動車組牽引電機速度傳感器典型故障研究及方案實施

廉永峰 張培軍 呂志成

（中車永濟電機有限公司，陜西 西安710000）

列車在運行中，需通過速度傳感器獲取列車的運行速度，該速度數據可用于列車的牽引控制和制動控制，同時監控列車的運行狀態，確保列車的行車安全。某型動車組牽引電機在線運行時，報牽引電機速度傳感器故障，由于速度傳感器在線運行故障原因復雜，可由速度傳感器自身故障、信號傳輸中的連接故障、信號采集故障、線路干擾等引發，造成地面試驗故障再現困難。速度傳感器自身故障又存在可再現故障和不可再現故障，由于不可再現故障又與故障時刻的環境溫度、列車速度、振動狀況、電磁環境相關，這給速度傳感器故障原因分析、措施制定、降低在線障數量帶來困難，本文主要針對速度傳感器不可再現故障進行研究。

1 背景介紹

在牽引電機速度傳感器故障分析中，針對縮針現象、傳感器端面劃傷磕碰、連接器內電纜扭斷現象、波形異常等現象，故障直觀、現象明顯，可實現故障再現，制定應對措施。針對無法實現故障再現情況的速度傳感器故障，尤其是線路運行中存在波形時有時無的典型故障，無法制定有效措施，為進一步降低速度傳感器在線故障增加了難度。為此，需要研究、制定一種方案，實現速度傳感器高級修時波形時有時無故障件的篩選，從而降低潛在的在線故障風險。

2 速度傳感器結構和工作原理介紹

2.1 結構介紹

牽引電機速度傳感器電器結構主要由探頭組件、信號處理板、輸出電纜組成，詳見圖1。

圖1 速度傳感器電器結構圖

2.2 工作原理介紹

該探頭組件為磁阻器件，磁阻器件由4 個同型號磁敏電阻兩兩串聯組成，共6 個接觸點（見圖2）；磁敏電阻由直流供電，信號端A、B 上產生直流電壓；當磁場密度發生周期變化時，磁敏電阻自身阻值產生周期性改變，信號端A、B 端會有周期性正弦流信號輸出，

正弦信號通過處理電路，最終獲取滿足檢測要求的方波信號，原理框圖見圖3。

圖2 磁阻器件結構

圖3 原理框圖

3 速度傳感器波形時有時無故障原因確定

動車組在線運行過程中，報牽引電機速度傳感器故障，地面一般性能檢測無法再現故障；通過在線跟車檢測實現復雜運行工況時故障撲捉、通過地面再現方案試驗，實現故障復現及故障部位確定、通過故障部位拆解實現故障原因確定；最終確定這種波形時有時無現象為焊點脫焊導致接觸不良所引發。

3.1 在線跟車檢測

通過在線跟車檢測發現一起波形時有時無故障，故障發生時刻車速為300km/h；當車速降低時，波形恢復；通過示波器在線檢測實現故障捕捉，見圖4。

3.2 地面故障再現

在地面試驗過程中，我們將故障速度傳感器安裝在牽引電機上，在整個轉速范圍內波形無異常、無丟失；通過高溫、低溫、振動等多種手段，實現地面故障再現；通過傳感器拆解及磁敏器件輸出波形（見圖3 測點1）和傳感器輸出波形（見圖3 測點2）對比，最終確定故障原因為探頭故障引起速度傳感器波形時有時無，最終引起速度傳感器在線故障。地面故障現象捕捉見圖5。

圖4 300km/h 波形丟失

圖5 地面故障現象捕捉

3.3 探頭拆解

通過探頭拆解分析判定速度傳感器探頭焊接處由于脫焊造成接觸不良，最終引起速度傳感器故障，造成在線故障的發生。焊點脫焊見圖6。

4 方案制定

為解決由于探頭脫焊問題引起的在線時有時無故障，需通過原因分析制定一種具有可操作性、具有高效性、具有高識別性的篩選方案。

圖6 焊點脫焊

4.1 方案制定背景

（1）返廠故障件在波形檢測中存在隨著轉速升高，速度傳感器相位差、占空比會逐漸增大。

（2）通過研究發現，增大故障件速度傳感器的安裝間隙，速度傳感器相位差、占空比會逐漸增大。

（3）通過一起同類故障檢測發現，減小輸出信號負載電阻時易出現波形丟失現象。

4.2 方案制定

根據速度傳感器在檢測中存在的異常特點，制定了不同轉速、不同間隙、不同負載電阻的驗證方案。

選取對象：選取近期發生的一起故障件對故障件。

轉 速 要 求 ：1500r/min、4140r/min、6120r/min、8000r/min、10000r/min；

間隙要求：0.7mm、1.0mm、1.3mm；

負載電阻：1kΩ、500Ω。

4.3 測試結果

按上述要求進行波形檢測，檢測件為近期發生的一起在線故障件，最終實現了故障件故障再現，檢測結果見表1、表2。

4.4 方案確定

根據上述測試結果最終制定如下測試方案：測試間隙1.3mm；測試轉速：10000r/min 負載電阻：500Ω；測試時間：1min；測試要求：不允許存在波形丟失。

表1 故障件檢測數據

表2 故障件檢測圖片

5 實施效果

5.1 社會效益

2019 年實施篩選方案后，在線故障降幅明顯，取得巨大社會效益。2019 年實施前后在線故障統計見表3。

表3 實施前后故障對比

5.2 經濟效益

依據上述實施效果，可實現速度傳感器預防性更換代替高級修強制更換，實現速度傳感器壽命價值的最大利用；使用壽命的延長可降低速度傳感器在電機壽命周期內更換次數，大幅降低整個牽引電機的檢修成本。

5.3 實施進展

自2019 年，共篩選速度傳感器5400 件，異常故障件100件，篩選比例為0.19%，篩選率處在合理水平。

6 推廣應用

該篩選方案通過測試條件安裝間隙、轉速、負載電阻的改變，實現了該類速度傳感器焊點質量問題確定，解決了現有檢測手段無法定性、定位檢測的目的；該實施方案可用于相似產品結構或領域的潛在焊接故障檢測，具有推廣及借鑒意義。