中的作用；掌握直流电机的用途和基本结构；了解直流电机励磁方式的分类；理解直流电机的型号、额定值的含义。
2、理解电枢反应的含义，掌握电枢反应的结果。
3、掌握直流电机电枢电动势和电磁转矩的表达式。
4、了解直流电机影响换向的原因，掌握改善换向的方法。
关于电力机车辅助电源系统的解析
关于电力机车辅助电源系统的解析电力机车辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，是提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等。
机车辅助电源系统由三相交流辅助电源和直流电源系统组成。
早期的电力机车三相交流辅助电源装置采用旋转劈相机方式，这种电源装置体积大、重量重、响应性差、效率低、噪声大，故障率高，需经常检查、维修。
随着电力电子和开关器件的发展，采用igbt的新型辅助逆变系统正在替代传统的劈相机三相交流系统。
辅助逆变系统不仅为机车各辅助电机提供对称三相电源，同时可满足辅助电机软启动、软制动，不受电网波动影响。
为防止因辅助供电设备故障而影响机车正常运行，辅助逆变系统同时设置各种故障保护及冗余功能。
机车直流电源系统主要由整流装置、蓄电池组成，为机车的控制系统及照明系统等提供所需直流电源，为蓄电池充电，在升弓前或高压设备、牵引变压器故障时，由蓄电池给上述设备供电。
2 三相交流辅助电源系统该系统多采用辅助变流器生成三相交流电压为机车辅助电气设备供电。
辅助变流器根据输入侧的不同将主电路可分为交一直一交型和直一交型；根据输出的不同，可分为恒压恒频(cvcf)逆变器和变压变频(vvvf)逆变器。
在机车上，除了提供恒压恒频的辅助变流器，为节约能耗、降低通风机噪声，按照不同状态下设备所需要的功率来涮节电压和频率的vvvf辅助变流器。
通常，在同一种车型上的cvcf逆变器和vvvf 逆变器硬件结构相同，仅控制方式不同。
下面分别探讨交一直一交型和直一交型辅助变流器的实现方案。
2．1 交一直一交型辅助变流器交一直一交型辅助变流器是南牵引变压器辅助绕组供电，与牵引变流器相同，一般由网侧变流器、中间直流环节、三相逆变器3部分组成。
由于接触网电压的波动较大，因此，交一直一交型辅助变流器输入的单相交流电也有较大的波动，为了获得稳定的中间直流环节电压，辅助变流器的网侧必须采用可控整流电路。
电力机车运输与检修——机车辅助电路
电源的脉动小，调节速度
快
L1
L2
D1
D2
Cd1
Cd2
D4 整流器
输入波滤
逆变
高频变
压器
整流
开关电源辅助电源
输出 滤波器
蓄电池组
DC110V
３、交流辅助电源
① 机车上的除辅助压缩机 采用直流驱动外，其它 辅助系统都用三相鼠笼 电动机来驱动。辅助交 流电路有三类。
② 电容分相起动（８Ｇ）
电机单相供电
特点：过载能力强，便宜， 输出电压只在一网压下 对称。辅助电机容量大。
➢ Ｙ型劈相机
原理：起动后，负序磁场 被削弱，气隙中只有正 序磁场，在三相绕组中 感应三相电势。
380V
D1 电动绕组
R
O
发电绕组 S1
Rs起动
D2
电阻
D3
S2 C补偿 电容
Y型劈相机
３、交流辅助电源(续２)
➢ Ｔ型劈相机
原理：两个绕组空间相差
90度，匝数比为:
U
n
Z
W
25kV
N zw : NUV 3 :1
因此，得到如图的三 相感应电势相量图．
V W
uWv
uuW
U
V
uvU
T型劈相机及电压向量图
３、交流辅助电源(续２)
③ 三相静止逆变器
L1
特点：三相电压和电流完 全对称，辅助电机容量 小；可以实现软起动和 变负载运行，减少冲击、 噪声和能耗。
第六节 机车辅助电路
１、机车辅助电路分类
① 直流辅助电路 供车上电器控制和电子控制的直流电源。 ① 交流辅助电路 供车上空压机、通风机、油泵电机、空调的三相交流电
电力机车电机 PPT课件(共5单元)项目三交流电机基础
任务四三相异步电动
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
一、三相异步电动机的启动
1.小容量电动机空载或轻载启动--直接启动 2.中、大容量电动机空载或轻载启动--降压启动 3.小容量电动机重载启动--鼠笼电机的特殊型式 4.中、大容量电动机重载启动--绕线电动机启动
3.变频调速
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
三、三相异步电动机的反转和制动
1.反转
三相异步电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转 方向，并且两者的方向相同。只要改变旋转磁场的方向，就 能使三相异步电动机反转。因此，将三相接线端中的任意两 相接线端对调，改变相序，就改变了旋转磁场的方向，从而 使三相异步电动机反转。
任务一 异步电动机的基本结构
二、交流绕组概述
2.交流绕组的基本要求 三相异步电动机交流绕组的形式多种多样，具体要求如下： (1) 在一定的导体数下，绕组的合成电动势和磁势在波形上应 尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用铜 量要省。 (2) 对三相绕组，各相的电动势和磁势要求对称而各相的电阻 和电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝 数都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差120°电角度。 (3) 绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。 (4) 制造、安装、检修要方便。
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
二、三相异步电动机的调速
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
二、三相异步电动机的调速
1.变极调速
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
二、三相异步电动机的调速
2.变转差率调速
任务四三相异步电动机的启动、反转、 调速和制动
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相异步电动机供电。图5.13所示为异步劈相机工作原
理线路图。
一、异步劈相机的空载工况 二、异步劈相机的负载工况 三、异步劈相机的起动及三相电压对称性调整 1. 异步劈相机的起动方法 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
2. 异步劈相机三相电压不对称的原因 3. 三相电压不对称调整的方法
磁场只是脉动而不旋转，因此单相异步电动机的转子如果
原来静止不动，则在脉动磁场作用下，转子导体与磁场之 间没有相对运动，不会产生感应电势和电流，也就不存在 电磁力的作用，则转子仍然静止不动。就是说：单相异步 电动机（一个定子绕组）没有起动转矩，不能自行起动。
三、单相异步电动机的分类和起动方法
1. 单相电容起动电动机
可将其分为以下几类：压缩机组是用来产生供机车与列车制
动装置及气动器件所使用的压缩空气；牵引通风机组（即离 心式风机及其驱动电机）用于冷却牵引电动机、主变流装置 及平波电抗器；制动电阻通风机组用来冷却制动电阻；变压 器通风机（即轴流式风机及其驱动电机）用来冷却主变压器
油冷却器；变压器潜油泵(即潜油泵及其驱动电机的组合体)
1. JT61-2LA型主变压器单极轴流风机电动机
2. Y100L-2型硅整流装置轴流风机电动机
一、HXD3型电力机车的辅助机组
1. 牵引通风机组 2. 复合冷却器通风机组
1）复合冷却器通风机组电动机
2）复合冷却器通风机组电动机主要技术参数 3）复合冷却器通风机组电动机主要结构 3. 空气压缩机组
二、HXD3C型电力机车的辅助机组
1. 牵引通风机组 1）性能及参数 2）构 造
2. 复合冷却器通风机组
复合冷却器通风机组安装在机械室内，用来冷却HXD3C型电力 机车主变压器和主变流器。其风路为：冷却风从顶盖的通风 窗处进入，再送入通风机中，然后由通风机通过通风道送出 冷却风对复合冷却器进行冷却，最后排到大气中。
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
一、SS9型电力机车的辅助电机的种类及额定参数
二、SS9型电力机车辅助电机的结构特点
1. 劈相机
2. 牵引通风机组
3. 制动电阻通风机组 4. 变压器通风机 5. 变压器潜油泵 6. 空气压缩机组
7. 辅助压缩机组
三、SS4G型电力机车的辅助电机
因此在家用电器（电扇、洗衣机、电冰箱、空调器等）及
轻工业装置上得到了广泛的应用。与同容量的三相异步电 动机比较，单相异步电动机的体积大，运行性能较差，效 率较低。因此，单相异步电动机只做成小容量的，从几瓦 到几百瓦。
一、单相异步电动机的结构
二、单相异步电动机的工作原理 在单相定子绕组中通入单相交流电，产生脉动磁场。由于
第五章
交流辅助电机
电力机车辅助电路系统是采用单相交流电转变成三相交 流电供异步电动机工作的方式，由旋转式异步劈相机或 逆变器实现单-三相交流的转换。主要辅助机械均由三相
异步电动机拖动（升弓辅助压缩机组除外）。
一、电力机车中交流辅助电机的类别
对于SS9、SS4G型电力机车，使用着各种用途的辅助电动机，
2. 单相电容运转电动机 3. 单相电阻起动电动机 4. 单相双值电容电动机
四、单相异步电动机的调速与反转 1. 调 速 1）串电抗器调速 2）电动机绕组抽头调速
2. 反 转
异步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-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，向辅助热能力。
二、电力机车中交流辅助电机的作用及工作特点
电力机车上工作的辅助电动机与一般场合下使用的三相异
步电动机相比较，其工作条件是比较恶劣的。
单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交 流电机。它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方 便等优点及可以直接在单相220 V交流电源上使用的特点，