铁路交流牵引电机故障诊断技术研究及应用

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摘要：摘要：铁路交流牵引电机恶劣的工作环境容易发生故障，針对故障高机车车辆需要通过先进的技术手段得以排查或维修。因此，对牵引电机的故障类型做重点，分析电机的电机绝缘和轴承因在运行时所发生的故障，进行优质化诊断。 关键词：铁路;机车车辆;牵引电机;故障诊断; 1

　　摘要：铁路交流牵引电机恶劣的工作环境容易发生故障，針对故障高机车车辆需要通过先进的技术手段得以排查或维修。因此，对牵引电机的故障类型做重点，分析电机的电机绝缘和轴承因在运行时所发生的故障，进行优质化诊断。

　　关键词：铁路;机车车辆;牵引电机;故障诊断;

　　1 概述

　　牵引电机作为轨道交通列车的动力来源 ，目前干线铁路大部分都是交流电机了，只有少数韶山型机车是直流电机。地铁也是交流异步和永磁同步。直流技术成熟，控制简单;交流设备简单，便于维修，可往大功率做。直流转矩脉动大，要电刷，维修不方便;交流控制较困难，终极控制目标也就是直流的效果，振动噪声小。直流是历史，交流是未来。直流优点是成熟可靠，交流优点是有潜力，有未来同步机和异步机命名是根据转子转速和旋转磁场的速度是否一致来判定，速度一致就是同步机，转子速度小于磁场速度就是异步机。两者各有优点和缺点。电机的转速小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率， ns为磁场转速，n为转子转速。原理我就不介绍，可以自行百度。异步机基本都是用于电动机。特点结构简单，运行稳定，调速性能好，价格便宜。缺点：功率因数低，对电网有影响，调速装置复杂。不过随着电力电子技术的发展，调速装置已经不是问题，调速性能和直流机差不多了。

　　2 牵引电机常见故障类型

　　2. 1 定子绝缘故障

　　牵引电机定子绝缘故障用于电动机时，主要用于低速大型设备，如煤矿的提升机，轧钢机，其主要特点就是转速和频率的关系固定，不随负载变化，因此很多精密调速和稳定速度的场合用的比较多。对于采用电励磁方式的同步机，可以改善电网的功率因数。目前永磁同步机是各国研究的热点。也是新能源汽车研究的一个方向。铁路行业没有采用主要是因为励磁问题和启动问题，励磁必须用直流，这在铁路上就需要将交流转换成直流，这需要一套转换装置，调速还需要一套变频装置，无形中增加了复杂程度，同时占用空间;启动困难，主要有几种：异步机带动，异步机还要供电，还要占空间。其次异步启动法，先异步机方式工作，接近同步是加入励磁进入同步，控制复杂，第三章变频启动，大容量的同步机基本需要好几次变频才能够起来。这些都不是很适合铁路车辆使用。因而限制了他在该领域的应用。磁同步机是个很好的研究方向，永磁体退磁的问题和磁场绝缘的问题等对于车辆运行中的影响还很值得去研究。

　　2. 2 轴承故障

　　牵引电机轴承工作环境复杂多变，感应电机实在太方便了有木有，先不说体型，励磁方式直接使用三相交流电励磁形成旋转磁场，再说调速方式，自从电力电子技术的高速发展，现在的交流传动技术使用整流器搭配调制的传动装置既能提供动力又能反馈到电网。轴承原因载荷过小会造成轴承内部的力矩过小无法驱动滚动体旋转，从而引起滚动体在滚道上打滑。轴承的最小载荷：球轴承P/C=0.01;滚子轴承P/C=0.02。针对该问题，采取的措施包括施加轴向预紧力(预紧弹簧-球轴承);必要时需要做加载试验，尤其对于圆柱滚子轴承，应确保试验工况接近实际运转工况;改善润滑条件，增加润滑可以暂时缓解打滑现象(部分应用中);使用发黑处理的轴承，但不能降低噪音;选择较低承载能力的轴承。

　　3 电机定子绝缘故障诊断方法

　　3. 1 在线诊断方法

　　线圈的主绝缘线圈对机身和其它绕组间的绝缘，习惯上也叫对地绝缘。匝间绝缘同一线圈的匝和匝之间的绝缘。股间绝缘同一匝内各股线之间的绝缘，一般为绕组电磁线本身的绝缘。排间绝缘是并联几排导线的绝缘。电机绝缘结构是起隔电作用，但有些也起机械支撑、固定作用，在长期运行过程中，电机绝缘受到电、热、机械力的作用和不同环境条件的影响，绝缘会逐渐老化，最终丧失其应有的性能.导致绝缘击穿，不能继续安全进行，因此电机运行的可靠性及寿命在很大程度上由线圈绝缘性决定的，所以人们把线圈比作电机的心脏。常用电机线圈绝缘损坏的基本因素有热、电、机械力及环境条件的影响。主要是槽形嵌线方式绝缘材料和绝缘处理工艺。

　　3. 2 离线诊断方法

　　牵引电机绝缘为多层介质小型电机定子槽形视容量和电压及绕组形式而定，小型低压电机一般都采用半闭口槽。高压电机指3KV及以上的交流电动机和发电机。主要是确定匝间绝缘、槽部绝缘、端部绝缘及引线绝缘。绝缘通常由云母、补强材料和粘合剂三种材料组成，主绝缘改进主要提高其粘合剂的耐热性及电机性能。同步机凸极式转子线圈的两种结构形成，是多层多匝磁极线圈和单层多匝磁极线圈。同步机隐极式转子线圈有连续式.半匝式和单层同心式.

　　3.3电机轴承故障诊断方法

　　安装过程导致的轴承表面拉伤，会造成轴承运行时的噪音，同时成为进一步失效的开始，该问题在分离型柱轴承中比较常见。为了防止这类问题的发生，对于圆柱滚子轴承，建议安装时不要直接推入，而是慢慢旋转着推入，这样可以减轻相对滑动;也可以制作一个导向套，这样可以有效避免安装时的磕碰。深沟球轴承，安装力施加在紧配合的套圈上，避免安装力通过滚动体。假性布氏压痕。该问题的表象是滚道表面有类似于安装不当形成压痕，在主要压痕旁边也有很多次要压痕。且与滚子等间距。这是典型的振动所致。其主要原因是电机长时间处于静止状态或长距离运输途中，长期的低频微小振动引起轴承滚道出现微动腐蚀现象。预防措施是在电机出厂包装时对电机轴的固定需要进一步完善，对于长期不使用的电机，定期的对轴承进行盘车。轴承安装偏心会增大轴承接触应力，还易导致运转过程中保持架与套圈及滚子的摩擦，带来噪音和振动。导致该问题的原因包括轴弯曲、轴或者轴承座挡肩处有毛刺、轴上螺纹或者锁紧螺母不能完全压紧轴承端面、对中较差等。为了防止该问题的发生，可通过检查轴及轴承座的跳动、同一次装夹加工轴及螺纹、使用高精度的锁紧螺母、使用对中仪器对中等措施加以解决。润滑不良除了引起噪音，还会损伤滚道。包括润滑不足，杂质及老化的油脂等影响。预防对策包括选择合适的润滑脂、选择合适的轴承配合，并制定合适的加脂周期及加脂量。深沟球轴承的轴向游隙远大于径向游隙，约8～10倍。两个深沟球轴承的布置中，通过弹簧预紧，来减小运转初期游隙带来的噪音;保证1～2个滚动体不受力即可。预紧力应达到额定动载荷Cr的1-2%，初始游隙变化后需要适当调整预紧力。主要原因是由于轴承套圈与配合面相对运动摩擦引起的发热引起轴承的额外温升。可以通过检查各控制轴及座的圆度和圆柱度，选用更紧的配合解决。电腐蚀的表象是在滚子和滚道上有粗糙的斑点。通过电子显微镜可以明显观察到。滚道上有灰色带状凹槽。为了防止该问题的发生，在绝缘轴承轴承安装过程中不建议使用感应加热器，推荐使用烘箱加热轴承。这是由于涂层材料的导热与套圈材料不同，绝缘层导热比较慢，容易导致轴承过热。另外，由于绝缘涂层质脆，切忌用榔头等硬物直接敲击轴承，以避免破坏陶瓷绝缘层。润滑剂失效现象是对于使用铜保持架轴承，发现油脂发绿;属润滑脂中水份含量超标，导致铜绿。故障表象为轴承烧死，油脂炭化，保持架碎裂，滚道出现凹坑，套圈断裂等。分析原因包括为高温运行;导致该问题的轴承热源，如轴承内部润滑、游隙和内部损伤;外部原因包括意外摩擦，端盖与轴表面的意外摩擦是导致非驱动端轴承额外温度升高。

　　4结论

　　综上所述，对于电机定子绝缘故障诊断存在一定漏判、电机定子绝缘故障诊断误判情况。最终实现牵引机及部件的检测、趋势和运维 ，具有较大的市场前景与工程应用价值。

　　参考文献

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