電力機車交流牽引電機故障診斷研究

1、 畢業(yè)設計（論文）題目： 電力機車交流牽引電機故障診斷研究 系 部 ：機車車輛系專 業(yè)：鐵道機車車輛學生姓名：佟 闊學 號：1250536指導教師：顧 賀 2015 年 5 月 10日 題 目： 電力機車交流牽引電機故障診斷研究系 部： 機車車輛系專 業(yè)： 鐵道機車車輛學生姓名： 佟 闊學 號： 1250536文獻綜述：隨著經濟的發(fā)展,鐵路建設迅速發(fā)展,鐵路運行安全的重要性日益著。交流傳動電力機車在我國鐵路跨越式發(fā)展的背景下將成為開發(fā)應用的主流機車。牽引電機作為交流電力機車的核心部件之一,其工作環(huán)境惡劣、負載變換頻繁、動力作用大等因素使牽引電機較易出現故障。牽引電機的安全運行關系到整個列車的行

2、車安全,展開交流牽引電機的故障診斷具有重要意義。一、國外交流牽引電機的發(fā)展概況1、早期發(fā)展階段 18911892年德國西門子公司試驗成功了三相交流電源直接供電的最早的繞線式轉子異步牽引電動機。 1898年德國西門子公司在一臺兩軸車上安裝了變壓器，并由三根架空線提供10kV、50Hz的三相交流電。該車采用了三相繞線式異步牽引電動機。 1903年德國試驗線上交流傳動車輛的最大速度達 到210km/h，采用的是繞線式異步牽引電動機。1917年德國試制成功采用“劈相機”將單相交流供電進行旋 轉、變換為三相交流電的試驗車，采用的是三相異步牽引電動機。 1943年匈牙利國鐵定購的機車和1955年法國國營鐵

3、路的一臺樣車上都裝有旋轉變頻機組，但由于系統(tǒng)結構復雜、機組體積龐大，這2種機車都沒有繼續(xù)發(fā)展下去。 1955年水銀整流器機車問世，標志著電力牽引電傳動交直技術實用化的開始，使電力牽引交流傳動技術的早期發(fā)展階段終告結束，用于交流傳動的牽引電動機的研制也告一段落。2、近代發(fā)展階段1964年分諧波控制的逆變器（即現在的脈寬調制逆變器）的出現使電力牽引系統(tǒng)發(fā)生了根本性的技術革命，交流傳動技術發(fā)展進入了一個新的時代。 1971年德國研制成功第1臺交流傳動內燃機車（DE2500），采用三相異步電動機。 19801987年間研制了4臺DE2500交流傳動內燃機車（德國），改裝了12001交流傳動電力機車（瑞

4、士）對不同供電方式下的PWM逆變器異步牽引電機系統(tǒng)在轉差電流控制下的機車性能進行了多方面的試驗，結果向世人展示了交流傳動系統(tǒng)的意想不到的優(yōu)越性，這些機車采用的是三相異步牽引電動機。 1983年研制成功BR120型交流傳動干線電力機車，這是交流傳動機車發(fā)展史上的一個重要里程碑，標志著交流傳動技術走向成熟階段，其采用了三相異步牽引電動機。 1988年德國西門子ICEV動車創(chuàng)造了407km/h的世界第一速，采用的是三相異步電動機。 80年代至今，隨著磁場定向控制和直接轉矩控制等交流傳動控制技術的發(fā)展，德國、法國、日本、美國等各國已研制出多種型號的交流傳動電力機車、交流電傳動內燃機車和高速電動車組。二

5、、國內交流牽引電機的發(fā)展概況交流牽引電機伴隨著交流傳動技術的研究始于上世紀70年代初，當時只進行一些理論研究和地面試驗，采用過交流異步電動機和同步電動機。 上世紀90年代我國由南車株洲電力機車研究所有限公司和鐵道部科學研究院共同研制的、功率達1000kW的電力牽引交流傳動系統(tǒng)獲得成功，采用的是交流異步電動機。 在此基礎上，由南車株洲電力機車有限公司和南車株洲電力機車研究所有限公司于1996年共同研制的我國第1臺4軸4000kW交流傳動電力機車（原型車）誕生。該車以AC4000命名，采用JD103型三相異步電動機，標志著我國電力機車進入交流傳動時代。 1999年9月我國首臺交流傳動內燃機車“捷力

6、型”調車內燃機車研制成功，采用JD108型交流異步牽引電動機，標志著我國內燃機車進入交流傳動時代。 2000年我國首批投入商業(yè)運營的國內單軸功率最大、達到國際先進水平的交流傳動高速客運電力機車“熊貓?zhí)枴焙透咚賱榆嚱M“藍箭號”誕生，它們采用的是三相異步電動機。 2000年6月由大連機車車輛廠和西門子公司合作研制生產的2臺DF4DAC型交流傳動內燃機車落成，該車與后來的SSJ3型電力機車均采用交流異步電動機。2001年5月由浦鎮(zhèn)車輛廠研制的“先鋒號”動力分散型動車組，采用JD106S異步牽引電動機。2003年戚墅堰機車車輛廠研制的2臺DF8CJ交流內燃機車采用JD123交流異步牽引電動機。 200

7、4年以來通過引進國外高速重載、高速動車的先進技術，立足國內，自主創(chuàng)新，已取得了實質性的成果，將我國交流傳動技術和交流牽引電機技術提升到國際一流的水平，誕生了具有我國自主知識產權的DJ1、DJ2、DJ4、HXD1、HXD2、HXD3以及HXN3、HXN5大功率交流傳動電力和內燃機車，也誕生了CRH1、CRH2、CRH2-300、CRH3、CRH5、CRH380A系列高速動車組，產生了大功率以及高速的異步牽引電機YJ116A、YJ85A、YJ90A、YJ87A、YJ105A、YJ92A、JD160、JD121、JD123等系 列電機，使我國交流牽引電機研發(fā)與發(fā)達國家的差距大大縮小，使我國交流牽引電

8、機研制真正進入一個新時代。三、目前存在的問題由于牽引電機的工作條件惡劣，其軸承常見故障癥狀有保持架鉚釘松動、斷裂或外圍擋邊偏磨，滾性及滾道剝離、灼痕、拉傷、裂紋、歪磨或徑向間隙增大，內圈松動或咬死，軸電流電蝕及潤滑脂變質，軸承甩油箱松動變形等。因此往往引起振動及噪聲增大，導致小齒輪碰撞磨損、繞組絕緣損傷、聯接線斷裂、換向不良、引起接地或環(huán)火、甚至發(fā)生轉子咬死難于轉動而裂軸等惡性事故 四、電力機車交流牽引電機故障診斷研究的意義我們相信，到2020年，我國的電氣化鐵路將從南疆延伸到北國，從山區(qū)在新的歷史條件下，我們遇到了很多新問題，出現了很多新困難。但是，體制改革與機制轉換、結構調整與技術改造，正

9、在為我國電力機車新一輪發(fā)展奠定基礎；鐵路加大投入，加快建設，電力牽引又是牽引動力改革的發(fā)展方向，這為電力機車發(fā)展提供了新的機遇，開辟了新的市場。這種牽引動力的變革促使機車空氣管路系統(tǒng)的不斷改進。我廣泛走向平原主要繁忙干線，營業(yè)里程將躋身世界前列，交流傳動電力機車將奔馳在神州大地，我國電力機車工業(yè)將躋身于世界舞臺，為我國國民經濟和鐵路運輸發(fā)展作出我們新的貢獻，為中國贏得新的榮譽。主要參考文獻：1 朱龍駒 .韶山四型電力機車M.北京：中國鐵道出版社 ，2001 2 辛大娟 .電力機車電器檢查與維護M.成都: 西南交通大學出版社，2007 3 潘京濤 . 電力機車電機檢查與維護M.成都: 西南交通大

10、學出版社，2009 4 潘京濤 . 電力機車故障分析與處理M.北京: 中國鐵道出版社，2010 5 張有松 .韶山4型電力機車M.北京: 中國鐵道出版社 ，2006 6 華平 . 電力機車控制M.北京: 中國鐵道出版社， 2003年 7 周平 . 鐵道概論M.北京: 中國鐵道出版社， 2007 8 李曉村. 機車新技術概論M.成都: 西南交通大學出版社， 2006 9 張龍 . 電力機車電機M.北京: 中國鐵道出版社，2008 10 張中央. 電力機車檢修 M.北京: 中國鐵道出版社，2009 11 張開文 .制動M.北京: 中國鐵道出版社， 2006 12 張琳 . 電力機車電器M. 成都:

11、 西南交通大學出版社， 2008 13 劉友梅SS4B型電力機車M.北京: 中國鐵道出版社 ， 2003 14 連級三 電力牽引控制系統(tǒng)M.北京: 中國鐵道出版社 ， 2005 15 郭世明 .電力電子技術M.成都: 西南交通大學出版社 ， 2009 研究方案:理論基礎論文是基于采樣模擬牽引電機定子電流信號,運用小波包分解算法分析 和處理電機故障信號,并提取出有效的電機故障特征向量,應用BP神經網絡實現了對牽引電機較為常見的電氣和機械故障的綜合診斷模擬實驗。二、研究方法論文采用定子電流法,在總結和汲取前人研究成果的基礎上,以DJl 型機車為例,對牽引電機的故障機理和診斷方法

12、進行了研究。同時分析和總 結了電機發(fā)生電氣故障和機械故障時的特性,揭示了各種電機故障與特征頻 率之間的內在聯系,并提出了一種模擬牽引電機故障信號的方法。三、研究步驟實現了基于MB90F334的交流牽引電機故障綜合診斷板卡, 編寫了板卡驅動程序,并將gC/OS.I實時操作系統(tǒng)和基于小波包一神經網絡 故障診斷的算法移植到單片機中。同時,通過數據采集板卡模擬牽引電機故 障信號,電壓限幅保護電路與基于嵌入式系統(tǒng)的牽引電機故障綜合診斷系統(tǒng) 相連,并通過LCD屏對診斷結果的實時顯示,建立起牽引電機故障綜合診斷 實驗平臺,并通過實驗驗證了

13、論文方案的可行性。四、預期成果論文只對三種故障模式進行智能診斷,但是在實際生產過程中,牽引 電機還有可能發(fā)生其它種故障,對于這些故障本論文所設計的故障綜合診斷 裝置是無能為力的。因此今后可以根據實際需要,適當地擴大故障模式的個 數,進一步完善系統(tǒng)的診斷功能,以提高系統(tǒng)的性能。畢業(yè)設計（論文）進度安排：序號畢業(yè)設計（論文）各階段內容時間安排備注1找到指導教師，領取題目2由指導教師填寫任務書（電子版）3查找論文有關的資料并進行整理4撰寫并提交開題報告（電子版）5寫出論文的初稿6對論文進行修改7聽取老師的意見，進一步修改論文8提交論文（紙質版）9論文答辯5.18指導教師

14、意見：該生通過與課題組成員和老師進行了充分討論，參考了許多文獻，確定了具有一定實用價值的課題。本課題初步確定了內燃機車機油壓力低的原因與分析設計思路基本明確，通過設計和研究可以提高鐵路運輸質量，本課題的研究方法和研究步驟基本合理，難度適合，學生能夠在預定時間內完成該課題的設計。同意該課題開題。指導教師簽名： 審核日期： 年 月 日題 目：電力機車交流牽引電機故障診斷研究系 部： 機車車輛系專 業(yè)： 鐵道機車車輛學生姓名： 佟 闊 學 號： 1250536 畢業(yè)設計（論文）完成情況(包括設計圖紙、說明書、實驗報告、計算機軟硬件、外文翻譯及摘要、論文書寫及規(guī)范化等)評價：畢業(yè)設計（論文）成果質量評

15、價意見：學生工作態(tài)度和考勤情況評價：開題報告的評定成績：總成績：_ 指導教師 (簽名)：_ 日期： 年 月 日題 目：電力機車交流牽引電機故障診斷研究系 部： 機車車輛系專 業(yè)： 鐵道機車車輛學生姓名：佟 闊 學 號： 1250536 畢業(yè)設計（論文）完成情況和成果質量（工作量、任務難度、專業(yè)理論的運用、綜合運用能力、資料的充足與可信情況、成果水平）評價意見：答辯表現評價意見：評定成績： 答辯組長： 日期： 年 月 日摘 要隨著列車向高速化方向發(fā)展，鐵路行車安全的重要性越來越突出。在我國鐵路跨越式的大背景下，交流傳動電力機車的核心設備之一，它的安全運行關系到整個列車的行車安全，因此開展對交流牽

16、引電機的故障診斷研究是非常必要的。論文在總結和吸取前人的研究成果的基礎上，以DJ1型機車為例，對牽引電機的故障機理和診斷方法進行了研究。針對牽引電機的工作機理，系統(tǒng)分析了電機在發(fā)生定子匝間短路故障軸承故障和轉子氣隙偏心故障時的表現特性，提取出了電機在故障時相應的特征頻率，揭示出各類故障與特征頻率之間的內在聯系。牽引電動機作為電力機車主要電氣設備之一，其質量的好壞對機車整體質量起著至關重要的影響。在鐵路的發(fā)展歷史中，牽引電動機是重要的組成部分之一。牽引電動機是有高可靠性、好精確度、快速響應的特點，與此同時，牽引電動機也具有故障率高和運用保養(yǎng)質量可以直接決定電動機的使用壽命的特點。雖然近年來，在制

17、造廠家與各科研部門的共同努力下，牽引電動機基礎質量得以不斷提高；但由于受機車長交路、大提速惡劣環(huán)境以及超噸位等多種運用條件因素影響，對牽引電機使用性能提出更高的要求，因此落修率依然較高，給檢修生產帶來一定的壓力。 本文對造成牽引電機的主要慣性故障原因進行深入分析，提出在檢修運用中相應的解決對策，希望能對牽引電機運用的可靠性和安全性起到積極作用。關鍵詞 牽引電機 故障原因 處理措施 目 錄摘 要I目 錄II第1章 緒論11.1早期發(fā)展階段11.2近代發(fā)展階段1第2章 電力機車牽引電機的技術資料32.1交流變頻牽引電機32.2牽引發(fā)電機32.3輔助電機42.4發(fā)展趨向4第3章電力機車牽引電機的結構

18、圖紙53.1 Mitrac TM 3800F型電機橫剖面圖53.2大過盈附件應力63.3大過盈結合壓強6第4章電力機車牽引電機的檢修工藝資料74.1 檢修工藝特點：74.2采用“三新”技術使用情況84.3傳統(tǒng)的故障診斷方法94.4故障的智能診斷方法9第5章 電力機車牽引電機故障統(tǒng)計數據及其分析115.1交流牽引電機常見故障115.2交流牽引電機常見故障的機理分析125.3改進措施155.4牽引用鉛酸蓄電池使用須知及注意事項15結 論17致 謝18參考文獻19第1章 緒論1.1早期發(fā)展階段 18911892年德國西門子公司試驗成功了三相交流電源直接供電的最早的繞線式轉子異步牽引電動機。 1898

19、年德國西門子公司在一臺兩軸車上安裝了變壓器，并由三根架空線提供10kV、50Hz的三相交流電。該車采用了三相繞線式異步牽引電動機。 1903年德國試驗線上交流傳動車輛的最大速度達 到210km/h，采用的是繞線式異步牽引電動機。1917年德國試制成功采用“劈相機”將單相交流供電進行旋 轉、變換為三相交流電的試驗車，采用的是三相異步牽引電動機。 1943年匈牙利國鐵定購的機車和1955年法國國營鐵路的一臺樣車上都裝有旋轉變頻機組，但由于系統(tǒng)結構復雜、機組體積龐大，這2種機車都沒有繼續(xù)發(fā)展下去。 1955年水銀整流器機車問世，標志著電力牽引電傳動交直技術實用化的開始，使電力牽引交流傳動技術的早期發(fā)

20、展階段終告結束，用于交流傳動的牽引電動機的研制也告一段落。 1.2近代發(fā)展階段 1964年分諧波控制的逆變器（即現在的脈寬調制逆變器）的出現使電力牽引系統(tǒng)發(fā)生了根本性的技術革命，交流傳動技術發(fā)展進入了一個新的時代。 1971年德國研制成功第1臺交流傳動內燃機車（DE2500），采用三相異步電動機。 19801987年間研制了4臺DE2500交流傳動內燃機車（德國），改裝了12001交流傳動電力機車（瑞士）對不同供電方式下的PWM逆變器異步牽引電機系統(tǒng)在轉差電流控制下的機車性能進行了多方面的試驗，結果向世人展示了交流傳動系統(tǒng)的意想不到的優(yōu)越性，這些機車采用的是三相異步牽引電動機。 1983年研制

21、成功BR120型交流傳動干線電力機車，這是交流傳動機車發(fā)展史上的一個重要里程碑，標志著交流傳動技術走向成熟階段，其采用了三相異步牽引電動機。 1988年德國西門子ICEV動車創(chuàng)造了407km/h的世界第一速，采用的是三相異步電動機。 80年代至今，隨著磁場定向控制和直接轉矩控制等交流傳動控制技術的發(fā)展，德國、法國、日本、美國等各國已研制出多種型號的交流傳動電力機車、交流電傳動內燃機車和高速電動車組隨著經濟的發(fā)展,鐵路建設迅速發(fā)展,鐵路運行安全的重要性日益著。交流傳動電力機車在我國鐵路跨越式發(fā)展的背景下將成為開發(fā)應用的主流機車。牽引電機作為交流電力機車的核心部件之一,其工作環(huán)境惡劣、負載變換頻繁

22、、動力作用大等因素使牽引電機較易出現故障。牽引電機的安全運行關系到整個列車的行車安全,展開交流牽引電機的故障診斷具有重要意義 中國是人口大國，交通運輸的能力至關重要，鐵路具有運載量大，速度快等特點，符合我國的現狀，國家正大力發(fā)展鐵路行業(yè)，有效的緩解了交通壓力，為中國的經濟又好又快發(fā)展提供了堅實的基礎。近年來，我國大面積，大幅度的提高現有電氣化鐵道的運行速度，主要干線逐步達到160·200KM/h，2006年，京滬高速鐵路開工建設，設計時速350公里，將成為我國第一條高速鐵路，我國電氣化鐵道總里程達到26000公里。由于牽引電機的工作條件惡劣，其軸承常見故障癥狀有保持架鉚釘松動、斷裂或

23、外圍擋邊偏磨，滾性及滾道剝離、灼痕、拉傷、裂紋、歪磨或徑向間隙增大，內圈松動或咬死，軸電流電蝕及潤滑脂變質，軸承甩油箱松動變形等。因此往往引起振動及噪聲增大，導致小齒輪碰撞磨損、繞組絕緣損傷、聯接線斷裂、換向不良、引起接地或環(huán)火、甚至發(fā)生轉子咬死難于轉動而裂軸等惡性事故 。牽引電機作為牽引傳動系統(tǒng)的核心部件，其運行特性對機車的運行特性起著關鍵性的作用，其故障也對機車的運行安全有著極大的影響，因此對其故障的產生原因進行調查分析，找到解決的措施，提高其工作可靠性，從而保證機車的安全運行。第2章 電力機車牽引電機的技術資料2.1交流變頻牽引電機 交流變頻牽引電機作為車輛驅動的原動機是國際上二十世紀八

24、十年代發(fā)展起來的先進牽引技術。 它以十分顯著的優(yōu)良特性在德、日、法等經濟發(fā)達國家迅速發(fā)展，很快取代了傳統(tǒng)的直流牽引電機。隨著交流變頻調速技術的日益成熟，可以對交流牽引電機進行平穩(wěn)可靠的無級調速，調速范圍可達1：1000，比直流調速范圍更大，尤其是沒有了直流電機換向器的存在，因而克服了直流電機的許多弊端，交流牽引電機與直流電機相比，結構簡單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對電機的安裝空間和重量等方面的要求，更重要的是交流牽引電機因具有功率大、過載能力強、噪聲小、調速范圍寬(05000r/min左右)、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電2030%等優(yōu)點，成為現代城市

25、軌道交通牽引機車驅動電機的首選產品。 1、城市軌道交通用交流牽引電機 2、輕電車軌用交流牽引電機 3、地鐵用交流牽引電機 2.2牽引發(fā)電機 專用于電力傳動內燃機車，以供給牽引電動機電力的發(fā)電機，又稱主發(fā)電機。牽引發(fā)電機有直流和交流兩種。直流牽引發(fā)電機直接向直流牽引電動機供電。交流牽引發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經硅整流器整流后再向直流牽引電動機供電。交流整流電路是三相的，整流電壓雖然有脈動，但脈動量比較小，因此牽引電動機還被認為是一般的直流電動機。 2.3輔助電機 電力機車上的輔助電機可用直流電動機，也可用三相交流異步電動機。用直流電動機作為輔助電機時，須由專用的硅整流器供電。用三相交流異步輔助電動

26、機時，須由靜止變相、變頻裝置或專用的旋轉電機供給三相電源。這種專用的旋轉電機稱為劈相機，可以把單相交流電變?yōu)槿嘟涣麟姟?2.4發(fā)展趨向 為了解決直流和脈流牽引電動機的“轉向”問題，有些國家已在使用晶閘管無換向器式牽引電動機和三相交流異步變頻牽引電動機，并在試驗以直線異步電動機為動力的磁懸浮高速車輛。晶閘管無換向器式牽引電動機是由一臺同步電動機和一組晶閘管逆變器組成，用晶閘管和轉子位置檢測器來代替直流牽引電動機的換向器和炭刷結構。這種電動機具有直流電機的優(yōu)點而沒有困難的“換向”問題。但晶閘管及其控制系統(tǒng)相當復雜，所以電子元件直接影響電動機的運行可靠性。三相交流異步變頻牽引電動機結構簡單，工作可

27、靠，成本低廉，是比較理想的牽引電動機。但由于需用變頻調速，它的發(fā)展和應用一度受到限制。60年代，大功率晶閘管變頻裝置的發(fā)展使異步電動機能夠實現變頻調速?，F在各國已有較多機車和動車采用三相交流異步變頻牽引電動機。聯邦德國和日本在試驗的磁懸浮高速車輛上采用直線異步電動機。它的初級繞組敷設在地面導軌上，由地面的變頻電源供電以產生行波磁場，調節(jié)供電電源頻率就可改變磁懸浮高速車輛的速度。次級繞組就是反應板，裝在車輛的構架上。初級行波磁場和次級感應電流的相互作用，不僅產生使車輛前進的推力，而且還產生磁拉力以懸浮車輛，并在制動工況時起著動力制動的作用。 第3章電力機車牽引電機的結構圖紙3.1 Mitrac

28、TM 3800F型電機橫剖面圖3.2大過盈附件應力3.3大過盈結合壓強第4章電力機車牽引電機的檢修工藝資料4.1 檢修工藝特點：1、定子、轉子采用高壓熱水無腐蝕性清洗劑清洗，確保清洗干凈無污損。2、定子、轉子按要求進行磁粉探傷，確保大修件無裂紋及缺陷。3、定子、轉子總裝實行工藝跟蹤卡，將每一個重要工序列入受控程序檢查。4、整個工序中實行自檢、互檢、完工檢三檢制度。5、對大修件的每一個配合尺寸（包括形位公差）進行細錄對查，如用座標鏜床（加工中心）對抱軸瓦中心線與機座中心線平行度進行加工控制，確保公差要求。6、電機轉子更新軸承，確保運行要求。7、確保定子磁極之間極距公差及氣隙尺寸要求、磁極螺釘緊固

29、良好。8、無緯帶損傷者全部更新，電樞繞組及絕緣損傷全部更新。9、轉子換向器壓川螺釘要求冷、熱態(tài)下，檢查、緊固各一次。10定子、轉子沖片有凸片現象，堅持重新更換。11、定子、轉子整體浸漆。電力機車定子嚴格做到真空壓力浸漆。所有轉子按工藝程序進行真空壓力浸漆。12所有轉子進行動平衡試驗。13 轉子嵌線后進行氬弧焊焊接。14 轉子嚴格進行TZ、TA、TY、對地絕緣電阻等檢測；定子進行TY檢測，冷態(tài)絕緣電阻、對地絕緣電阻檢查等。15、            定子、轉子總裝等工序中按標準要求進行

30、絕緣電阻，對地耐壓等電氣試驗。16、            大修電機除堅持廠內試驗外，還嚴格按要求送鐵道部駐株洲機車廠驗收室進行試驗與驗收。17、            油壓減振器大修采用高性能的密封材料，使大修產品達到國外進口產品的同等技術水平。 4.2采用“三新”技術使用情況1、采用高壓熱水無腐蝕性沖洗劑清洗工藝。2、采用氬弧焊（TIG）焊接工藝。3、采用真空壓力

31、H級無溶劑浸漆工藝。4、采用微機控制的動平衡動態(tài)試驗技術。5、轉子包線、嵌線采用高強度絕緣結構制造工藝。6、轉子采用H級電工無緯帶綁扎新工藝。故障診斷是一門綜合性技術,它涉及現代控制理論、信號處理與模式設 別、計算機科學、人工智能、電子技術、數理統(tǒng)計等多種學科。由于設備故 障的復雜性和設備故障與征兆之間關系的復雜性,形成了設備故障診斷是一 種探索性的過程這一特點。就設備故障診斷技術來說,重點不只在于研究故 障本身,而更在于研究故障診斷的方法。故障診斷過程由于其復雜性,不可 能只采用單一的方法,而要采用多種方法?？梢哉f,凡是對故障診斷能起作

32、60;用的方法就要利用,必須從各種學科中廣泛探求有利于故障診斷的原理、方 法和手段,這就使得故障診斷技術呈現多學科交叉這一特點。4.3傳統(tǒng)的故障診斷方法 首先是利用各種物理和化學原理手段,通過伴隨故障出現的各種物理和化學現象,直接檢測故障。其次,利用故障所對應的征兆來診斷故障是最常 用、最成熟的方法。在診斷過程中,首先分析設備運轉中所獲取的各種信號, 提取信號中的各種特征信息,從中獲取與故障相關的征兆,利用征兆進行故 障診斷。由于故障與各種征兆間并不存在簡單的一一對應關系,因此利用征 兆進行故障診斷往往是一個反復探索和求解的過程。4.4故障的智

33、能診斷方法 在上述傳統(tǒng)的診斷方法的基礎上,將人工智能的理論和方法用于故障診斷。發(fā)展智能化的診斷方法,是故障診斷的一條全新 的途徑,目前已廣泛應用,成為設備故障診斷的主要方向。人工智能的目的 是使計算機去做策 是 實 現 人 工 智 能 的 重 要 形式,目前已廣泛用于診斷、解釋、設計、規(guī)劃、決策等各個領域?，F在國內外已發(fā)展了一系列用于設備故障診斷的專家系統(tǒng),獲得了很好的效果。 故障診斷的數學方法 設備故障診斷技術作為一門學科,尚處在形成和發(fā)展之中

34、,必須廣泛利用各學科的最新科技成就,特別要借助各種有效的數學工具。包括基于模式 識別的診斷方法,基于概率統(tǒng)計的診斷方法,基于模糊數學的診斷方法,基 于可靠性分析和故障樹分析的診斷方法,以及神經網絡、小波變換、分形幾 何等新發(fā)展的數學分支在故障診斷中的應用等等。4.5交流牽引電機故障診斷的基本原理 交流牽引電機故障診斷技術有很強的工程背景,具有重要的實用價值, 并且以深厚的理論為基礎。從本質上講,電機故障診斷技術是個模式分類問 題,即把交流牽引電機的運行狀態(tài)分為正常和異常兩類。更進一步,異常的 信號樣本究竟又屬于哪種故障,這又屬于一個模

35、式識別問題。從展開的故障 診斷流程來看,交流牽引電機故障診斷分為信號采集,信號處理,故障診斷3個階段。 第5章 電力機車牽引電機故障統(tǒng)計數據及其分析 目前國內的交流牽引電機以DJ為主,下面以DJ型機車為例來介紹交流牽引電機故障5.1交流牽引電機常見故障 1、定子匝間短路故障 定子繞組最常見的故障主要包括繞組匝間短路，相間短路和繞組接地等，故障原因主要是由于牽引電機長期運行發(fā)熱，絕緣老化或工作環(huán)境中水分，塵埃等物質與絕緣體相互作用，易使絕緣擊穿，以及牽引電機工作中各種電磁力，機械力沖擊作用，也可以使絕緣損壞而造成短路。這種故障的最明顯的標志是繞組出現局部過熱，相電流的對稱性被破壞，轉矩

36、降低，蜂鳴和振動加劇。這些故障一旦發(fā)生，不僅導致電機損壞，而且可能導致機車擊破，造成重大損失。 2、轉動軸承故障 牽引電機轉子的前后兩端由軸承支撐，軸承主要承受徑向力，采用的是球軸承。牽引電機軸承內圈與轉子高速運轉，承受較大的載荷，易發(fā)生故障，故障通常表現為滾珠缺陷，點食，內外圈破裂等故障。 3、轉子偏心 轉子偏心故障也是牽引電機常見故障。偏心故障發(fā)生時，轉子質量偏心，轉子產生同轉頻的周期性激振力，使振動增大。在譜圖上主要表現為同轉頻的頻率分量幅值增加。如果不平衡超標，應該進行平衡處理。如果電機轉子在加工的過程中存在傷痕等隱患，在運行中，這些裂紋會進一步擴展，從而會導致轉子斷裂等災難性故障。轉

37、子偏心分為靜偏心和動偏心，最小徑向氣隙位置在空間固定的偏心為靜偏心。當轉子中線不在旋轉中心和最小氣隙隨轉子一起旋轉時，就會出現動偏心。轉子偏心會產生不平衡磁拉力，從而引起振動。當整個轉子溫度分布不均而使轉子發(fā)生生熱彎曲時，這種現象會更加嚴重，甚至能使轉子與定子之間發(fā)生摩擦，最終損壞電機。其他故障如：定子鐵芯故障，定子端部線圈故障，轉子繞組等故障5.2交流牽引電機常見故障的機理分析 1、定子匝間短路故障機理分析 由于定子繞組匝間短路是機車牽引電機較常見的早期故障現象，所以這里將針對定子繞組匝間短路故障進行機理分析。對于定子咋間短路故障的研究人們還遠不如對轉子故障的研究，而且也未提出如同檢測轉子繞

38、組故障那樣多的和成熟有效的方法以檢測定子繞組故障，原因在于當定子繞組發(fā)生咋間短路故障時，由于電機耦合關系，在電機轉子電流中會感應出相應的特征頻率分量，但是牽引電機轉子電流在電機的運行中的測量是很困難的。初看起來，電機的定子繞組故障檢測似乎不能像轉子繞組檢測一樣，可以通過電流信號的頻譜分析來實現，但是經過分析可知，由于定子，轉子的相互耦合關系，在定子電流中一定含有定子繞組故障引起的諧波分量。 根據多回路理論可以推論出定子繞組匝間短路故障的電流特征頻率并建立繞組（定子，轉子）的電壓方程。定子匝間短路故障發(fā)生時，將引起繞組電感的變化，通過磁鏈和電流的關系，確定出定子，轉子中的感應電流。也就是以定子電

39、流諧波為基礎，通過在定子，轉子之間的反復映射得到的電流特征諧波。一個定子，轉子之間比較完整的互鏈過程如下： 定子（w）-轉子（w+_kwP）-定子（w+-(k+k)wP）-轉子（w(k+-k+-k”)wP）-其中，k,k”,k”=1,3,5且wP=(1-s)w為相對角速度，w=2怕f, s為轉差率，f為電源基波頻率。故定子電流諧波分為： Fs=(1+-2k(1-s)F其中，k=0,1,2,F為電源基波頻率。考慮繞組故障時，電機的諧波成分將增加，所以，定子電流特征頻率為： Fs=(n+-2k(1-s)F（2-2） 其中，n=1,2,3,4,k=0,1,2,3另外，由分析知，在電機正常時電流中的諧

40、波成分同式（2-2），但由于繞組對稱結構，使得電流只有n=1,5,7,11,的諧波成分。由文獻（20）可知當定子故障時，各諧波頻率的幅值將發(fā)生變化，并且由于繞組的對稱性的破壞使高次波增加，故n的取值較正常時多，并不出現+-(1-2s)F分量。 2、軸承故障機理分析 由于軸承是牽引電機系統(tǒng)中的一個重要部件，軸承故障所產生的振動會影響電機的磁通變化，這些變化在定子電流中會有一定的反映。因此，利用電流信號對軸承故障有也可以進行故障檢測。表2-1分別列出4種故障的特征頻率。表2-1 軸承故障振動特征頻率外環(huán)缺陷故障頻率Fb=(N/2)Fr<1-BDcos(B)/PD>內環(huán)缺陷故障頻率Fb=

41、(N/2)Fr<1+BDcos(B)/PD>滾動體缺陷故障頻率Fb=(PD/BD)Fr<1-BDcos(B)/PD2>/2保持架故障頻率 Fb=( Fr /2) <1-BDcos(B)/PD>其中，Fr為電機軸承轉頻，N為滾珠數量，BD為滾珠直徑，PD滾珠分布直徑，B為接觸角。 在理想狀態(tài)下，電機氣隙磁通密度波形是對稱的。如果電機軸承發(fā)生故障，則波形將畸變。電機內部磁場的畸變會引起電機出線端電流量的變化。通過對電機故障狀態(tài)下磁場的理論分析，獲得的電機滾動軸承故障的釘子電流特征頻率表達式：Fbs=NZFr+-NbFb+-F其中Z為轉子槽數，Fr為電機軸承轉頻，

42、Fb為軸承頻率，F為電源基波頻率，N=1,2,3 3、轉子偏心故障機理分析 對于偏心故障的機理，相關學者做了比較深入的研究，主要是分析電機在偏心故障下的氣隙長度與氣隙磁導，計算出氣隙中的磁勢，并根據氣隙磁勢和氣隙磁導求出氣隙磁通，分析其中產生的各種諧波，從而判定故障是否發(fā)生。偏心故障的特征頻率分析主要有兩種分析方法： （1）通過磁場分析，其過程為根據定轉子開槽氣隙磁導和偏心引起的磁導求出聯合磁導分布，導出系統(tǒng)磁通密度分布規(guī)律，確定故障特征頻率。偏心故障的電流特征頻率公式： （2）通過電場分析，建立的偏心故障的公式：f=（n+-k(1-s)）f (2-5)n=1,2,3,k=1/p,p,.對比兩

43、式，（2-5）是上式的特殊情況，式（2-4）中，k=0時，兩式的表達式一樣。另外，偏心故障引起的磁通變化在磁通信號中引起式（2-5）所的頻率分量變化：Ff=f+Fr(2-6)其中，f為電源基數波頻率，Fr為電機轉速。 如果在牽引電機中有靜態(tài)偏心存在的話，動態(tài)偏心可以在異步電機的電流中產生（2-6）所的頻率分量。原因是故障導致氣隙磁導的變化，最終在定子繞組中產生式（2-6）所示的頻率分量。5.3改進措施 為滿足機車對電機的運行要求，并且在尺寸和重量受限制的情況下，Mitrac TM3800F型牽引電機采用如下設計方式：為滿足尺寸要求，在設計中采用高的電磁負荷磁參數，用高耐熱等級的絕緣材料，高的硅

44、鋼片和高強度的轉軸等材料，選用高的加工精度要求，為達到這些要求，制造中采用數控加工，真空壓力浸漆和中頻感應釬焊等精細的工藝，為滿足重量要求，在設計中采用無專門機座的輕量化結構，通過選擇合適的極數來控制電機重量。 本電機設計采用了無座機化定子鐵芯，轉子整體感應焊接，進口絕緣軸承等技術。通常為防止尖峰脈沖對電機絕緣的換壞，還采用了耐電暈絕緣材料，這是為防絕緣失效所采用的一項有效措施，為了防止軸電流對軸承的電視，采用了絕緣軸承。5.4牽引用鉛酸蓄電池使用須知及注意事項 1、合格的牽引鉛酸蓄電池充、放電次數不低于750次（每次充電后可連續(xù)使用 5-6小時）。2、電池在使用過程中，應避免過放電及長時間大電流放電（例如：叉車長時間工作，電壓低于2甚至叉車不能正常行駛），否則會嚴重影響其使用壽命。3、電池正常放電后應及時充電，充電時應避免過充電（例如：為了晚間加班使用，中午進行短時補充電），長時間如此，不但會造成蓄電池組長期充電