地鐵車輛交流牽引電機故障診斷的應用及體會

摘要：作為城市交通的重要支撐，地鐵車輛成為了越來越多人出行的選擇，這意味著地鐵車輛的運行成為了當前社會關注的重點熱點話題，作為保證地鐵車輛安全運行的核心設備，交流牽引電機也隨之受到了重視，本文就交流牽引電機故障診斷的應用及體會進行了簡單探討，旨在為地鐵車輛的安全運行提供理論指導。

關鍵詞：地鐵車輛；交流牽引電機；故障診斷

交流牽引電機是地鐵車輛交流傳動的核心設備，換言之，電機的安全性直接關系著地鐵車輛以及乘車人的安全，為此，加強交流牽引電機故障診斷是非常重要的，是確保地鐵車輛安全運轉的大前提[1]。在對電機故障進行診斷時，可迅速查找到導致電機出現(xiàn)故障的主要原因，并及時對電機進行維護，同時還可對電機的狀態(tài)進行有效評估，進而通過有效措施加強電機的運行，確保電機始終能夠維持在穩(wěn)定、安全以及可靠的階段，為車輛的安全運行提供支撐。

1.常見電機故障分析

三相異步電動機是地鐵車輛牽引系統(tǒng)中應用較為廣泛的一種電機，但這種電機在長時間運轉后，經(jīng)常發(fā)生各種各樣的故障，及時對故障原因進行了解，可有效避免電機故障擴大化，對確保列車安全有著重要意義。較為多見的電機故障主要為：

1.1 當電機在通電后，仍然無法運轉，但此時未表現(xiàn)出異味和異響，也無冒煙等情況；這可能是由于：過流繼電器調節(jié)得非常小；電源未接通；熔絲可能由于高溫被熔斷；控制設備的接線錯誤[2]。

1.2 當電機接通電源后，不能夠轉動但同時伴隨有嗡嗡聲；這主要是由于：引出線接錯或繞組內部未正確連接；轉子或定子繞組之間出現(xiàn)斷路的情況，這可能是由于電源斷線或一相失電所致；有雜物將電動機轉子卡住或者其負載太大；電源回路接點發(fā)生松動使得接觸電阻過大；電機軸承被雜物卡住或由于內脂過硬無法有效運作；電源電壓較小或嚴重不足；

1.3 電機在運轉的過程中，出現(xiàn)異響；這主要是由于：電源電壓太大所致；定子油量過低或缺油引起；定子繞組之間連接錯誤或出現(xiàn)短路；風扇摩擦風罩所致或風道填塞。

1.4 當電動機在運轉時，其振動非常大；主要是由于：鐵芯變形或松動所致；繞線轉子斷路、籠型轉子開焊斷路以及加定子繞組發(fā)生故障；轉軸發(fā)生彎曲或者轉子不平衡所致；電動機的地腳螺絲出現(xiàn)松動；由于非正常磨損使得軸承滾面以及滾道之間的間隙越來越大；聯(lián)軸器的中心偏離，未進行校正。

1.5 若出現(xiàn)軸承過熱的情況；主要是由于：油質較差，摻有雜質；軸承內孔偏離中心，導致其不斷與軸發(fā)生刮擦；滑脂過少或過多；軸頸與軸承之間較緊或較松所致；軸承彎曲，或因間隙較小或較大；負債與電動機之間的皮帶非常緊[3]。

2.牽引電機故障的診斷方法

通過及時有效的故障診斷方法對電機故障進行準確的排查，唯有如此，才能夠為故障的處理提供指引，為解除故障保證設備正常運轉有著重要作用。常規(guī)情況下，在對故障牽引機進行診斷時，在通電的情況下，根據(jù)軸承溫升、噪音以及電機體振動三種方法來進行檢測。

2.1 軸承溫升判定 測試主要方法分析如下：商用磁石PT100溫度傳感器是軸承溫度測試的主要工具，當電機在通電后即可進行測試，最大70℃（RFP2）與最大60℃（RFP1）是電機溫度測試的兩個參考點，而常規(guī)溫度則以20℃為標準。通常情況下，新軸承的溫度相較于已經(jīng)運行的軸承其溫度上升速度非常快。但在運行操作完成后，其溫度又會隨之下降到正常溫度范圍，并呈現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)，當對軸承進行更換后，再次進行試行，這時軸承的最大溫度往往控制在90K范圍內，也就是所溫度上升不會超過70K。

2.2 噪音判定 按照《GB10069旋轉電機噪音測試方法》[4]中對噪音測試條件的規(guī)定方法來進行測試，具體方法如下：在測試時，必須在電機空載穩(wěn)定狀態(tài)下通過額定轉速的方式對運行狀態(tài)進行測試，與此同時，還應當確保電壓以及電頻率始終保持穩(wěn)定值；在測試的過程中，將電機通電運行，在判斷中以經(jīng)驗判斷為主，另根據(jù)軸承噪聲評估標準為進行判斷。

2.3 電機體振動判定 具體測試方法為：在水平和垂直方向，彈性吊架的振蕩值n應當?shù)陀?m/s，而在震蕩參考測量點，根據(jù)電機的X，Y以及Z軸方向，其振蕩值也應當保持在3.5m/s范圍內。

3.典型案例——軸承異音的電機故障診斷

若軸承出現(xiàn)異音現(xiàn)象，在對其進行測試使，主要方法為：額定頻率以及低頻情況下，對軸承運轉有無其他間斷性雜音或持續(xù)雜音進行評判；與其他牽引電機運轉聲音進行對比；測試數(shù)據(jù)見表1。

故障原因分析：

對電機進行分解，觀察到其內部的油脂已經(jīng)固化，且油脂量也非常少，此外，滾珠面也有生銹的跡象，用干凈的紗布將油脂擦拭干凈后，觀察到個別滾柱面上還存在沿軸向的深印，用手觸摸發(fā)現(xiàn)均為凹陷印子。

對其進行分析，導致其出現(xiàn)生銹，主要是由于牽引電機運行時，空氣中的水分經(jīng)過迷宮環(huán)與油封之間存在的間隙滲入到軸承室內，經(jīng)過長時間的作用，使得滾珠金屬面被銹蝕。再對進行進一步的分析，導致滾珠面出現(xiàn)軸向凹陷印子，主要是因為內環(huán)面上的印槽之間的距離基本一致，初步判斷為在對電機進行轉子組裝的過程中，內環(huán)面被滾珠拉傷，再因電機長時間的作用，滾珠對其的摩擦力不斷增加，故時間久了之后，出現(xiàn)較深的凹陷印子。

針對本次案例主要通過以下措施進行改善：①將原有的軸承進行替換，重新進行組裝，均勻涂抹上適量的油脂，再進行通電測試；②架修的過程中，對端板以及軸承蓋進行完全清理，再重新涂抹上油脂，需要注意的是，涂抹的油脂量應當控制在填充總容積的50%以下，為舊油脂的保留預留出一定的空間，以免出現(xiàn)油脂量過多致使軸承出現(xiàn)溫升過快的情況；③對油脂加注方法進行規(guī)范，使油脂始終能夠保持在潔凈狀態(tài)下；在對電機進行組裝時，必須按照相關要求執(zhí)行，避免對軸承造成拉傷；④完成軸承更換的電機，在測試時，不能夠立即將其加速到額定轉速，而應當通過逐漸增速的方式，使其達到額定轉速，通過這種方法，能夠使?jié)櫥椭c軸承之間得到有效磨合，此外，還應當進行適當?shù)牡皖l反向旋轉；⑤對電機運行時間進行記錄，若十年后運行達到120萬公里，則必須對軸承進行更換，無論是好是壞，都必須進行更換。

通過采用上述方法對異音電機進行有效處理，再對其進行測試，發(fā)現(xiàn)電機的異音情況得到了有效解決，并且經(jīng)過長時間的試行，也未出現(xiàn)雜音，其發(fā)出的聲音呈現(xiàn)為均勻、連續(xù)的電磁感應音，與正常電機對比，聲音一致，此外電機軸承運轉情況也非常好。

參考文獻

[1] 周佳，羅威，張波，余士鑫.基于頻譜分析的地鐵車輛牽引電機故障診斷模擬試驗研究[J].輕工科技，2012，12（20）：148-149.

[2] 李金池.城軌車輛交流傳動主電路故障診斷的研究[D].西南交通大學，2013，5（1）.

[3] 黃亮.電力機車交流牽引電機故障診斷技術研究[D].西南交通大學，2009，5（1）.

[4] 陽同光.HXD1型電力機車異步牽引電機故障診斷方法研究[D].中南大學，2013，5（1）.