趙俊東

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路建設(shè)迅速發(fā)展，鐵路運(yùn)行安全的重要性日益顯著。交流傳動(dòng)電力機(jī)車在我國鐵路跨越式發(fā)展的背景下將成為開發(fā)應(yīng)用的主流機(jī)車。牽引電機(jī)作為交流電力機(jī)車的核心部件之一，其工作環(huán)境惡劣、負(fù)載變換頻繁、動(dòng)力作用大等因素使?fàn)恳姍C(jī)較易出現(xiàn)故障。牽引電機(jī)的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)列車的行車安全，展開交流牽引電機(jī)的故障診斷具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;交流牽引電機(jī);故障;診斷

1 引言

近幾年間，我國電力電子技術(shù)得到了快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了電子控制技術(shù)的提升，改進(jìn)了電力機(jī)車的運(yùn)行技術(shù)，完善了電力機(jī)車的各項(xiàng)功能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜。這一現(xiàn)象，同時(shí)也加重了電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷工作。而該工作能否順利展開關(guān)系著機(jī)車行駛的安全問題，因此，對其進(jìn)行深入研究與探討有著重要的意義。

2 設(shè)備診斷技術(shù)的基本方法

設(shè)備故障的復(fù)雜性和設(shè)備故障與征兆之間關(guān)系的復(fù)雜性，形成了設(shè)備故障診斷是一種探索性的過程這一特點(diǎn)。就設(shè)備故障診斷技術(shù)來說，重點(diǎn)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(fù)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用的方法就要利用，必須從各種學(xué)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(shù)呈現(xiàn)多學(xué)科交叉這一特點(diǎn)。通常分為：傳統(tǒng)的故障診斷方法、故障的智能診斷方法、故障診斷的數(shù)學(xué)方法等三個(gè)方法。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，牽引電機(jī)還有可能發(fā)生其它各種故障。

3 常見的交流牽引電機(jī)故障類型

交流牽引電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、測速裝置和主動(dòng)齒輪等部分組成。交流牽引電機(jī)在運(yùn)行過程中，由于受到各個(gè)方面的影響，其所包含的部件以及結(jié)構(gòu)日益惡化，原有的性能和功能漸漸下降，呈現(xiàn)異常的工作狀態(tài)，從而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。交流牽引電機(jī)的常見故障一般包括轉(zhuǎn)子故障、定子故障、軸承故障、絕緣故障以及電子元器件故障。

（1）轉(zhuǎn)子故障

轉(zhuǎn)子故障包括轉(zhuǎn)子繞組故障和轉(zhuǎn)子本體故障，轉(zhuǎn)子繞組故障分為端環(huán)開裂故障、轉(zhuǎn)子斷條故障、轉(zhuǎn)子繞組擊穿、開焊以及匝間短路故障;轉(zhuǎn)子本體故障則包括轉(zhuǎn)子失衡故障與轉(zhuǎn)子偏心故障。轉(zhuǎn)子故障的發(fā)生與電機(jī)起動(dòng)頻率直接相關(guān)，起動(dòng)時(shí)繞組短時(shí)間內(nèi)電流過大，機(jī)械部件承受較大沖擊，各部分受力和位移不同，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)因應(yīng)力不均勻而斷裂。而轉(zhuǎn)子剛度不足或軸承安裝偏差容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心故障，偏心嚴(yán)重時(shí)，定轉(zhuǎn)子的幾何軸心偏離過大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生機(jī)械摩擦，會對電機(jī)產(chǎn)生致命損傷。

（2）定子故障

定子故障包括繞組接地故障、匝間短路故障和相間短路故障等，其中匝間短路故障是交流牽引電機(jī)發(fā)生最多最頻繁的故障。而繞組間的絕緣破損導(dǎo)致絕緣層變薄、絕緣電阻變小，是短路故障發(fā)生的主要原因。匝間短路后氣隙磁場和電流不再對稱，定子電流大小顯著增加，導(dǎo)致電機(jī)溫升過高，當(dāng)溫升達(dá)到一定程度后，線圈表面變色，絕緣層失效，造成局部放電。

（3）軸承故障

電機(jī)軸承主要由內(nèi)外圈、滾子和保持架組成。軸承故障包括內(nèi)外圈故障、保持架故障以及滾子故障。軸承故障是交流牽引電機(jī)部件中較容易發(fā)生故障的部位，電機(jī)在運(yùn)行中軸承內(nèi)外滾道、滾子和保持架之間存在相對運(yùn)行，滾子與滾道面存在較大的接觸應(yīng)力，潤滑油形成的油膜，如潤滑不良，則會導(dǎo)致滾子與滾道面，滾子產(chǎn)生剝離甚至膠合;如潤滑油里面含有較多雜質(zhì)，則可引起軸承保持架的異常磨損，從而導(dǎo)致軸承故障;此外，如軸承持續(xù)負(fù)荷過大，作業(yè)環(huán)境溫度高，電機(jī)和軸承散熱效率低、軸承過熱，也容易導(dǎo)致軸承故障。

（4）絕緣故障

絕緣系統(tǒng)是電機(jī)結(jié)構(gòu)中較薄弱的環(huán)節(jié)，在交流牽引電機(jī)運(yùn)行時(shí)，絕緣體磨損、受潮、過熱、污染、電暈、老化等都可以導(dǎo)致絕緣體絕緣性能的降低，出現(xiàn)絕緣故障。電機(jī)絕緣故障主要包括電機(jī)定子凸片故障、三相電阻不平衡故障、繞組絕緣受潮和老化故障、接線盒燒損故障等。

（5）電子元器件故障

電機(jī)電子元器件故障主要包括速度傳感器故障和溫度傳感器故障。電機(jī)測速齒盤松動(dòng)使得輪齒和速度傳感器之間的間隙產(chǎn)生誤差，造成速度傳感器測量不穩(wěn)定。測速齒盤輪齒缺失會導(dǎo)致速度傳感器接收的脈沖信號不準(zhǔn)確，分辨率降低，也會造成速度傳感器故障;而溫度傳感器插頭進(jìn)水、插針縮針、電纜接觸不良，或溫度采集板故障及溫度傳感器電纜線磨損和電路故障等，將造成溫度傳感器故障。

4 交流牽引電機(jī)故障的診斷方法

電機(jī)故障診斷的基本原理有：1）電流分析法。通過頻譜等信號分析方法對負(fù)載電流的波形進(jìn)行檢測從而診斷出電機(jī)故障的原因和程度;2）絕緣診斷法。利用電氣試驗(yàn)裝置和診斷技術(shù)對電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能是否存在缺陷做出判斷，并對絕緣壽命做出預(yù)測;3）溫度檢測方法。采用溫度測量方法對電機(jī)各個(gè)部位的溫升進(jìn)行監(jiān)測，電機(jī)的溫升與各種故障現(xiàn)象相關(guān);4）振動(dòng)與噪聲診斷法。通過對電機(jī)振動(dòng)與噪聲的檢測，并對獲取的信號進(jìn)行處理，診斷出電機(jī)產(chǎn)生故障的原因和部位。

目前國內(nèi)將電機(jī)的故障診斷方法主要分為兩大類：

（1）基于信號變換的故障診斷方法

在電機(jī)發(fā)生故障后，通過電機(jī)發(fā)出的信號來判斷電機(jī)發(fā)生故障的類型。一般來說是在電機(jī)發(fā)生故障的前期進(jìn)行診斷[2]?；谛盘栕儞Q的故障診斷方法在電機(jī)故障診斷的實(shí)際應(yīng)用中取得了很多成果，尤其是小波變換，適合于探測正常信號分析中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象并展示其成分，在電機(jī)機(jī)械故障診斷中占有重要的地位。

（2）基于知識的故障診斷方法

基于知識的故障診斷方法主要包括基于癥狀的方法和定性模型的方法，其中，基于癥狀的方法又包括專家系統(tǒng)、模糊推理、模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法?；趯＜蚁到y(tǒng)的診斷方法診斷過程簡單、快速，但該方法存在獲取知識的瓶頸，因此不適用于復(fù)雜電機(jī)或新設(shè)計(jì)的電機(jī)的故障診斷;在故障診斷領(lǐng)域，溫度“偏高”、噪音“過大”等都具有模糊特性，模糊推理方法是處理該類問題的最好工具。但模糊診斷知識獲取困難，尤其是故障與征兆的模糊關(guān)系很難確定，且系統(tǒng)的診斷能力依賴模糊知識庫，學(xué)習(xí)能力差，容易發(fā)生誤診或漏診;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法具有記憶、自學(xué)習(xí)和能擬合任意連續(xù)分非線性函數(shù)的能力，同時(shí)它還具有并行處理和全局作用的能力，使得它在處理非線性問題和在線估計(jì)等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。目前國內(nèi)已有學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理技術(shù)與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)相結(jié)合，組成集成型智能系統(tǒng)，為解決傳統(tǒng)專家系統(tǒng)在知識獲取和知識表達(dá)方面的瓶頸問題提供新的途徑。

5 結(jié)語

近幾年間，我國經(jīng)濟(jì)取得了不斷發(fā)展，我國鐵路建設(shè)工作也取得了快速發(fā)展，人們越來越關(guān)注鐵路運(yùn)行安全的相關(guān)問題。我國鐵路呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展模式，從而推動(dòng)了交流傳動(dòng)電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用。在交流傳動(dòng)電力機(jī)車中，核心設(shè)備就是交流牽引電機(jī)，整個(gè)列車能否安全行車取決于交流牽引電機(jī)能否安全運(yùn)行。文章從電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的意義入手，對常見的故障類型與基本的診斷方法進(jìn)行了簡要分析，希望對日后電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷起到積極地推動(dòng)作用。

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