電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷研究

劉洋

摘要：近年來，我國(guó)電子產(chǎn)品飛速發(fā)展，完善了電子控制技術(shù)，完善了電力機(jī)車的運(yùn)行技術(shù)，改善了其功能，電力機(jī)車內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。是高效率、低污染的鐵路運(yùn)輸力。車載牽引供電系統(tǒng)是電力機(jī)車的主要設(shè)備之一，變壓器是列車供電系統(tǒng)的核心部件之一。運(yùn)行質(zhì)量直接取決于鐵路的安全暢通。提高變壓器的性能和維護(hù)水平，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，保證變壓器的良好質(zhì)量，避免立機(jī)破臨修。在我國(guó)鐵路的發(fā)展方面，電力機(jī)車的交流傳動(dòng)將成為我國(guó)開發(fā)利用的主流機(jī)車。電機(jī)交流牽引是主要設(shè)備之一，它對(duì)整個(gè)列車的安全運(yùn)行很重要。因此，必須考慮電機(jī)交流牽引的故障研究。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車;交流牽引;電機(jī)故障

隨著電力電子設(shè)備的快速發(fā)展和電力機(jī)車設(shè)備的發(fā)展，其運(yùn)行變得越來越復(fù)雜。除了快速、經(jīng)濟(jì)、舒適的條件外，安全性也是鐵路交通系統(tǒng)的重要指標(biāo)，也是高速鐵路發(fā)展的基礎(chǔ)和命脈。安全性和可靠性是高速鐵路系統(tǒng)發(fā)展中的重要問題，但鐵路運(yùn)輸安全在整個(gè)系統(tǒng)中起著核心作用，列車中設(shè)備的監(jiān)控和診斷是行車安全的重要措施。

1設(shè)備診斷技術(shù)的基本方法

設(shè)備故障的復(fù)雜性以及設(shè)備故障與癥狀之間的關(guān)系是一個(gè)診斷過程。設(shè)備故障診斷不僅與故障本身有關(guān)，也與故障的解決方式有關(guān)。由于故障診斷的復(fù)雜性，不能使用一種方法，而多種方法采用。應(yīng)仔細(xì)考慮所有可用于故障診斷的方法，包括有助于故障診斷的原則、方法和技巧。這使得故障診斷方法多學(xué)科交叉特點(diǎn)。通常有如傳統(tǒng)故障處理方法、智能故障處理方法、數(shù)學(xué)故障處理方法等。文本對(duì)幾種類型的故障模式執(zhí)行智能處理，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，其他故障有可能發(fā)生在牽引電機(jī)中。

2交流電力機(jī)車常見故障

隨著鐵路行業(yè)的迅猛發(fā)展，在復(fù)雜的高速鐵路上提供安全行駛已成為鐵路部門的工作中心，機(jī)車的狀況取決于機(jī)車上人員的生命和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如果機(jī)車發(fā)生故障，這可能會(huì)帶來災(zāi)難性的后果，并對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。機(jī)車的安全運(yùn)行依靠先進(jìn)的故障檢測(cè)和診斷技術(shù)，并準(zhǔn)確了解機(jī)車部件和常見故障類型對(duì)故障診斷很重要。機(jī)車組件復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)相互作用，使其動(dòng)態(tài)，功率極其復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，但存在層次性。基于交流電力機(jī)車有四種故障類型：電氣、機(jī)械故障、空氣管路和制動(dòng)器故障等。

3電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的基本方法

交流牽引電機(jī)相關(guān)的故障診斷是廣泛的，很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，包括、人工智能、模式設(shè)置和信號(hào)處理、電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)和現(xiàn)代控制理論。由于交流牽引電機(jī)故障的復(fù)雜性與電機(jī)故障和故障癥狀之間的關(guān)系非常復(fù)雜，因此在電機(jī)故障診斷方面有幾種探索性的可能性。電機(jī)故障診斷技術(shù)的研究花更多的時(shí)間和精力，而不僅僅是故障本身。由于故障處理程序的復(fù)雜性和過程十分繁瑣，不可能用單一故障處理和分析方法來解決問題，研究和分析也是以不同的方式進(jìn)行的。換句話說，故障診斷方法必須合理使用，因此在尋找故障診斷的方法、手段和原理時(shí)，相關(guān)內(nèi)容必須在廣泛多類學(xué)科中探討，這也有助于故障診斷的一個(gè)關(guān)鍵特征。（1）交流牽引電機(jī)傳統(tǒng)故障診斷。電機(jī)故障首先化學(xué)和物理手段時(shí)直接地檢測(cè)化學(xué)和物理現(xiàn)象;在實(shí)際故障征兆過程中，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，信號(hào)中的特征信息被提取，故障信號(hào)基于該信號(hào)被捕獲，并且故障被診斷。由于各種故障現(xiàn)象和電機(jī)故障之間沒有統(tǒng)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種故障處理方法往往需要工作人員進(jìn)行多次求解和探索。（2）人工智能故障診斷方法。基于傳統(tǒng)診斷方法的人工智能集成方法及理論。是更智能的電機(jī)故障診斷方法為其開辟了新的途徑，廣泛應(yīng)用于實(shí)踐，主導(dǎo)了電機(jī)故障診斷的總體方向。（3）采用數(shù)學(xué)方法故障診斷。交流牽引電機(jī)故障處理技術(shù)仍是一門尚未成熟的學(xué)科，需要進(jìn)一步發(fā)展和完善，需要在各個(gè)學(xué)科廣泛集成和利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，尤其是數(shù)學(xué)工具的有效使用。包括基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法、基于概率統(tǒng)計(jì)的診斷方法和基于模型識(shí)別的診斷方法。

4電力機(jī)車交流牽引電機(jī)故障診斷的背景與意義

在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，除了舒適性、經(jīng)濟(jì)性和速度指標(biāo)外，安全性也是另一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它也是鐵路發(fā)展的生命線和基礎(chǔ)。鐵路系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展需要解決一個(gè)重要的可靠性和安全性問題。然而，在鐵路安全系統(tǒng)中，交通安全是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，這就要求相關(guān)人員對(duì)列車上的設(shè)備進(jìn)行故障診斷和維修控制。其跨越式發(fā)展模式，有利于交流傳動(dòng)電力機(jī)車的發(fā)展和應(yīng)用。如AC400型機(jī)車在我國(guó)首次開發(fā)，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)走出AC機(jī)車時(shí)代，有效促進(jìn)了我國(guó)機(jī)車技術(shù)的發(fā)展。與直流電力機(jī)車相比，交流電力機(jī)車的范圍更廣，功率因數(shù)更高，牽引力更大，粘著性更大，恒功率范圍更大。在電力機(jī)車中，牽引電機(jī)是非常重要的一部分，但也有很多故障零件，這些故障與行車安全密切相關(guān)，整個(gè)列車的行車安全取決于交流牽引電機(jī)的行車安全。因此，診斷交流牽引電機(jī)故障很重要，同時(shí)牽引電機(jī)的工作環(huán)境很差，運(yùn)行條件很差，如果電機(jī)在運(yùn)行期間能保持良好的工作能力，有利于牽引電機(jī)的正確維護(hù)、保養(yǎng)和運(yùn)行，定期維護(hù)保養(yǎng)，不僅能延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

（1）定子故障及診斷。其中包括短路匝間、接地繞組和相位之間短路等。主要原因是牽引電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行、用于絕緣磨損的原因，或者絕緣因工作環(huán)境中粉塵和濕度等物質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間接觸而擊穿，絕緣損壞是電路在各種機(jī)械沖擊和電磁影響下發(fā)生故障的現(xiàn)象，主要是局部故障它在過熱、不對(duì)稱相電流和振動(dòng)加強(qiáng)是交流牽引電機(jī)常見的故障。當(dāng)繞組匝間發(fā)生故障時(shí)，由于很難分析短路故障，定子繞組的故障分析進(jìn)度比較慢。當(dāng)定子繞組匝間發(fā)生短路時(shí)，轉(zhuǎn)子電流中產(chǎn)生相應(yīng)的特征頻率分量，定子電流中通過定子和轉(zhuǎn)子繞組的耦合作用產(chǎn)生恒定的諧波分量。基于多回路理論，建立了定子轉(zhuǎn)子繞組電壓方程，在定子匝間故障的情況下改變了繞組電感，電流特性諧波是通過定子轉(zhuǎn)子間基于定子電流諧波的相互感應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

（2）軸承故障的診斷。牽引電機(jī)軸承由外內(nèi)環(huán)、保持架和滾動(dòng)組成。外內(nèi)環(huán)分別固定在轉(zhuǎn)軸和機(jī)座。電機(jī)運(yùn)行運(yùn)行時(shí)，外環(huán)不能根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)內(nèi)環(huán)。滾動(dòng)體應(yīng)具有在內(nèi)外環(huán)之間滾動(dòng)的。軸承可能有壓力痕跡、裂紋和磨損，如果軸承安裝、沖擊、異物掉落或沒有潤(rùn)滑。軸承故障通常是不可修復(fù)性的，所以盡量在早期發(fā)現(xiàn)軸承異常，并在軸承故障前更換軸承。

（3）檢查和維護(hù)。機(jī)車的每一部分都在交流電力機(jī)車運(yùn)行期間受到腐蝕、振動(dòng)、摩擦和自然老化等因素的影響而逐漸磨損，機(jī)車一段時(shí)間后就會(huì)故障發(fā)生，無法正常運(yùn)行。采取有計(jì)劃的維護(hù)保養(yǎng)措施，保證機(jī)車可靠運(yùn)行，提高機(jī)車運(yùn)行質(zhì)量。交流機(jī)車是一種新型鐵路機(jī)車引入我國(guó)。為了保證機(jī)車的安全運(yùn)行，有必要實(shí)施新的機(jī)車維修系統(tǒng)。電力機(jī)車的維修與保養(yǎng)直接關(guān)系到機(jī)車的能耗、運(yùn)輸質(zhì)量和能耗。不斷完善維修技術(shù)提高機(jī)車維修水平。此外，機(jī)車空勤人員應(yīng)做好機(jī)車維修工作，在日常維修基礎(chǔ)上定期執(zhí)行維修計(jì)劃，檢查、修理和更換機(jī)車零部件。

結(jié)束語(yǔ)：近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，鐵路建設(shè)迅速發(fā)展，鐵路安全運(yùn)營(yíng)問題日益凸顯。我國(guó)鐵路是一種跨越式發(fā)展的模式，對(duì)交流電力機(jī)車的開發(fā)和應(yīng)用是有利的。

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