吉 林 铁 道 职 业 技 术 学 院
毕 业 设 计 （论文）
题目：劈 相 机 常 见 故 障 分 析
姓名 ： 闫更民 专业： 铁道机车车辆
职 务： 学 生
学 号： 1 1 0 0 5 0 3 3 5
联系电话： 1 8 6 3 2 5 7 0 2 1 8
设计(论文) 指导教师： 邢湘利
摘 要
随着社会的不断发展，经济的不断增长，人们的运输工具也在不断改
进，然而铁路运输依旧是我国经济运行的大动脉，在我国交通体系中占有重要的地位。近几年来我国铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐。
我国铁路运输开始向电气化的飞速发展, 铁路电力机车日益增多, 而
电力机车上的辅助电机, 尤其是劈相机的可靠起动甚为重要. 铁路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及人们的生命安全。
本文就简要介绍一下劈相机的结构、特点、电力机车控制电路的作用
与工作原理，并结合电力机车劈相机控制电路的结构、起动原理分析一下铁路机车劈相机常见的故障问题。本文简要叙述电力机车劈相机的结构相关知识、特点。从起动方式及其工作原理分析其控制电路的结构；结合劈相机和控制电路分析其控制方法，以及对电力机车劈相机的基本故障以及分析其解决方法。分析SS4G 型电力机车劈相机的故障，再到劈相机的日常保养与维护都做了介绍。
关键词：劈相机；故障；电力机车；启动电阻；
目 录
第一章 劈相机概述 . ........................................................................................... 1
1.1. 劈相机的结构 . ................................................................................... 2
1.2. 劈相机的特点 . ................................................................................... 5
第二章 劈相机的工作原理 . ............................................................................... 6
2.1. 电力机车劈相机 . ................................................................................. 6
2.2. 异步劈相机的工作原理 . ..................................................................... 7
2.3. 劈相机的起动方式 . ............................................................................... 8
2.3.1. 劈相机的负载工况 . ........................................................... 10
2.3.3. 单相电容运行电动机 . .......................................................... 13
2.3.4. 单相电阻起动电动机 . .......................................................... 14
3. 1.劈相机电路故障分析及处理 . ............................................................ 15
3.1.1. 接触器故障分析及处理 . ...................................................... 15
3.1.2. 电器元件误动作 . .................................................................. 16
3.1.3. 劈相机接线错误 . .................................................................. 16
3.1.4. 起动电阻值变大 . .................................................................. 17
3.1.5. 供电电压过低和输入电压严重不对称 . .............................. 17
3.1.6. 劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动 . .............. 18
3.1.7. 劈相机不起动 . ........................................................................ 18
3.2. 劈相机机械故障分析及处理 . ............................................................. 19
3.2.1. 轴承有异音 . .......................................................................... 19
3.2.2. 轴承过热 . .............................................................................. 20
3.2.3. 劈相机有异常噪音或振动过大 . .......................................... 21
3.2.4. 电机升温过高或冒烟 . .......................................................... 22
3.3. 劈相机启动按钮故障现象 . ............................................................... 23
3.3.1 主断即跳的检查处理 . ........................................................... 24
3.3.2. 无任何声音的检查处理 . ...................................................... 24
3.3.3. 无劈相机启动声音的检查处理 . .......................................... 24
3.3.4. 劈相机启动声音异常的检查处理 . ...................................... 25
3.3.5. SS4G 型电力机车劈相机起动电阻烧损的原因分析及改进
措施 . ................................................................................................... 25
3.4劈相机常见故障及处理方法 . ............................................................. 27
第四章 劈相机的保养与维护 . ......................................................................... 29
4.1. 运转前的检查 . ..................................................................................... 29
4.2. 劈相机的启动 . ..................................................................................... 29
4.3. 劈相机的运行与停止 . ......................................................................... 29
结 论 . ................................................................................................................. 30
参 考 文 献 . ..................................................................................................... 31
致 谢 . ................................................................................................................. 32
第一章 劈相机概述
劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机，是异步电动机的
简称。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，它是一种能实现单～三相变换的异步电动机，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。它是电力机车的专用装置。劈相机是由异步电机演变而来，因此它具备异步电机的一系列优点。它的特性又正好和三相异步电动机进行最佳配
合，所以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.
劈相机在国内外电力机车上有多年的运用历史，在当今晶闸管技术相
当发达的变相领域中，劈相机仍能以它独有的经济、可靠、结构简单和节能等显著优点力克群芳，深深吸引从事单相电源变相技术的国、内外专家，在工频60Hz 的新型电力机车上仍广泛采用。劈相机除了在电力机车上的应用外，对一线一地的供电系统，使用劈相机也很有价值。
劈相机不应该是一台三相异步电动机不对称运行工况的延伸，应该是
异步电动机群中和电动机相互作用。每一台已经运行着的电动机均可作为劈相机或者辅助劈相机向其他电动机供电，每一台电动机的工况都是可逆和自然过渡的。
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，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。当然，目前也正逐渐应用于电力机车等行业。
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1.1. 劈相机的结构
劈相机是鼠笼式异步电机中的一种，根据其运行特点需要一种趋肤效
应差的单鼠笼转子，它可以用于一切单相供电有要求使用三相异步电动机的场合，作为单相电网三相负载直接进行相数变幻的装置。鼠笼转子可以是铜条的，也可以是铸铝的。从运行经验看铜条转子不如铸铝的好，铜条易疲劳损坏而使转子端环处断裂，所以寿命不及铸铝的高。其次是转子铁芯两端需要压圈，增加了电机的重量和零部件的数量。铸铝式转子不需要压圈，不可利用端环和和导条把铁芯压得很紧。更主要的是，由于导条、铁芯和端环铸成一体后消除了端环和导条之间的相对运动、转子旋转式的疲劳应力，从根本上解决了端环处导条断裂的问题，因此铸铝结构比铜条式的可靠。劈相机的结构和一般鼠笼式异步电动机的结构相似，主要是由转子和定子两部分组成, 定转子之间有气隙，此外还有端盖、轴承和出线盒等部件。作为专用劈相机轴上是不带任何机械负载的，故该电机无轴伸端。现简单介绍如下：
1）. 定子
劈相机的定子由机座，定子铁芯和定子绕组等组成。定子采用F
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。劈相机定子和异步电动机的相似，由定子绕组、定子铁芯和机座组成。
⑴ 定子绕组 是不对称的三相绕组，由它产生劈相机的旋转磁场。更
主要的是通过它直接把电源变换成三相电源，由它决定劈相机的
主要性能。各相绕组的匝数按性能要求实际决定。
⑵ 绕组线圈 按一定规律依次嵌入定子槽中，并按照一定的接法连接
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起来。容量大的劈相机都采用双层绕组，每一槽内的导线分为上
下两层，中间用绝缘隔开。定子绕组有硬绕组和软绕组两种。低
电压的中小型电机都广泛采用软绕组。总之，劈相机定子绕组成
形、嵌制和结构与一般异步电动机相同。
⑶ 定子铁芯 是劈相机的磁路，它由定子冲片叠压而成，定子采用
0.5mm 的硅钢片，双面涂以硅钢片漆。一般情况，定子铁芯上有两
个绕组：一个称为工作绕组或主绕组，用以产生主磁场和从电源
吸收电功率输入给电机；另外一个称为启动绕组或辅助绕组，用
来起动电动机
⑷压装方式 铁片叠压成铁芯后压入机座的称为外压装式；铁芯冲
片在机座内叠压的称为内压装式。中心高在280mm 以下的电机多
数采用外压装，外压装的工艺可保证定子内圆和机座止口，是一
种较好的铁芯结构。某些较大尺寸的劈相机采用内压装的形式，
尺寸更大的电机可采用扇形冲片在电机内部结成整圆，这种方式
主要可以节省材料，但是内圆需要旋圆。主要作用是固定和支撑
铁芯，装配端盖、轴承和转子，并起保证定、转子和气隙均匀的
作用。目前生产的几种劈相机一般都采用铸铁机座，为了加强散
热能力采用开启式的结构，两侧和下部有通风孔。
2）. 转子
转子是劈相机的旋转部分，也是劈相机变换相数的主要部件。劈相机
旋转起来以后，旋转着的转子对定子负序磁场有很强的阻尼作用，气隙中
负序磁场的大小与转子负序阻抗成比列，转子绕组中的负序电流有双倍电
源的频率，因此趋肤效应很强。劈相机的鼠笼转子以单鼠笼为佳，转子槽
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形设计时要考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高度范围内，槽形面
积尽可能要求要大。劈相机的转子均采用轴肤效应较差的单鼠笼式结
构，而转子槽型的设计应考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高
度范围内的槽型面积能尽可能大些，通常采用上宽下窄的倒梨型槽或
中字形组合槽，劈相机的定子铁芯与转子铁芯之间气隙约在1mm 左右。
3）. 气隙
定子铁芯与转子铁芯之间的气隙时很小的，气隙大小根据劈相机容量
而定，目前生产的集中劈相机气隙在1mm 左右。气隙小不但装配困难、同
心度要求高，而且谐波电流产生的寄生力矩也大。气隙大磁阻就大，需要
的激磁电流也大，为了减小激磁电流，气隙应尽可能小。这两方面的要求
是相互矛盾的，因此劈相机的气隙值要由几方面的因素决定的，比一般同
尺寸的三相
图1-1异步劈相机的主要结构
图1-1异步劈相机的主要结构
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异步电动机要大出15%—25%。异步劈相机的主要结构如图1-1所示：
1.2. 劈相机的特点
⑴ 电压变化范围虽电网电压而变化，适用于电网电压变化较大的电网
系统中，一般将来电压变化范围在0.7～1.2倍额定电压范围内。
⑵ 劈相机过载能力达尤其电动机起动时能提供较大的起动电流。
⑶ 劈相机供电时已经运行的异步电动机能协助劈相机供电给其它正
在起动的电动机。它本身具有劈相机的功能。
⑷ 劈相机只有在额定电压下、额定负载下输出的三相电压才能使对称
的，对每一个电压来讲只有在某一个负载下劈相机才能输出三相对称电压。在其它负载下它的输出时不对称的。
（5） 劈相机除W 相绕组能向三相负载送出电流外，其转轴还可能拖
动功率比较小的机械负载，这种机械负载的功率约为劈相机的10%左右。从这一方面讲劈相机兼有电动机的功能，但是它所拖动的机械应是类似鼓风机那样的软特性机械。否则由于劈相机起动过程中的最小转矩比较小，机械负载的阻力距比较大，而使劈相机无法起动。
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第二章 劈相机的工作原理
2.1. 电力机车劈相机
电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。就针对
于目前SS4改进型电力机车的劈相机而言，SS4改进型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。由于三相负载D 侧的U 相V 相电流可直接从单相电网获得，这样就可以大大减轻劈相机的负担，劈相机只需要向三相负载的W 相提供电流和电能即可。它尤其适用于电动集群的场合，例如在电力机车上，一台劈相机可供电给6～10台电动机在电动机群总容量不变的情况下，台数越多、容量越小越适合。因此，对电气化铁路两侧边远山区中小容量的农机厂也比较适合，更适合用于电力机车和电动车组上。
电动机单相交流电通过电机定子的单相绕组时，产生交变的脉振磁场，
一个脉振磁场可以分解为两个幅值一样，转速相等转向相交的旋转磁场，
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与电机转子的转动方向相同为正序放置磁场，与转子转动方向相反的磁场为负序旋转磁场。劈相机的电动相绕组接到单相交流电源上，在劈相机的空气隙中产生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个磁场在转子导体中感应的电动势和电流的大小相等，方向相反。由此而产生的两个转矩也大小相等，方向相反而互相抵消。起动转矩为零，劈相机不能自行起动。如果转子与正序旋转磁场的相对速度比较小，而转子与负序旋转磁场的相对速度比较大，转子以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使转子导体内感应出近两倍于电网频率的电势和电流，该电流产生的磁场几乎抵消了定子绕组产生的负序磁场。即当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场，它与转子相互作用产生电磁转矩，克服了转子的机械阻力矩及转子负序电流产生的电磁阻力矩，驱使转子沿着正序旋转磁场方向旋转，同时该正序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。在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两相负载直接与单相电源相联，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一相负载则由劈相机的发电相得到供电，所以劈相机是将单相交流电源劈成三相，而本身只输出一相的异步电机。
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。
2.2. 异步劈相机的工作原理
图2—1所示为异步劈相机工作原理线路图。
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2-1异步劈相机工作原理线路图
劈相机的结构与三相鼠笼式异步电动机相似，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不规律嵌放在定子槽内。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。如图2-1所示。
劈相机的实质：是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相机工作状态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作状态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。
2.3. 劈相机的起动方式
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
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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。这两种启动方法具有线路简单，设备成本低等优点，因而得到广泛的应用。
劈相机的电阻分相起动原理线路如图2－3(a)所示，图中RQ 为起动电阻。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I Q 1滞后电压 图2－3劈相机电阻分相起动原理图
(a) 原理线路图；(b)向量图
U VU 90°电角，而流经VOW 相电流I Q 2滞后U VU ϕ角（ϕ＜90°) ，如图2—3(b)所示。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%-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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由于单相异步电动机转子不能自行启动，为了解决启动问题，应设法加大正向磁场，抑制反向磁场，使在启动时电动机气隙中能够形成一个旋转磁场。例如在定子上另装一个空间和时间上与工作绕组都不同相的启动绕组。
根据启动方法或运行方法的不同，单相异步电动机可分为单相电容启动电动机、单相电容运行电动机、单相电阻启动电动机、单相罩极启动电动机等几类，下面介绍单相电容启动电动机、单相电容运行电动机和单相电阻启动电动机的启动方法。
2.3.1. 劈相机的负载工况
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I VM /和I UM 。W 相负载电流I WM 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件，这时电机才真正进人劈相机工况运行。由于专用劈相机的轴上均不带机械负载，故劈相机负载前后的轴输出机械功率是不变的，所以它的气隙正序磁场也应保持不变。但W 相输出电流I W 产生的单相磁势将使气隙磁场发生变化，这就需要从 U相和 V相输人相应的附加电流面ΔI U 和ΔI V ，以保持气隙正序磁场不变，而定子的负序磁场将随着W 相电流I W 的增加而增加，这些新增加的负序磁场同样由转子产生新的负序电流去抵消，仍然保持气隙负序磁场几乎为零的特点。用数学关系式来表示上述两个物理现象，可把劈相机负载时的定子三相电流分解成两组：一组是劈相机空载时，仅在U 、V 相绕组中流过的单相电流，此电流与转子作用产生电磁转矩，以维持转子的继续转动，故称此电流为电动机电流，习惯上将U 、
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V 相绕组称为劈相机的电动相绕组；另一组是劈相机负载后，在三相绕组中重新加人的三相电流和ΔI W ，该电流与转子作用产生电磁阻转矩，相应地将这一组电流称为发电机电流，习惯上将W 相统组称为劈相机的发电相绕组。由此可知，当劈相机负载时，在劈相机的发电相绕组中仅有发电相电流I W I P I Q 1U VU 流过，而在 U、V 电动相绕组中同时存在着电动机电流I P 和发电机电流ΔI U 、ΔI V ，所以劈相机负载后的定子三相电流的关系可写成：
I
I
I ∙U =I ∙P +∆I ∙U ∙V =-=
W I ∙P +∆I ∙ V ∙I ∙W
因此，劈相机无论是空载工况还是负载工况，其定子三相电流都是不对称的，这种三相电流的不对称是劈相机负载后三相电压不对称的重要原因之一，这将直接影响辅助电动机的正常运行。如何在劈相机负载后或负载变化时保持其输出三相电压的对称性，也是劈相机运用中必须解决的核心问题之一。
上述分析表明：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。对于多台异步电动机并联运行的场合，如果电网突然缺相造成三相异步电动机单相运行，那么先运行的电动机便会自动投人劈相机工况来起动后面的
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电动机，当后面的电动机起动完成后，该电机的劈相工况自动结束。根据这个原理SS4改型电力机车的每节内仅设置一台劈相机，另将一台牵引通风机电动机作为先导机，即它不仅是一台通风机。也是一台“劈相机”。在劈相机烧损或控制失灵的故障情况下，作为应急手段，实践证明这种设计是有益的。
2.3.2. 单相电容起动电动机
图2—4单相电容启动电动机的接线原理图
单相电容启动电动机的接线原理图如图2—4所示。装在定子铁芯上的启动绕组Z 1Z 2(又称副绕组) 与工作绕组(又称主绕组) 在空间互差90。电角度。启动绕组Z 1Z 2与电容器C 串联后：通过离心开关或继电器触点s 与工作绕组U 1U 2一起并接到同一电源上。
采用分析三相旋转磁势的方法，可以得到如下结论：向空间位置互差90°电角的两相定子绕组内通人在时间上互差90°的两相电流，产生的磁势也是沿定子内圆旋转的旋转磁势。
适当地选择电容器值，使启动绕组中的电流超前工作绕组中的电流约
90。相角，则在定子内圆气隙中就会产生一个旋转磁势，相应地产生旋转磁场，在该磁场的作用下，能产生较大的启动转矩，使电动机转动起来。
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启动绕组是按照短时运行方式设计的，如果长期通过电流，会因过热而损坏。因此，当电动机的转速达到同步转速的75％～80％时，由离心开关s 把启动绕组从电源断开，电动机便作为单相异步电动机运行。
单相电容启动电动机有较大的启动转矩，但启动电流也较大，适用于各种满载启动的机械，如小型空气压缩机，在部分电冰箱压缩机中也有采用。
2.3.3. 单相电容运行电动机
如果启动绕组不仅供启动用，而且允许长期接在电源上工作，这种电机就称为单相电容运行电动机，如图2—5所示。
图2-5 单相电容运行电机
电容运行电动机实质上是一台两相异步电动机，其两个绕组在空间相隔90。电角度，绕组中的电流也相差约90°相角。单相电容运行电动机的性能有较大的改善，其功率因数、效率及最大转矩都比普通单相异步电动机高。单相电容运行电动机结构简单，使用维护方便，只要任意改变工作绕组(或启动绕组) 的首端、末端与电源的接线，即可改变旋转磁场的转向，使电动机反转这类电动机常用于吊扇、台扇、洗衣机、吸尘器等。
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2.3.4. 单相电阻起动电动机
将图2-6中的电容器换成电阻就构成单相电阻启动电动机，如图2-6所示。这
图2-6单相电阻启动电动机
种电动机的特点是启动绕组Z 1Z 2的导线直径较细，匝数少，又与启动电阻串联，则该支路的总电阻远大于感抗，可近似看作流过绕组中的电流与电源电压同相位；工作绕组U 1U 2的导线直径较粗，匝数较多，则感抗远大于绕组中的直流电阻，可近似看作流过绕组中的电流滞后电源电压约90°电角。
因此，可近似看作启动绕组中的电流与工作绕组中的电流相差90°电角，从而在定子与转子气隙中产生旋转磁场，使转子获得转矩而旋转。这种电动机启动转矩不大，宜于空载启动。
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第三章 劈相机常见故障及分析处理
劈相机本来就一台将单相电源转换成三相电源的机组。当劈相机没有输出时，就是一台单相运行的空载电动机，这样的运行当然是正常的；但是改进型电力机车中受力比较复杂的一种电机，它既要承受大功率电流的负荷，而且又要受到各种扭转力矩的影响，因此在实际工作中它的故障率比其它辅助电机要高一些。从劈相机的故障分析来看主要有两种：一种是电路故障，一种是电机机械故障。
3. 1.劈相机电路故障分析及处理
3.1.1. 接触器故障分析及处理
劈相机通电后，劈相机转子不转，而且无任何反映，初步判断为劈相机接触器没有动作，这时应该拆下劈相机接触器201KM ，检查其触点在通电情况下是否全部闭合良好，如果无任何反应，证明接触器已损坏，应立即更换新的接触器。在机车整备中还有一种情况是按下劈相机按键开关（404SK ）后，劈相机起动信号显示不灭，到机车辅助室就会听到劈相机发出嗡嗡声，观察劈相机转轴不转或转动很慢，用手触摸感觉发热严重，这时应初步判断劈相机“走单相”，应该立刻检查劈相机接触器（201KM ）和起动电阻接触器（213KM ），看看是否还在动作，如果有不动作的状况，应该立刻更换接触器，从而保证劈相机能够正运转。如果接触器没有问题，表明电机内部有故障，用万用表测量该电机三相电阻可查出哪项开路，应立即对电机进行检修。
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3.1.2. 电器元件误动作
控制劈相机的电器元件误动作一般有两种情况，一种是劈相机起动后，从机车的信号显示屏上看，劈相机起动信号显示不灭，机车设置的过流保护延时不能提前动作，劈相机停止工作，表明辅机过流保护提前误动作。这时判断可能是辅机保护插件出现问题，应拔出辅机保护插件，按下劈相机接触器手动按钮，若劈相机能正常起动，则说明劈相机过流保护出现故障应更换保护插件；另一种情况是劈相机起动后，劈相机起动信号显示—熄灭—又显示，劈相机在某一转速下“爬行”或降速至停转，辅机保护动作，初步分析为起动继电器提前误动作，劈相机转速没有达到额定转速的0.9倍，起动继电器就将起动电阻切除，如果劈相机起动后，起动信号显示不灭，劈相机剧烈抖动、电磁噪音大，会看到起动电阻发红或烧断，这说明起动继电器晚动作或者不动作，即起动电阻迟甩或者甩不开，应立即切断电源，否则劈相机会被烧坏，所以应尽快检查和排除起动继电器故障。这时可以人为地按下起动继电器的凸键而让其动作，使常开联锁闭合，使566KA 吸合，切断213KM 线圈电源，甩开起动电阻，若是215EF 常闭联锁故障，则可暂时把该联锁短接维持机车运行，入库处理完后再恢复正常。有时也不排除继电器本身机械故障：如批示件显示不正确或锁钩误动作等。
3.1.3. 劈相机接线错误
如果劈相机任意两根线互换，这都会使劈相机反转。如果劈相机反转，则表明有两根线接反，就应判断为劈相机接线错误，立即打开劈相机接线盒。但有一种特殊情况：当三相接线相互反接时，劈相机转向与正常转向一致，即：劈相机电动第一相V1端子接机车201母线，劈相机电动第二相V1端子接203母线，劈相机发电相W1端子接机车202母线，V 相作为发电
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相与起动电阻连接，由于起动电阻与V 相绕组不匹配，劈相机起动困难，且由于V 相绕组匝数最少，即使劈相机启动起来，由于三相电压严重不对称，使负载电机启动困难，这时劈相机带不动负载，对此我们检修人员也应打开劈相机接线盒，认真检查劈相机联线，并加以更正。
3.1.4. 起动电阻值变大
起动电阻变大会引起劈相机起动困难。起动电阻值变大会使劈相机起动转矩变小，劈相机额定起动电阻值为0.79Ω，如果电阻的制造公差较大，或者由于每次起动时间较长，都会使劈相机起动电阻发烫或烧红，电阻氧化，有效截面积变小，次数多以后，劈相机起动电阻值会逐渐变大，个别会达到0.87Ω，在低网压下使劈相机起动困难，甚至不能起动，这时我们检修人员就应用兆欧表测量劈相机起动电阻值，如果大于0.79Ω，则改用另一组起动电阻，电阻值偏大的劈相机起动电阻须及时更换。而且劈相机电阻也不宜超期使用，避免致使大量电阻内部衰变呈几何型发展。导致劈相机电阻过热并烧损，电阻更换频繁，影响了机车正常运输，浪费了大量人力物力，所以平时应加强对机车劈相机起动电阻的检测和维护。
3.1.5. 供电电压过低和输入电压严重不对称
接触网的供电电压应该在20～29KV 之间在接触网事故供电时电网电压应不低于19KV ，相应辅助绕组的空载电压为301V ，相应劈相机起动时的电压应大于275V ，如果接触网电压更低，低于18KV 时，个别启动就很困了。“吃力”，噪音大，起动时间过长，引起过流保护动作，应检查电压表，观察劈相机输入电压，如果低于270V ，表明网压过低，应立即停止劈相机起动。另一种情况是劈相机噪音大，发热严重，检查电机三相电压，如果低网压时，电压不对称度大于10%，高网压时大于7%，表明电压不对
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称度超标，谐波增大，谐波损耗增加。如果劈相机输入电压在270V 至460V 正常范围内，则应根据劈相机的故障判断处理。
在一般情况下，劈相机连续起动次数应不超过3次，如仍然不能起动，一定要查明原因消除故障：（1）更换起动电阻；（2）检查连线是否接错，方可再行起动劈相机。
3.1.6. 劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动
第一台牵引通风机3MA 的电容分相起动电路是为劈相机发生故障而设的电路，在机车运行中，劈相机一旦发生故障，司机在无法查清原因的情况下，为保证其它辅机继续正常工作，即可切除劈相机，而以起动电容253C 对风机电机3MA 直接进行分相起动，这时要把劈相机故障转换开关242QS 打向“1FD ”位，即把283AK 监测劈相机发电相电压引入线接到通风机电机3KA 的第三相上，同时必须把闸刀开关296QS 倒向起动电容位（因起动电阻不能起动通风机），起动过程由起动继电器283AK 控制，起动完成后283AK 常开联锁闭合，使213KM 线圈失电，其主触头打开，切除起动电容，即可投入其它辅机运行，值得注意的是在运用牵引通风机3MA 替代劈相机作电容分相起动时，司机操纵与使用劈相机时相同，由于两节车的辅助电路未重联，因此可以一节车做劈相机电阻起动，另一节车由牵引通风机3MA 电容分相起动。我们在使用这种方法时，接触网电压必须要在22KV 以上时，才能用电容分相起牵引通风机电机。
3.1.7. 劈相机不起动
原因分析：
（1）劈相机控制电路断路
（2）劈相机控制电路无电
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故障处理：
（1）如两节车“劈相机”灯不亮，则确认605QA 自动开关接触良好，重新起动，若仍不起动，则换端启动劈相机，若起动正常，处理操纵节劈相机扳钮404SK 。
（2）如一节车“劈相机”灯不亮。则检查该节车567KA 接线是否良好，进行处理后若仍不起动，则人为闭合567KA ，起动劈相机。
注意：人为闭合567KA 后，与“主断”断开后，必须使567KA 释放，合闸后再闭合劈相机扳钮，将567KA 固定在吸合位。
3.2. 劈相机机械故障分析及处理
劈相机除常见的电路故障外，机械故障也是劈相机应用中常见的故障，尤其是轴承工作质量的好坏，直接影响着机车的行车安全。劈相机在运行中，轴承出现故障，往往会造成劈相机严重损坏以至于整机报废。为了保证电力机车的行车安全，就必须保证劈相机的轴承工作的可靠性。造成劈相机轴承出现故障的原因是多方面的，主要有以下几种：
3.2.1. 轴承有异音
在机车运行中，要严格区分轴承噪音与轻微的有害异音是比较困难的，我们只有在不断地探索和实践中积累经验，才能较准确地分清各种异音排除故障。轴承发出异音，分析其原因主要有：缺少润滑油，轴承内部有伤或损坏，轴承中侵入杂质，那么检修人员就要对号入座，逐个进行判断和处理。首先，轴承如发出干磨声，而且声音中含有与转速无关的不规则金属声，判断为轴承润滑脂过少，需要补充润滑脂，但应该注意润滑脂的质量，选用合适类型的润滑脂，并且保证润滑脂的纯度、不变质，保护其清洁度。补充润滑脂后干磨声基本消失，轴承恢复正常运转；其次轴承发出
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“咕噜、咕噜”声，其周期与转速成正比，我们判断为轴承的滚柱或滚珠表面有伤痕，则需要及时更换；还有轴承若发出不连续的“梗、梗”声，则表明轴承内圈或外圈破裂，也应及时更换；再者轴承如发出的声音小，而且不规则与转速无关，但也会产生“咕噜”声，表明轴承内侵入了杂质，这时检修人员应该拆下轴承进行清洗。如要更换新的轴承，首先要进行简单处理。因为新轴承上虽然涂有防锈油，但是在包装和运输过程中有可能混入细砂和灰尘，若带着污物转动，将会在轴承滚道上留下痕迹，防锈油除不净，也不利于润滑油膜的形成。这些都会引发轴承故障。因此组装前应对轴承进行彻底清洗除去污物，保证轴承的正常运转。
3.2.2. 轴承过热
从轴承过热的情况分析来看主要几点：
⑴. 润滑脂过多，轴承运行阻力加大，温度增高；润滑脂过少，轴承干磨，温度也升高，因此引起轴承发热。根据异音（和规定，轴承润滑脂应装满轴承室的1/2—2/3，二极电机装满1/2即可，四极及以上电机装满2/3即可）可判断是否应补充润滑脂。
⑵. 电机或负载转动部分不平衡量太大，电机两端轴承都出现发热现象，振动
大。如果负载是风叶，则风叶发出的声音不均匀，且随转速的变化而变化。或轴
承过热或振动过大，需拆下电机检查修理，调整电机不平衡度。 ⑶. 定子、转子相擦，轴承及电机表面均严重发热，振动大，运行中能听到“嚓、嚓”声，表明电机定子、转子相擦，该电机出现故障须及时处理调整定子与转子之间的间隙。
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（4）两端轴承装配不平衡，电机两端轴承同时出现发热、动作大、噪音大。停机后，用手扳动转动部分比较吃力。检查端盖螺栓是否有松动，地脚螺栓是否有松动。拧紧后，如仍出现轴承严重发热，需对电机进行检查及重新装配，调整电机轴承水平度。
（5）轴承若出现以下情况应立即更换轴承：
a 轴承破裂或内部有缺陷，这时轴承发热严重，伴随有振动，异音出现；
b 轴承“走内圈”或“走外圈”，轴承出现严重过热，噪音增大，并有明显的不连续的金属干磨声，这样会使轴承固死，引起电机绕组烧损。这表明轴承“走内圈”或“走外圈”；
c 轴承中浸入杂质或锈蚀，根据轴承的异音可判断出原因，应拆下轴承进行清洗，如严重锈蚀，必须更换新的轴承；
d 轴承滚道出现伤痕以及滚道呈现深蓝色或棕褐色，这说明轴承在运行中温度过高，此时滚道可能因退火而变软损伤；
e 内圈出现大面积疲劳剥离；
f 轴承工作面损坏。表现为疲劳损坏、电流腐蚀、裂纹、保持架磨损等。
3.2.3. 劈相机有异常噪音或振动过大
（1）劈相机转子断条
电机运行中出现笼形转子断条，机身抖动较大，有时高时低的“嗡嗡”声，转子发热严重。用钳形电流表测量三相电流，电流表指针周期性摆动，电机转速比正常转速稍低。如果轴承温升过高，需及时对电机进行修理或更换转子。
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（2）劈相机铁心松动
电机运行中出现“哒哒”声，快慢随转速的变化而变化。此为电机铁心齿部松动产生中频齿谐波声。应及时修理，以免刮坏绕组绝缘部分，引起短路或接地等故障。
（3）劈相机地脚螺栓松动
电机振动大，断电后，振动现象不能立即消失，随电机转速降低而衰减，观察该电机是否与其它设备或机车共振。如果没有，则应检查电机地脚螺栓是否松动。如果拧紧地脚螺栓后，振动如果仍存在，则为电机内部或负载不平衡度太大所引起的故障，需及时对电机进行修理。
3.2.4. 电机升温过高或冒烟
从电机升温过高或冒烟这种现象分析，即有机械故障的可能性，又有线路故障的可能性：
（1）首先从机械故障检查：
①轴承故障：打开轴承盖看是否缺少润滑脂或内有杂物磨擦所产生难闻的气味；再查看润滑脂是否乳化，如判断正确，则更换润滑脂。
②电机通风不畅：轴承发热但振动噪音均无异常，检查电机两端的防护网是否堵死，由于电机无法散热，所以导致电机温度升温过高，应立即除去电机防护网上的污物。
（2）其次从线路故障检查：
①电机并联支路中有一路断路：电机发热严重但没发现有其他异常现象，测量三相电流也没有太大变化。停机后用兆欧表测量三相电阻值，如果有一项电阻值比其他两项电阻值的平均值约大20%以上，表明该项有条支路断路，需及时修理，否则没断的支路也会因过热而老化或者烧坏。
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① 定子绕组匝间短路：电机局部过热，虽然匝间电压很小，但感应电势会在电阻很小的闭合回路里产生很大的感应电流，引起局部过热，并发出一股焦臭味或冒烟。如电机长期运行，最终会导致相间短路或接地，使过流保护继电器动作。该电机需及时修理，尤其不能进行重新起动，否则电机会烧损。
3.3. 劈相机启动按钮故障现象
在机车正常起车时按下劈相机的启动按钮，闭合劈相机扳钮，某节劈相机无启动声音的检查处理，此时会出现闭合劈相机扳钮，某节显示屏“劈相机”灯长亮（或亮8秒后灭），各辅机时间继电器吸合正常。处理方法：①. 启动劈相机时该节“劈相机”灯常亮，应在3秒内立即断开劈相机或主断扳钮（防止劈相机烧损）②检查该劈相机三极自动开关215QA 是否跳开，跳开时人工闭合，（必须在主断分闸状态下进行）。215QA 一时无法合上时，应急处理可立即转1FD 位电容分相起动③闭合“劈相机”扳钮，检查故障节劈相机起动电阻接触器213KM 未吸合时，可人工闭合213KM ，待劈相机启动3～5秒后松开。如213KM 故障时，甩故障节处理。④若213KM 吸合正常而劈相机仍不能启动时，可将故障节劈相机开关242QS 置“通风机位”、296QS 置“电容位”，改用一位牵引风机电容分相起动，在网压不低于22KV 时，即可投入其他辅机运行。通风机电容启动注意事项：①将242QS 打“1FD”位；②将296QS 往下打至电容位；③启动时仍按“劈相机”扳钮启动；④该节显示屏“劈相机”灯不灭；⑤启动声音为通风机启动声音，与正常劈相机启动声音不同。具体有以下几方面：
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3.3.1 主断即跳的检查处理
现象：闭合劈相机扳钮，主断即跳，显示屏显示“零压”，劈相机不启动。
检查处理：将零压故障隔离开关LYK 置“故障位”，维持运行。运行中应密切注意辅助电压表的显示，发现指针抖动严重或无网压时，应及时降弓或断开劈相机扳钮。
3.3.2. 无任何声音的检查处理
现象：闭合劈相扳钮，两台劈相机均不启动，各辅助机时间继电器无法未吸合。
检查处理：
1、将零压故障隔离开关LYK 置“故障位”，若恢复正常，可维持运行（注意事项同第五条）。
2、LYK 置“故障位”后劈相机仍不能启动时，应将LYK 恢复至“正常位”，检查自动开关5ZK 跳开时，可重合5ZK ，继续运行；
3、5ZK 良好时，可更换劈相机扳钮或闭合非操纵端的劈相机扳钮，维持运行。
若闭合非操纵端劈相机扳钮而遇突然发生必须断开劈相机的情况时，应及时断开主断，瑞断开非操纵端的劈相机扳钮。
3.3.3. 无劈相机启动声音的检查处理
现象：闭合劈相机扳钮，两台劈相机均不启动，各辅机时间继电器吸合正常。
检查处理：
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1、将劈相机故障隔离开关1PXK 置“故障位”，若第二台劈相机启动正常时，维持运行。
2、1PXK 置“故障位”后第二台劈相机不能正常启动时，应将1PXK 恢复至“正常”位。检查劈相机起动电阻接触器QBC 未吸合时，可用绝缘物人工闭合QRC ，劈相机启动3～5秒后松开。此操作应注意安全防止触电。
3.3.4. 劈相机启动声音异常的检查处理
现象：劈相机启动声音异常
检查处理：
1、立即断开劈相机扳钮。
2、将劈相机故障耳闻开关1PXK 置“故障位”，若第二台劈相机启动正常时，可维持运行。
3.1PXK 置“故障位”后劈相机仍不能启动时，应将1PXK 恢复至“正常位”，将启动电阻转换开关QRK 转换至另一组，重新启动劈相机正常时，可继续运行。
4. 以上处理无效且检查确认超支电阻接触器QRC 不能正常甩车时，可在启动劈相机3～5秒，人工闭合劈相机中间继电器PXZJ 。
3.3.5. SS4G型电力机车劈相机起动电阻烧损的原因分析及改进措施
劈相机是SS4改进型电力机车辅助系统的主要电机之一。它的性能的好坏直接影响到其它辅助电机的正常工作。异步电动机的许多故障现象都会在劈相机上发生，但劈相机又有其自己的特性。要想快速准确地找到劈相机的故障并及时排除故障就必须对劈相机有一个全面的了解。
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首先就要了解劈相机在电力机车上的作用及工作原理。SS4改进型电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。SS4改进型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。
电动机单相交流电通过电机定子的单相绕组时，产生交变的脉振磁场，一个脉振磁场可以分解为两个幅值一样，转速相等转向相交的旋转磁场，与电机转子的转动方向相同为正序放置磁场，与转子转动方向相反的磁场为负序旋转磁场。劈相机的电动相绕组接到单相交流电源上，在劈相机的空气隙中产生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个磁场在转子导体中感应的电动势和电流的大小相等，方向相反。由此而产生的两个转矩也大小相等，方向相反而互相抵消。起动转矩为零，劈相机不能自行起动。如果转子与正序旋转磁场的相对速度比较小，而转子与负序旋转磁场的相对速度比较大，转子以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使转子导体内感应出近两倍于电网频率的电势和电流，该电流产生的磁场几乎抵消了定子绕组产生的负序磁场。
也就是说，当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场，它与转子相互作用产生电磁转矩，克服了转子的机械阻力矩及转子负序电流产生的电磁阻力矩，驱使转子沿着正序旋转磁场方向旋转，同时该正序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
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电源被劈成三相电源。在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两相负载直接与单相电源相联，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一相负载则由劈相机的发电相得到供电，所以劈相机是将单相交流电源劈成三相，而本身只输出一相的异步电机。在电力机车上, 劈相机是一种能将单相电变换成三相电的特殊电机, 为各辅助机组提供三相交流电源, 实现机车正常工作. 在单相电网中, 劈相机不能自行起动, 需采用特殊的起动方法. 国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法. 与SS4改型机车一样,SS4B 型电力机车劈相机的起动方式与起动控制电路完全相同, 所不同的是每节车增加了一台劈相机, 改善了辅助系统的三相不对称性, 同时提高了系统的稳定性和可靠性。在电力机车上, 劈相机是一种能将单相电变换成三相电的特殊电机, 为各辅助机组提供三相交流电源, 实现机车正常工作. 在单相电网中, 劈相机不能自行起动, 需采用特殊的起动方法。国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。
3.4劈相机常见故障及处理方法
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第四章 劈相机的保养与维护 4.1. 运转前的检查
（1）. 清除劈相机内 ,外部的灰尘和污物
（2）. 检查定子绕组的绝缘电阻。如不符合则干燥处理 （3）. 保持接线板. 接线柱的干燥与清洁 （4）. 轴承润滑脂应清洁且无变质希化现象
（5）. 接线要与接线图相符，引出线与接线头连接不可松动 （6）. 先行试机，观察旋转方向，振动情况，有无噪音过热情况。
4.2. 劈相机的启动
(1).采用电阻分项启动，启动电阻跨接在U1与W1端子上。 (2).启动时间不应过长，最低电压270V 时不超过15S 。 (3).防止过早切除启动电阻 (4).连续启动不超过3次
4.3. 劈相机的运行与停止
(1).单相电源电压在270W---460W 之间，劈相机供电系统的工作电压不大于460V ，最低不小于270V 。
(2).启动完毕后才可以逐步接通电负载 (3).停止前先断开各电负载
(4).防止忽然断电后不带启动电阻重新启动
(5). 劈相机在高网压启动时，要防止过早切除启动电阻。
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结 论
通过这次论文的设计过程中我体会到采取以下措施可减少劈相机故障的发生：
(1) 要求机车乘务员加强立体了望，运行中发现接触网有问题立即处理，并将情况及时报告且调车作业中一定耍弄清劈相机的线路，避免劈相机发生故障；
(2) 设置专门人员负责运用机车劈相机质量检测，故障处理，信息交流，对策制定。劈相机；
(3)提高检修水平，不放有问题的劈相机出段； (4)积极使用新型产品替换易发生故障的部件； (5)开通初期应预设对应措施。
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参 考 文 献
[1] 陈仕龙, 李群湛. 单一三相变压器及其控制规律的研究变压器[J].变压器.2005年03期
[2] 王斌. 从电气化铁路牵引网获取三相交流电源的方法研究[D].西南交通大学,2006
[3] 范汝清.SS-4改进型机车控制电路改进建议[J].电力机车技术,1996年04期
[4] 祁冠峰. 电力机车电器. 北京：中国铁道出版社,2008 [5] 张龙. 电力机车电器. 北京：中国铁道出版社,2005 [6] 程怀汶. 电力机车总体. 北京：中国铁道出版社,2009 [7] 许聪明. 电力机车控制. 北京：中国铁道出版社,2008 [8] 张莹. 徐丽娟. 电力电子技术. 高等教育出版社,2006 [9] 张友松, 朱龙驹. 韶山4型电力机车. 中国铁道出版社,2006 [10] 华 平. 电力机车控制. 中国铁道出版社,2003
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致 谢
本论文是在导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢老师的指导和帮助。
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吉 林 铁 道 职 业 技 术 学 院
毕 业 设 计 （论文）
题目：劈 相 机 常 见 故 障 分 析
姓名 ： 闫更民 专业： 铁道机车车辆
职 务： 学 生
学 号： 1 1 0 0 5 0 3 3 5
联系电话： 1 8 6 3 2 5 7 0 2 1 8
设计(论文) 指导教师： 邢湘利
摘 要
随着社会的不断发展，经济的不断增长，人们的运输工具也在不断改
进，然而铁路运输依旧是我国经济运行的大动脉，在我国交通体系中占有重要的地位。近几年来我国铁路加快了以高速、重载、安全为主题的发展步伐。
我国铁路运输开始向电气化的飞速发展, 铁路电力机车日益增多, 而
电力机车上的辅助电机, 尤其是劈相机的可靠起动甚为重要. 铁路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及人们的生命安全。
本文就简要介绍一下劈相机的结构、特点、电力机车控制电路的作用
与工作原理，并结合电力机车劈相机控制电路的结构、起动原理分析一下铁路机车劈相机常见的故障问题。本文简要叙述电力机车劈相机的结构相关知识、特点。从起动方式及其工作原理分析其控制电路的结构；结合劈相机和控制电路分析其控制方法，以及对电力机车劈相机的基本故障以及分析其解决方法。分析SS4G 型电力机车劈相机的故障，再到劈相机的日常保养与维护都做了介绍。
关键词：劈相机；故障；电力机车；启动电阻；
目 录
第一章 劈相机概述 . ........................................................................................... 1
1.1. 劈相机的结构 . ................................................................................... 2
1.2. 劈相机的特点 . ................................................................................... 5
第二章 劈相机的工作原理 . ............................................................................... 6
2.1. 电力机车劈相机 . ................................................................................. 6
2.2. 异步劈相机的工作原理 . ..................................................................... 7
2.3. 劈相机的起动方式 . ............................................................................... 8
2.3.1. 劈相机的负载工况 . ........................................................... 10
2.3.3. 单相电容运行电动机 . .......................................................... 13
2.3.4. 单相电阻起动电动机 . .......................................................... 14
3. 1.劈相机电路故障分析及处理 . ............................................................ 15
3.1.1. 接触器故障分析及处理 . ...................................................... 15
3.1.2. 电器元件误动作 . .................................................................. 16
3.1.3. 劈相机接线错误 . .................................................................. 16
3.1.4. 起动电阻值变大 . .................................................................. 17
3.1.5. 供电电压过低和输入电压严重不对称 . .............................. 17
3.1.6. 劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动 . .............. 18
3.1.7. 劈相机不起动 . ........................................................................ 18
3.2. 劈相机机械故障分析及处理 . ............................................................. 19
3.2.1. 轴承有异音 . .......................................................................... 19
3.2.2. 轴承过热 . .............................................................................. 20
3.2.3. 劈相机有异常噪音或振动过大 . .......................................... 21
3.2.4. 电机升温过高或冒烟 . .......................................................... 22
3.3. 劈相机启动按钮故障现象 . ............................................................... 23
3.3.1 主断即跳的检查处理 . ........................................................... 24
3.3.2. 无任何声音的检查处理 . ...................................................... 24
3.3.3. 无劈相机启动声音的检查处理 . .......................................... 24
3.3.4. 劈相机启动声音异常的检查处理 . ...................................... 25
3.3.5. SS4G 型电力机车劈相机起动电阻烧损的原因分析及改进
措施 . ................................................................................................... 25
3.4劈相机常见故障及处理方法 . ............................................................. 27
第四章 劈相机的保养与维护 . ......................................................................... 29
4.1. 运转前的检查 . ..................................................................................... 29
4.2. 劈相机的启动 . ..................................................................................... 29
4.3. 劈相机的运行与停止 . ......................................................................... 29
结 论 . ................................................................................................................. 30
参 考 文 献 . ..................................................................................................... 31
致 谢 . ................................................................................................................. 32
第一章 劈相机概述
劈相机是一种结构特殊、用途特殊的三相异步电机，是异步电动机的
简称。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，它是一种能实现单～三相变换的异步电动机，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。它是电力机车的专用装置。劈相机是由异步电机演变而来，因此它具备异步电机的一系列优点。它的特性又正好和三相异步电动机进行最佳配
合，所以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.
劈相机在国内外电力机车上有多年的运用历史，在当今晶闸管技术相
当发达的变相领域中，劈相机仍能以它独有的经济、可靠、结构简单和节能等显著优点力克群芳，深深吸引从事单相电源变相技术的国、内外专家，在工频60Hz 的新型电力机车上仍广泛采用。劈相机除了在电力机车上的应用外，对一线一地的供电系统，使用劈相机也很有价值。
劈相机不应该是一台三相异步电动机不对称运行工况的延伸，应该是
异步电动机群中和电动机相互作用。每一台已经运行着的电动机均可作为劈相机或者辅助劈相机向其他电动机供电，每一台电动机的工况都是可逆和自然过渡的。
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，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。当然，目前也正逐渐应用于电力机车等行业。
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1.1. 劈相机的结构
劈相机是鼠笼式异步电机中的一种，根据其运行特点需要一种趋肤效
应差的单鼠笼转子，它可以用于一切单相供电有要求使用三相异步电动机的场合，作为单相电网三相负载直接进行相数变幻的装置。鼠笼转子可以是铜条的，也可以是铸铝的。从运行经验看铜条转子不如铸铝的好，铜条易疲劳损坏而使转子端环处断裂，所以寿命不及铸铝的高。其次是转子铁芯两端需要压圈，增加了电机的重量和零部件的数量。铸铝式转子不需要压圈，不可利用端环和和导条把铁芯压得很紧。更主要的是，由于导条、铁芯和端环铸成一体后消除了端环和导条之间的相对运动、转子旋转式的疲劳应力，从根本上解决了端环处导条断裂的问题，因此铸铝结构比铜条式的可靠。劈相机的结构和一般鼠笼式异步电动机的结构相似，主要是由转子和定子两部分组成, 定转子之间有气隙，此外还有端盖、轴承和出线盒等部件。作为专用劈相机轴上是不带任何机械负载的，故该电机无轴伸端。现简单介绍如下：
1）. 定子
劈相机的定子由机座，定子铁芯和定子绕组等组成。定子采用F
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。劈相机定子和异步电动机的相似，由定子绕组、定子铁芯和机座组成。
⑴ 定子绕组 是不对称的三相绕组，由它产生劈相机的旋转磁场。更
主要的是通过它直接把电源变换成三相电源，由它决定劈相机的
主要性能。各相绕组的匝数按性能要求实际决定。
⑵ 绕组线圈 按一定规律依次嵌入定子槽中，并按照一定的接法连接
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起来。容量大的劈相机都采用双层绕组，每一槽内的导线分为上
下两层，中间用绝缘隔开。定子绕组有硬绕组和软绕组两种。低
电压的中小型电机都广泛采用软绕组。总之，劈相机定子绕组成
形、嵌制和结构与一般异步电动机相同。
⑶ 定子铁芯 是劈相机的磁路，它由定子冲片叠压而成，定子采用
0.5mm 的硅钢片，双面涂以硅钢片漆。一般情况，定子铁芯上有两
个绕组：一个称为工作绕组或主绕组，用以产生主磁场和从电源
吸收电功率输入给电机；另外一个称为启动绕组或辅助绕组，用
来起动电动机
⑷压装方式 铁片叠压成铁芯后压入机座的称为外压装式；铁芯冲
片在机座内叠压的称为内压装式。中心高在280mm 以下的电机多
数采用外压装，外压装的工艺可保证定子内圆和机座止口，是一
种较好的铁芯结构。某些较大尺寸的劈相机采用内压装的形式，
尺寸更大的电机可采用扇形冲片在电机内部结成整圆，这种方式
主要可以节省材料，但是内圆需要旋圆。主要作用是固定和支撑
铁芯，装配端盖、轴承和转子，并起保证定、转子和气隙均匀的
作用。目前生产的几种劈相机一般都采用铸铁机座，为了加强散
热能力采用开启式的结构，两侧和下部有通风孔。
2）. 转子
转子是劈相机的旋转部分，也是劈相机变换相数的主要部件。劈相机
旋转起来以后，旋转着的转子对定子负序磁场有很强的阻尼作用，气隙中
负序磁场的大小与转子负序阻抗成比列，转子绕组中的负序电流有双倍电
源的频率，因此趋肤效应很强。劈相机的鼠笼转子以单鼠笼为佳，转子槽
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形设计时要考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高度范围内，槽形面
积尽可能要求要大。劈相机的转子均采用轴肤效应较差的单鼠笼式结
构，而转子槽型的设计应考虑到在转子导条中负序电流渗透的有效高
度范围内的槽型面积能尽可能大些，通常采用上宽下窄的倒梨型槽或
中字形组合槽，劈相机的定子铁芯与转子铁芯之间气隙约在1mm 左右。
3）. 气隙
定子铁芯与转子铁芯之间的气隙时很小的，气隙大小根据劈相机容量
而定，目前生产的集中劈相机气隙在1mm 左右。气隙小不但装配困难、同
心度要求高，而且谐波电流产生的寄生力矩也大。气隙大磁阻就大，需要
的激磁电流也大，为了减小激磁电流，气隙应尽可能小。这两方面的要求
是相互矛盾的，因此劈相机的气隙值要由几方面的因素决定的，比一般同
尺寸的三相
图1-1异步劈相机的主要结构
图1-1异步劈相机的主要结构
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异步电动机要大出15%—25%。异步劈相机的主要结构如图1-1所示：
1.2. 劈相机的特点
⑴ 电压变化范围虽电网电压而变化，适用于电网电压变化较大的电网
系统中，一般将来电压变化范围在0.7～1.2倍额定电压范围内。
⑵ 劈相机过载能力达尤其电动机起动时能提供较大的起动电流。
⑶ 劈相机供电时已经运行的异步电动机能协助劈相机供电给其它正
在起动的电动机。它本身具有劈相机的功能。
⑷ 劈相机只有在额定电压下、额定负载下输出的三相电压才能使对称
的，对每一个电压来讲只有在某一个负载下劈相机才能输出三相对称电压。在其它负载下它的输出时不对称的。
（5） 劈相机除W 相绕组能向三相负载送出电流外，其转轴还可能拖
动功率比较小的机械负载，这种机械负载的功率约为劈相机的10%左右。从这一方面讲劈相机兼有电动机的功能，但是它所拖动的机械应是类似鼓风机那样的软特性机械。否则由于劈相机起动过程中的最小转矩比较小，机械负载的阻力距比较大，而使劈相机无法起动。
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第二章 劈相机的工作原理
2.1. 电力机车劈相机
电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。就针对
于目前SS4改进型电力机车的劈相机而言，SS4改进型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。由于三相负载D 侧的U 相V 相电流可直接从单相电网获得，这样就可以大大减轻劈相机的负担，劈相机只需要向三相负载的W 相提供电流和电能即可。它尤其适用于电动集群的场合，例如在电力机车上，一台劈相机可供电给6～10台电动机在电动机群总容量不变的情况下，台数越多、容量越小越适合。因此，对电气化铁路两侧边远山区中小容量的农机厂也比较适合，更适合用于电力机车和电动车组上。
电动机单相交流电通过电机定子的单相绕组时，产生交变的脉振磁场，
一个脉振磁场可以分解为两个幅值一样，转速相等转向相交的旋转磁场，
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与电机转子的转动方向相同为正序放置磁场，与转子转动方向相反的磁场为负序旋转磁场。劈相机的电动相绕组接到单相交流电源上，在劈相机的空气隙中产生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个磁场在转子导体中感应的电动势和电流的大小相等，方向相反。由此而产生的两个转矩也大小相等，方向相反而互相抵消。起动转矩为零，劈相机不能自行起动。如果转子与正序旋转磁场的相对速度比较小，而转子与负序旋转磁场的相对速度比较大，转子以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使转子导体内感应出近两倍于电网频率的电势和电流，该电流产生的磁场几乎抵消了定子绕组产生的负序磁场。即当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场，它与转子相互作用产生电磁转矩，克服了转子的机械阻力矩及转子负序电流产生的电磁阻力矩，驱使转子沿着正序旋转磁场方向旋转，同时该正序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。在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两相负载直接与单相电源相联，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一相负载则由劈相机的发电相得到供电，所以劈相机是将单相交流电源劈成三相，而本身只输出一相的异步电机。
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。
2.2. 异步劈相机的工作原理
图2—1所示为异步劈相机工作原理线路图。
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2-1异步劈相机工作原理线路图
劈相机的结构与三相鼠笼式异步电动机相似，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不规律嵌放在定子槽内。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。如图2-1所示。
劈相机的实质：是一种本身只输出一相电流的异步电机。劈相机工作状态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作状态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。
2.3. 劈相机的起动方式
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
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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。这两种启动方法具有线路简单，设备成本低等优点，因而得到广泛的应用。
劈相机的电阻分相起动原理线路如图2－3(a)所示，图中RQ 为起动电阻。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I Q 1滞后电压 图2－3劈相机电阻分相起动原理图
(a) 原理线路图；(b)向量图
U VU 90°电角，而流经VOW 相电流I Q 2滞后U VU ϕ角（ϕ＜90°) ，如图2—3(b)所示。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%-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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由于单相异步电动机转子不能自行启动，为了解决启动问题，应设法加大正向磁场，抑制反向磁场，使在启动时电动机气隙中能够形成一个旋转磁场。例如在定子上另装一个空间和时间上与工作绕组都不同相的启动绕组。
根据启动方法或运行方法的不同，单相异步电动机可分为单相电容启动电动机、单相电容运行电动机、单相电阻启动电动机、单相罩极启动电动机等几类，下面介绍单相电容启动电动机、单相电容运行电动机和单相电阻启动电动机的启动方法。
2.3.1. 劈相机的负载工况
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I VM /和I UM 。W 相负载电流I WM 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件，这时电机才真正进人劈相机工况运行。由于专用劈相机的轴上均不带机械负载，故劈相机负载前后的轴输出机械功率是不变的，所以它的气隙正序磁场也应保持不变。但W 相输出电流I W 产生的单相磁势将使气隙磁场发生变化，这就需要从 U相和 V相输人相应的附加电流面ΔI U 和ΔI V ，以保持气隙正序磁场不变，而定子的负序磁场将随着W 相电流I W 的增加而增加，这些新增加的负序磁场同样由转子产生新的负序电流去抵消，仍然保持气隙负序磁场几乎为零的特点。用数学关系式来表示上述两个物理现象，可把劈相机负载时的定子三相电流分解成两组：一组是劈相机空载时，仅在U 、V 相绕组中流过的单相电流，此电流与转子作用产生电磁转矩，以维持转子的继续转动，故称此电流为电动机电流，习惯上将U 、
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V 相绕组称为劈相机的电动相绕组；另一组是劈相机负载后，在三相绕组中重新加人的三相电流和ΔI W ，该电流与转子作用产生电磁阻转矩，相应地将这一组电流称为发电机电流，习惯上将W 相统组称为劈相机的发电相绕组。由此可知，当劈相机负载时，在劈相机的发电相绕组中仅有发电相电流I W I P I Q 1U VU 流过，而在 U、V 电动相绕组中同时存在着电动机电流I P 和发电机电流ΔI U 、ΔI V ，所以劈相机负载后的定子三相电流的关系可写成：
I
I
I ∙U =I ∙P +∆I ∙U ∙V =-=
W I ∙P +∆I ∙ V ∙I ∙W
因此，劈相机无论是空载工况还是负载工况，其定子三相电流都是不对称的，这种三相电流的不对称是劈相机负载后三相电压不对称的重要原因之一，这将直接影响辅助电动机的正常运行。如何在劈相机负载后或负载变化时保持其输出三相电压的对称性，也是劈相机运用中必须解决的核心问题之一。
上述分析表明：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。对于多台异步电动机并联运行的场合，如果电网突然缺相造成三相异步电动机单相运行，那么先运行的电动机便会自动投人劈相机工况来起动后面的
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电动机，当后面的电动机起动完成后，该电机的劈相工况自动结束。根据这个原理SS4改型电力机车的每节内仅设置一台劈相机，另将一台牵引通风机电动机作为先导机，即它不仅是一台通风机。也是一台“劈相机”。在劈相机烧损或控制失灵的故障情况下，作为应急手段，实践证明这种设计是有益的。
2.3.2. 单相电容起动电动机
图2—4单相电容启动电动机的接线原理图
单相电容启动电动机的接线原理图如图2—4所示。装在定子铁芯上的启动绕组Z 1Z 2(又称副绕组) 与工作绕组(又称主绕组) 在空间互差90。电角度。启动绕组Z 1Z 2与电容器C 串联后：通过离心开关或继电器触点s 与工作绕组U 1U 2一起并接到同一电源上。
采用分析三相旋转磁势的方法，可以得到如下结论：向空间位置互差90°电角的两相定子绕组内通人在时间上互差90°的两相电流，产生的磁势也是沿定子内圆旋转的旋转磁势。
适当地选择电容器值，使启动绕组中的电流超前工作绕组中的电流约
90。相角，则在定子内圆气隙中就会产生一个旋转磁势，相应地产生旋转磁场，在该磁场的作用下，能产生较大的启动转矩，使电动机转动起来。
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启动绕组是按照短时运行方式设计的，如果长期通过电流，会因过热而损坏。因此，当电动机的转速达到同步转速的75％～80％时，由离心开关s 把启动绕组从电源断开，电动机便作为单相异步电动机运行。
单相电容启动电动机有较大的启动转矩，但启动电流也较大，适用于各种满载启动的机械，如小型空气压缩机，在部分电冰箱压缩机中也有采用。
2.3.3. 单相电容运行电动机
如果启动绕组不仅供启动用，而且允许长期接在电源上工作，这种电机就称为单相电容运行电动机，如图2—5所示。
图2-5 单相电容运行电机
电容运行电动机实质上是一台两相异步电动机，其两个绕组在空间相隔90。电角度，绕组中的电流也相差约90°相角。单相电容运行电动机的性能有较大的改善，其功率因数、效率及最大转矩都比普通单相异步电动机高。单相电容运行电动机结构简单，使用维护方便，只要任意改变工作绕组(或启动绕组) 的首端、末端与电源的接线，即可改变旋转磁场的转向，使电动机反转这类电动机常用于吊扇、台扇、洗衣机、吸尘器等。
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2.3.4. 单相电阻起动电动机
将图2-6中的电容器换成电阻就构成单相电阻启动电动机，如图2-6所示。这
图2-6单相电阻启动电动机
种电动机的特点是启动绕组Z 1Z 2的导线直径较细，匝数少，又与启动电阻串联，则该支路的总电阻远大于感抗，可近似看作流过绕组中的电流与电源电压同相位；工作绕组U 1U 2的导线直径较粗，匝数较多，则感抗远大于绕组中的直流电阻，可近似看作流过绕组中的电流滞后电源电压约90°电角。
因此，可近似看作启动绕组中的电流与工作绕组中的电流相差90°电角，从而在定子与转子气隙中产生旋转磁场，使转子获得转矩而旋转。这种电动机启动转矩不大，宜于空载启动。
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第三章 劈相机常见故障及分析处理
劈相机本来就一台将单相电源转换成三相电源的机组。当劈相机没有输出时，就是一台单相运行的空载电动机，这样的运行当然是正常的；但是改进型电力机车中受力比较复杂的一种电机，它既要承受大功率电流的负荷，而且又要受到各种扭转力矩的影响，因此在实际工作中它的故障率比其它辅助电机要高一些。从劈相机的故障分析来看主要有两种：一种是电路故障，一种是电机机械故障。
3. 1.劈相机电路故障分析及处理
3.1.1. 接触器故障分析及处理
劈相机通电后，劈相机转子不转，而且无任何反映，初步判断为劈相机接触器没有动作，这时应该拆下劈相机接触器201KM ，检查其触点在通电情况下是否全部闭合良好，如果无任何反应，证明接触器已损坏，应立即更换新的接触器。在机车整备中还有一种情况是按下劈相机按键开关（404SK ）后，劈相机起动信号显示不灭，到机车辅助室就会听到劈相机发出嗡嗡声，观察劈相机转轴不转或转动很慢，用手触摸感觉发热严重，这时应初步判断劈相机“走单相”，应该立刻检查劈相机接触器（201KM ）和起动电阻接触器（213KM ），看看是否还在动作，如果有不动作的状况，应该立刻更换接触器，从而保证劈相机能够正运转。如果接触器没有问题，表明电机内部有故障，用万用表测量该电机三相电阻可查出哪项开路，应立即对电机进行检修。
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3.1.2. 电器元件误动作
控制劈相机的电器元件误动作一般有两种情况，一种是劈相机起动后，从机车的信号显示屏上看，劈相机起动信号显示不灭，机车设置的过流保护延时不能提前动作，劈相机停止工作，表明辅机过流保护提前误动作。这时判断可能是辅机保护插件出现问题，应拔出辅机保护插件，按下劈相机接触器手动按钮，若劈相机能正常起动，则说明劈相机过流保护出现故障应更换保护插件；另一种情况是劈相机起动后，劈相机起动信号显示—熄灭—又显示，劈相机在某一转速下“爬行”或降速至停转，辅机保护动作，初步分析为起动继电器提前误动作，劈相机转速没有达到额定转速的0.9倍，起动继电器就将起动电阻切除，如果劈相机起动后，起动信号显示不灭，劈相机剧烈抖动、电磁噪音大，会看到起动电阻发红或烧断，这说明起动继电器晚动作或者不动作，即起动电阻迟甩或者甩不开，应立即切断电源，否则劈相机会被烧坏，所以应尽快检查和排除起动继电器故障。这时可以人为地按下起动继电器的凸键而让其动作，使常开联锁闭合，使566KA 吸合，切断213KM 线圈电源，甩开起动电阻，若是215EF 常闭联锁故障，则可暂时把该联锁短接维持机车运行，入库处理完后再恢复正常。有时也不排除继电器本身机械故障：如批示件显示不正确或锁钩误动作等。
3.1.3. 劈相机接线错误
如果劈相机任意两根线互换，这都会使劈相机反转。如果劈相机反转，则表明有两根线接反，就应判断为劈相机接线错误，立即打开劈相机接线盒。但有一种特殊情况：当三相接线相互反接时，劈相机转向与正常转向一致，即：劈相机电动第一相V1端子接机车201母线，劈相机电动第二相V1端子接203母线，劈相机发电相W1端子接机车202母线，V 相作为发电
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相与起动电阻连接，由于起动电阻与V 相绕组不匹配，劈相机起动困难，且由于V 相绕组匝数最少，即使劈相机启动起来，由于三相电压严重不对称，使负载电机启动困难，这时劈相机带不动负载，对此我们检修人员也应打开劈相机接线盒，认真检查劈相机联线，并加以更正。
3.1.4. 起动电阻值变大
起动电阻变大会引起劈相机起动困难。起动电阻值变大会使劈相机起动转矩变小，劈相机额定起动电阻值为0.79Ω，如果电阻的制造公差较大，或者由于每次起动时间较长，都会使劈相机起动电阻发烫或烧红，电阻氧化，有效截面积变小，次数多以后，劈相机起动电阻值会逐渐变大，个别会达到0.87Ω，在低网压下使劈相机起动困难，甚至不能起动，这时我们检修人员就应用兆欧表测量劈相机起动电阻值，如果大于0.79Ω，则改用另一组起动电阻，电阻值偏大的劈相机起动电阻须及时更换。而且劈相机电阻也不宜超期使用，避免致使大量电阻内部衰变呈几何型发展。导致劈相机电阻过热并烧损，电阻更换频繁，影响了机车正常运输，浪费了大量人力物力，所以平时应加强对机车劈相机起动电阻的检测和维护。
3.1.5. 供电电压过低和输入电压严重不对称
接触网的供电电压应该在20～29KV 之间在接触网事故供电时电网电压应不低于19KV ，相应辅助绕组的空载电压为301V ，相应劈相机起动时的电压应大于275V ，如果接触网电压更低，低于18KV 时，个别启动就很困了。“吃力”，噪音大，起动时间过长，引起过流保护动作，应检查电压表，观察劈相机输入电压，如果低于270V ，表明网压过低，应立即停止劈相机起动。另一种情况是劈相机噪音大，发热严重，检查电机三相电压，如果低网压时，电压不对称度大于10%，高网压时大于7%，表明电压不对
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称度超标，谐波增大，谐波损耗增加。如果劈相机输入电压在270V 至460V 正常范围内，则应根据劈相机的故障判断处理。
在一般情况下，劈相机连续起动次数应不超过3次，如仍然不能起动，一定要查明原因消除故障：（1）更换起动电阻；（2）检查连线是否接错，方可再行起动劈相机。
3.1.6. 劈相机故障，通风机兼作“劈相机”分相起动
第一台牵引通风机3MA 的电容分相起动电路是为劈相机发生故障而设的电路，在机车运行中，劈相机一旦发生故障，司机在无法查清原因的情况下，为保证其它辅机继续正常工作，即可切除劈相机，而以起动电容253C 对风机电机3MA 直接进行分相起动，这时要把劈相机故障转换开关242QS 打向“1FD ”位，即把283AK 监测劈相机发电相电压引入线接到通风机电机3KA 的第三相上，同时必须把闸刀开关296QS 倒向起动电容位（因起动电阻不能起动通风机），起动过程由起动继电器283AK 控制，起动完成后283AK 常开联锁闭合，使213KM 线圈失电，其主触头打开，切除起动电容，即可投入其它辅机运行，值得注意的是在运用牵引通风机3MA 替代劈相机作电容分相起动时，司机操纵与使用劈相机时相同，由于两节车的辅助电路未重联，因此可以一节车做劈相机电阻起动，另一节车由牵引通风机3MA 电容分相起动。我们在使用这种方法时，接触网电压必须要在22KV 以上时，才能用电容分相起牵引通风机电机。
3.1.7. 劈相机不起动
原因分析：
（1）劈相机控制电路断路
（2）劈相机控制电路无电
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故障处理：
（1）如两节车“劈相机”灯不亮，则确认605QA 自动开关接触良好，重新起动，若仍不起动，则换端启动劈相机，若起动正常，处理操纵节劈相机扳钮404SK 。
（2）如一节车“劈相机”灯不亮。则检查该节车567KA 接线是否良好，进行处理后若仍不起动，则人为闭合567KA ，起动劈相机。
注意：人为闭合567KA 后，与“主断”断开后，必须使567KA 释放，合闸后再闭合劈相机扳钮，将567KA 固定在吸合位。
3.2. 劈相机机械故障分析及处理
劈相机除常见的电路故障外，机械故障也是劈相机应用中常见的故障，尤其是轴承工作质量的好坏，直接影响着机车的行车安全。劈相机在运行中，轴承出现故障，往往会造成劈相机严重损坏以至于整机报废。为了保证电力机车的行车安全，就必须保证劈相机的轴承工作的可靠性。造成劈相机轴承出现故障的原因是多方面的，主要有以下几种：
3.2.1. 轴承有异音
在机车运行中，要严格区分轴承噪音与轻微的有害异音是比较困难的，我们只有在不断地探索和实践中积累经验，才能较准确地分清各种异音排除故障。轴承发出异音，分析其原因主要有：缺少润滑油，轴承内部有伤或损坏，轴承中侵入杂质，那么检修人员就要对号入座，逐个进行判断和处理。首先，轴承如发出干磨声，而且声音中含有与转速无关的不规则金属声，判断为轴承润滑脂过少，需要补充润滑脂，但应该注意润滑脂的质量，选用合适类型的润滑脂，并且保证润滑脂的纯度、不变质，保护其清洁度。补充润滑脂后干磨声基本消失，轴承恢复正常运转；其次轴承发出
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“咕噜、咕噜”声，其周期与转速成正比，我们判断为轴承的滚柱或滚珠表面有伤痕，则需要及时更换；还有轴承若发出不连续的“梗、梗”声，则表明轴承内圈或外圈破裂，也应及时更换；再者轴承如发出的声音小，而且不规则与转速无关，但也会产生“咕噜”声，表明轴承内侵入了杂质，这时检修人员应该拆下轴承进行清洗。如要更换新的轴承，首先要进行简单处理。因为新轴承上虽然涂有防锈油，但是在包装和运输过程中有可能混入细砂和灰尘，若带着污物转动，将会在轴承滚道上留下痕迹，防锈油除不净，也不利于润滑油膜的形成。这些都会引发轴承故障。因此组装前应对轴承进行彻底清洗除去污物，保证轴承的正常运转。
3.2.2. 轴承过热
从轴承过热的情况分析来看主要几点：
⑴. 润滑脂过多，轴承运行阻力加大，温度增高；润滑脂过少，轴承干磨，温度也升高，因此引起轴承发热。根据异音（和规定，轴承润滑脂应装满轴承室的1/2—2/3，二极电机装满1/2即可，四极及以上电机装满2/3即可）可判断是否应补充润滑脂。
⑵. 电机或负载转动部分不平衡量太大，电机两端轴承都出现发热现象，振动
大。如果负载是风叶，则风叶发出的声音不均匀，且随转速的变化而变化。或轴
承过热或振动过大，需拆下电机检查修理，调整电机不平衡度。 ⑶. 定子、转子相擦，轴承及电机表面均严重发热，振动大，运行中能听到“嚓、嚓”声，表明电机定子、转子相擦，该电机出现故障须及时处理调整定子与转子之间的间隙。
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（4）两端轴承装配不平衡，电机两端轴承同时出现发热、动作大、噪音大。停机后，用手扳动转动部分比较吃力。检查端盖螺栓是否有松动，地脚螺栓是否有松动。拧紧后，如仍出现轴承严重发热，需对电机进行检查及重新装配，调整电机轴承水平度。
（5）轴承若出现以下情况应立即更换轴承：
a 轴承破裂或内部有缺陷，这时轴承发热严重，伴随有振动，异音出现；
b 轴承“走内圈”或“走外圈”，轴承出现严重过热，噪音增大，并有明显的不连续的金属干磨声，这样会使轴承固死，引起电机绕组烧损。这表明轴承“走内圈”或“走外圈”；
c 轴承中浸入杂质或锈蚀，根据轴承的异音可判断出原因，应拆下轴承进行清洗，如严重锈蚀，必须更换新的轴承；
d 轴承滚道出现伤痕以及滚道呈现深蓝色或棕褐色，这说明轴承在运行中温度过高，此时滚道可能因退火而变软损伤；
e 内圈出现大面积疲劳剥离；
f 轴承工作面损坏。表现为疲劳损坏、电流腐蚀、裂纹、保持架磨损等。
3.2.3. 劈相机有异常噪音或振动过大
（1）劈相机转子断条
电机运行中出现笼形转子断条，机身抖动较大，有时高时低的“嗡嗡”声，转子发热严重。用钳形电流表测量三相电流，电流表指针周期性摆动，电机转速比正常转速稍低。如果轴承温升过高，需及时对电机进行修理或更换转子。
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（2）劈相机铁心松动
电机运行中出现“哒哒”声，快慢随转速的变化而变化。此为电机铁心齿部松动产生中频齿谐波声。应及时修理，以免刮坏绕组绝缘部分，引起短路或接地等故障。
（3）劈相机地脚螺栓松动
电机振动大，断电后，振动现象不能立即消失，随电机转速降低而衰减，观察该电机是否与其它设备或机车共振。如果没有，则应检查电机地脚螺栓是否松动。如果拧紧地脚螺栓后，振动如果仍存在，则为电机内部或负载不平衡度太大所引起的故障，需及时对电机进行修理。
3.2.4. 电机升温过高或冒烟
从电机升温过高或冒烟这种现象分析，即有机械故障的可能性，又有线路故障的可能性：
（1）首先从机械故障检查：
①轴承故障：打开轴承盖看是否缺少润滑脂或内有杂物磨擦所产生难闻的气味；再查看润滑脂是否乳化，如判断正确，则更换润滑脂。
②电机通风不畅：轴承发热但振动噪音均无异常，检查电机两端的防护网是否堵死，由于电机无法散热，所以导致电机温度升温过高，应立即除去电机防护网上的污物。
（2）其次从线路故障检查：
①电机并联支路中有一路断路：电机发热严重但没发现有其他异常现象，测量三相电流也没有太大变化。停机后用兆欧表测量三相电阻值，如果有一项电阻值比其他两项电阻值的平均值约大20%以上，表明该项有条支路断路，需及时修理，否则没断的支路也会因过热而老化或者烧坏。
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① 定子绕组匝间短路：电机局部过热，虽然匝间电压很小，但感应电势会在电阻很小的闭合回路里产生很大的感应电流，引起局部过热，并发出一股焦臭味或冒烟。如电机长期运行，最终会导致相间短路或接地，使过流保护继电器动作。该电机需及时修理，尤其不能进行重新起动，否则电机会烧损。
3.3. 劈相机启动按钮故障现象
在机车正常起车时按下劈相机的启动按钮，闭合劈相机扳钮，某节劈相机无启动声音的检查处理，此时会出现闭合劈相机扳钮，某节显示屏“劈相机”灯长亮（或亮8秒后灭），各辅机时间继电器吸合正常。处理方法：①. 启动劈相机时该节“劈相机”灯常亮，应在3秒内立即断开劈相机或主断扳钮（防止劈相机烧损）②检查该劈相机三极自动开关215QA 是否跳开，跳开时人工闭合，（必须在主断分闸状态下进行）。215QA 一时无法合上时，应急处理可立即转1FD 位电容分相起动③闭合“劈相机”扳钮，检查故障节劈相机起动电阻接触器213KM 未吸合时，可人工闭合213KM ，待劈相机启动3～5秒后松开。如213KM 故障时，甩故障节处理。④若213KM 吸合正常而劈相机仍不能启动时，可将故障节劈相机开关242QS 置“通风机位”、296QS 置“电容位”，改用一位牵引风机电容分相起动，在网压不低于22KV 时，即可投入其他辅机运行。通风机电容启动注意事项：①将242QS 打“1FD”位；②将296QS 往下打至电容位；③启动时仍按“劈相机”扳钮启动；④该节显示屏“劈相机”灯不灭；⑤启动声音为通风机启动声音，与正常劈相机启动声音不同。具体有以下几方面：
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3.3.1 主断即跳的检查处理
现象：闭合劈相机扳钮，主断即跳，显示屏显示“零压”，劈相机不启动。
检查处理：将零压故障隔离开关LYK 置“故障位”，维持运行。运行中应密切注意辅助电压表的显示，发现指针抖动严重或无网压时，应及时降弓或断开劈相机扳钮。
3.3.2. 无任何声音的检查处理
现象：闭合劈相扳钮，两台劈相机均不启动，各辅助机时间继电器无法未吸合。
检查处理：
1、将零压故障隔离开关LYK 置“故障位”，若恢复正常，可维持运行（注意事项同第五条）。
2、LYK 置“故障位”后劈相机仍不能启动时，应将LYK 恢复至“正常位”，检查自动开关5ZK 跳开时，可重合5ZK ，继续运行；
3、5ZK 良好时，可更换劈相机扳钮或闭合非操纵端的劈相机扳钮，维持运行。
若闭合非操纵端劈相机扳钮而遇突然发生必须断开劈相机的情况时，应及时断开主断，瑞断开非操纵端的劈相机扳钮。
3.3.3. 无劈相机启动声音的检查处理
现象：闭合劈相机扳钮，两台劈相机均不启动，各辅机时间继电器吸合正常。
检查处理：
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1、将劈相机故障隔离开关1PXK 置“故障位”，若第二台劈相机启动正常时，维持运行。
2、1PXK 置“故障位”后第二台劈相机不能正常启动时，应将1PXK 恢复至“正常”位。检查劈相机起动电阻接触器QBC 未吸合时，可用绝缘物人工闭合QRC ，劈相机启动3～5秒后松开。此操作应注意安全防止触电。
3.3.4. 劈相机启动声音异常的检查处理
现象：劈相机启动声音异常
检查处理：
1、立即断开劈相机扳钮。
2、将劈相机故障耳闻开关1PXK 置“故障位”，若第二台劈相机启动正常时，可维持运行。
3.1PXK 置“故障位”后劈相机仍不能启动时，应将1PXK 恢复至“正常位”，将启动电阻转换开关QRK 转换至另一组，重新启动劈相机正常时，可继续运行。
4. 以上处理无效且检查确认超支电阻接触器QRC 不能正常甩车时，可在启动劈相机3～5秒，人工闭合劈相机中间继电器PXZJ 。
3.3.5. SS4G型电力机车劈相机起动电阻烧损的原因分析及改进措施
劈相机是SS4改进型电力机车辅助系统的主要电机之一。它的性能的好坏直接影响到其它辅助电机的正常工作。异步电动机的许多故障现象都会在劈相机上发生，但劈相机又有其自己的特性。要想快速准确地找到劈相机的故障并及时排除故障就必须对劈相机有一个全面的了解。
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首先就要了解劈相机在电力机车上的作用及工作原理。SS4改进型电力机车的劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。SS4改进型电力机车上所有的辅助电动机均由主变压器的辅助绕组a6-x6供给单相电源，经异步劈相机将单相电源劈成三相电源，再供给辅助电路的所有三相异步电动机使用。异步劈相机的结构与三相异步电动机不同，转子为鼠笼式，定子绕组按三相不对称规律嵌入在定子槽内，劈相机实际上是单相电动机与三相发电机的组合。劈相机的电负荷不是固定的，是随机车运行工况的改变而变动。
电动机单相交流电通过电机定子的单相绕组时，产生交变的脉振磁场，一个脉振磁场可以分解为两个幅值一样，转速相等转向相交的旋转磁场，与电机转子的转动方向相同为正序放置磁场，与转子转动方向相反的磁场为负序旋转磁场。劈相机的电动相绕组接到单相交流电源上，在劈相机的空气隙中产生两个大小相同的磁场，当劈相机的转子静止不动时，这两个磁场在转子导体中感应的电动势和电流的大小相等，方向相反。由此而产生的两个转矩也大小相等，方向相反而互相抵消。起动转矩为零，劈相机不能自行起动。如果转子与正序旋转磁场的相对速度比较小，而转子与负序旋转磁场的相对速度比较大，转子以几乎两倍于同步转速的速度切割该负序磁场，使转子导体内感应出近两倍于电网频率的电势和电流，该电流产生的磁场几乎抵消了定子绕组产生的负序磁场。
也就是说，当转子转动时，在劈相机的气隙中主要剩下了一个正序旋转磁场，它与转子相互作用产生电磁转矩，克服了转子的机械阻力矩及转子负序电流产生的电磁阻力矩，驱使转子沿着正序旋转磁场方向旋转，同时该正序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
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电源被劈成三相电源。在劈相机定子的三相输出端接上电负载，因其中两相负载直接与单相电源相联，不需要经过劈相机而直接从单相电源得到供电，而另一相负载则由劈相机的发电相得到供电，所以劈相机是将单相交流电源劈成三相，而本身只输出一相的异步电机。在电力机车上, 劈相机是一种能将单相电变换成三相电的特殊电机, 为各辅助机组提供三相交流电源, 实现机车正常工作. 在单相电网中, 劈相机不能自行起动, 需采用特殊的起动方法. 国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法. 与SS4改型机车一样,SS4B 型电力机车劈相机的起动方式与起动控制电路完全相同, 所不同的是每节车增加了一台劈相机, 改善了辅助系统的三相不对称性, 同时提高了系统的稳定性和可靠性。在电力机车上, 劈相机是一种能将单相电变换成三相电的特殊电机, 为各辅助机组提供三相交流电源, 实现机车正常工作. 在单相电网中, 劈相机不能自行起动, 需采用特殊的起动方法。国产韶山系列电力机车上的劈相机都采用电阻分相起动的方法。
3.4劈相机常见故障及处理方法
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第四章 劈相机的保养与维护 4.1. 运转前的检查
（1）. 清除劈相机内 ,外部的灰尘和污物
（2）. 检查定子绕组的绝缘电阻。如不符合则干燥处理 （3）. 保持接线板. 接线柱的干燥与清洁 （4）. 轴承润滑脂应清洁且无变质希化现象
（5）. 接线要与接线图相符，引出线与接线头连接不可松动 （6）. 先行试机，观察旋转方向，振动情况，有无噪音过热情况。
4.2. 劈相机的启动
(1).采用电阻分项启动，启动电阻跨接在U1与W1端子上。 (2).启动时间不应过长，最低电压270V 时不超过15S 。 (3).防止过早切除启动电阻 (4).连续启动不超过3次
4.3. 劈相机的运行与停止
(1).单相电源电压在270W---460W 之间，劈相机供电系统的工作电压不大于460V ，最低不小于270V 。
(2).启动完毕后才可以逐步接通电负载 (3).停止前先断开各电负载
(4).防止忽然断电后不带启动电阻重新启动
(5). 劈相机在高网压启动时，要防止过早切除启动电阻。
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结 论
通过这次论文的设计过程中我体会到采取以下措施可减少劈相机故障的发生：
(1) 要求机车乘务员加强立体了望，运行中发现接触网有问题立即处理，并将情况及时报告且调车作业中一定耍弄清劈相机的线路，避免劈相机发生故障；
(2) 设置专门人员负责运用机车劈相机质量检测，故障处理，信息交流，对策制定。劈相机；
(3)提高检修水平，不放有问题的劈相机出段； (4)积极使用新型产品替换易发生故障的部件； (5)开通初期应预设对应措施。
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参 考 文 献
[1] 陈仕龙, 李群湛. 单一三相变压器及其控制规律的研究变压器[J].变压器.2005年03期
[2] 王斌. 从电气化铁路牵引网获取三相交流电源的方法研究[D].西南交通大学,2006
[3] 范汝清.SS-4改进型机车控制电路改进建议[J].电力机车技术,1996年04期
[4] 祁冠峰. 电力机车电器. 北京：中国铁道出版社,2008 [5] 张龙. 电力机车电器. 北京：中国铁道出版社,2005 [6] 程怀汶. 电力机车总体. 北京：中国铁道出版社,2009 [7] 许聪明. 电力机车控制. 北京：中国铁道出版社,2008 [8] 张莹. 徐丽娟. 电力电子技术. 高等教育出版社,2006 [9] 张友松, 朱龙驹. 韶山4型电力机车. 中国铁道出版社,2006 [10] 华 平. 电力机车控制. 中国铁道出版社,2003
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致 谢
本论文是在导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢老师的指导和帮助。
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