深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部

為加強(qiáng)對(duì)牽引電機(jī)速度傳感器的維護(hù)，本文以牽引電機(jī)速度傳感器的工作原理、故障影響等方面，對(duì)牽引電機(jī)速度傳感器進(jìn)行淺析。

一、牽引電機(jī)速度傳感器工作原理

牽引電機(jī)速度傳感器為非接觸性裝配，與傳感器探頭配合的是裝在齒輪箱內(nèi)的牙輪，牙輪模數(shù)（輪徑/牙數(shù)）為2，如圖1所示。根據(jù)磁感應(yīng)原理，牙輪隨車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，速度傳感器通過監(jiān)控來自非接觸式磁性材料的出現(xiàn)和消失，探測(cè)牙數(shù)形成脈沖信號(hào)，并將信號(hào)通過一個(gè)內(nèi)置的放大器放大，用兩個(gè)單獨(dú)的方波脈沖串傳輸。

速度傳感器傳送兩個(gè)信道，一個(gè)主要信道，一個(gè)是輔助信道，后一個(gè)相位滯后90°。此特點(diǎn)用于車輛中以確定車輛的方向。也就是說，脈沖頻率與車輪的速度成比例。速度傳感器將脈沖信號(hào)發(fā)送到牽引逆變模塊的DCU板，DCU基于脈沖信號(hào)計(jì)算出該軸的速度，此信號(hào)DCU也會(huì)傳送到VTCU。

圖1 傳感器裝配示意圖

二、牽引電機(jī)速度傳感器的作用

速度傳感器的直接作用是監(jiān)控車輪軸速度。測(cè)量每個(gè)軸的軸速，并且計(jì)算平均軸速和所有軸的線速，計(jì)算基于車輪直徑和齒輪速比。DCU/M 通過MVB 向列車控制單元提供軸速，列車控制單元計(jì)算列車實(shí)際速度。列車實(shí)際速度回傳給所有的DCU/M，并且進(jìn)一步用于空轉(zhuǎn)和滑動(dòng)控制和車輪直徑校準(zhǔn)。

列車速度是基于主控端3輛車EBCU的速度、主控端B車的4個(gè)牽引電機(jī)速度傳感器采集的速度和主控端C車的4個(gè)牽引電機(jī)速度傳感器采集的速度計(jì)算出一個(gè)列車速度作為列車的最終速度。在牽引期間，VTCU將采集這些信號(hào)中最慢的速度，在制動(dòng)或打滑期間，VTCU將采取這些信號(hào)中最快的速度（即使車輪打滑時(shí)也可以獲得正確的速度信號(hào)）。VTCU計(jì)算出的速度信號(hào)將作為DCU和AUX的參考信號(hào)。

根據(jù)試車線測(cè)試及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，如下表所示：

序號(hào)列車

狀態(tài)速度信號(hào)數(shù)據(jù)比較最終速度具體

數(shù)據(jù)

1牽引牽引電機(jī)速度傳感器大于EBCU速度傳感器與最小速度（EBCU采集）

相接近圖3

2制動(dòng)牽引電機(jī)速度傳感器小于EBCU速度傳感器與最大速度（EBCU采集）

相一致圖4

圖2 牽引情況下速度選取

圖3 制動(dòng)狀態(tài)下速度選取

根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表明，EBCU提供的速度相對(duì)于牽引電機(jī)速度傳感器具有滯后性，在VTCU設(shè)定的最終速度計(jì)算公式下，VTCU計(jì)算出的最終速度往往更接近與EBCU提供的速度數(shù)據(jù)。

三、牽引電機(jī)速度傳感器故障的影響

為進(jìn)一步確認(rèn)牽引電機(jī)速度傳感器故障的影響，我們?cè)谠囓嚲€進(jìn)行了試驗(yàn)：

首先將試驗(yàn)列車主控端B車軸1的牽引電機(jī)速度傳感器連接插拆下，靜止情況下列車不會(huì)報(bào)故障，在列車啟動(dòng)時(shí)，MMI上報(bào)該軸速度傳感器故障，但不影響列車功能。列車運(yùn)行幾個(gè)來回?zé)o異常后，再拆下B車3軸的速度傳感器，列車啟動(dòng)時(shí)報(bào)了一次空轉(zhuǎn)滑行。

分析此過程的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，速度傳感器在靜態(tài)被卸下時(shí)，系統(tǒng)未檢測(cè)到故障，速度傳感器的讀取值為0。在列車啟動(dòng)3秒后，該讀取值仍為0，當(dāng)其他軸的速度已略大于5km/h（但未對(duì)參考速度產(chǎn)生影響），系統(tǒng)判斷該節(jié)車軸速相差過大，出現(xiàn)空轉(zhuǎn)/滑行。就在同一時(shí)刻速度傳感器的監(jiān)測(cè)值變?yōu)榱?32767，從有效變成了無效，如圖4所示。在后續(xù)的運(yùn)行過程中，列車牽引制動(dòng)功能正常。

圖4 故障速度傳感器時(shí)列車啟動(dòng)的情況

上面所描述的是牽引電機(jī)速度傳感器連接插松脫的故障情況。另外一種情況是，速度傳感器監(jiān)控的速度值不穩(wěn)定，但不超過正常范圍（仍然被系統(tǒng)認(rèn)為有效）。我們?cè)谠囼?yàn)列車試裝4個(gè)牽引電機(jī)速度傳感器后，該試驗(yàn)列車7天內(nèi)報(bào)了51次空轉(zhuǎn)滑行嚴(yán)重故障，更換速度傳感器后恢復(fù)正常水平，后續(xù)又將原先試裝的4個(gè)速度傳感器再次裝回試驗(yàn)列車，但未出現(xiàn)空轉(zhuǎn)/滑行故障。因此我們推測(cè)首次所裝的速度傳感器可能在安裝時(shí)未擦拭干凈或者是在裝的時(shí)候不小心碰到了牽引電機(jī)表面的油污（已多次檢查安裝緊固，排除此方面的原因）。

綜上，我們可以認(rèn)為，1. VTCU判斷速度傳感器從有效到無效需要一個(gè)過程，一旦該速度傳感器被判故障后，速度傳感器器的監(jiān)測(cè)值超出范圍，VTCU判定速度傳感器故障后就會(huì)將其隔離。即列車會(huì)忽略該值，因此不會(huì)對(duì)列車牽引/制動(dòng)功能產(chǎn)生影響。2.速度傳感器監(jiān)測(cè)值不準(zhǔn)但未超出范圍時(shí)仍然會(huì)被系統(tǒng)所采用，導(dǎo)致系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)誤判情況，如出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行故障。

四、牽引電機(jī)速度傳感器故障統(tǒng)計(jì)及原因分析

近年來牽引電機(jī)速度傳感器故障數(shù)據(jù)，如下表所示：

年份故障次數(shù)故障率

201492.6%

201341.1%

2012288.0%

2011144.0%