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1、和諧型機車牽引電機常見故障原因與處理 目 錄 摘 要 I 第1章 緒 論 1 1.1 早期發(fā)展階段 1 1.2 近代發(fā)展階段 1 第2章 交流電機的結(jié)構(gòu)組成 3 2.1 定子 3 2.2 轉(zhuǎn)子 4 2.3 軸承 6 2.4 端蓋 6 2.5 傳感器 6 第3章 交流電機的工作原理及特性 8 3.1 交流電動機的工作原理 8 3.2 旋轉(zhuǎn)磁場 8 3.3 轉(zhuǎn)差率 9 3.4 交流電動機機械特性 9 3.5 電機型號字母表示的含義 10 3.6 交流電機的優(yōu)點 10 第4章 牽引電機的檢修工藝 11 4.1

2、檢修工藝特點 11 4.2 采用“三新”技術(shù)使用情況 12 4.3 傳統(tǒng)的故障診斷方法 12 4.4 故障的智能診斷方法 12 第5章 交流牽引電機故障及其分析 14 5.1 交流牽引電機常見故障 14 5.2 交流牽引電機常見故障的機理分析 15 5.3 改進措施 16 5.4 牽引用鉛酸蓄電池使用須知及注意事項 16 第6章 電動機維護保養(yǎng) 18 6.1 啟動前的準備和檢查 18 6.2 電動機的日常維護 18 6.3 電機的定期維護和保養(yǎng) 19 第7章 結(jié)論與建議 20 致 謝 21 參考文獻 22

3、 摘 要 隨著列車向高速化方向發(fā)展，鐵路行車安全的重要性越來越突出。在我國鐵路跨越式的大背景下，交流傳動電力機車作為核心設(shè)備之一，它的安全運行關(guān)系到整個列車的行車安全，因此開展對交流牽引電機的研究是非常必要的。 交流牽引電機作為車輛驅(qū)動的發(fā)動機是國際上二十世紀八十年代發(fā)展起來的先進牽引技術(shù)。它以十分顯著的優(yōu)良特性在德、日、法等經(jīng)濟發(fā)達國家迅速發(fā)展，很快取代了傳統(tǒng)的直流牽引電機。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，可以對交流牽引電機進行平穩(wěn)可靠的無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達1：1000，比直流調(diào)速范圍更大，尤其是沒有了直流電機換向器的存在，因而克服了直流

4、電機的許多弊端，交流牽引電機與直流電機相比，結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小、重量輕，更適合車輛對電機的安裝空間和重量等方面的要求，更重要的是交流牽引電機因具有功率大、過載能力強、噪聲小、調(diào)速范圍寬、再生制動力巨大、可防止車輪打滑、可靠性高、維護方便、平穩(wěn)舒適、節(jié)電等優(yōu)點，成為現(xiàn)代城市軌道交通牽引機車驅(qū)動電機的首選產(chǎn)品。 本文對造成牽引電機的主要故障原因進行深入分析，提出在檢修運用中相應(yīng)的解決對策，希望能對牽引電機運用的可靠性和安全性起到積極作用。 關(guān)鍵詞: 交流牽引電機; 故障原因; 處理措施 第1章 緒 論 1.1 早期發(fā)展階段 18

5、91~1892年德國西門子公司試驗成功了三相交流電源直接供電的最早的繞線式轉(zhuǎn)子異步牽引電動機。1898年德國西門子公司在一臺兩軸車上安裝了變壓器，并由三根架空線提供10kV、50Hz的三相交流電。該車采用了三相繞線式異步牽引電動機。1903年德國試驗線上交流傳動車輛的最大速度達 到210km/h，采用的是繞線式異步牽引電動機。1917年德國試制成功采用“劈相機”將單相交流供電進行旋轉(zhuǎn)、變換為三相交流電的試驗車，采用的是三相異步牽引電動機。1943年匈牙利國鐵定購的機車和1955年法國國營鐵路的一臺樣車上都裝有旋轉(zhuǎn)變頻機組，但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機組體積龐大，這2種機車都沒有繼續(xù)發(fā)展下去。1955

6、年水銀整流器機車問世，標志著電力牽引電傳動交直技術(shù)實用化的開始，使電力牽引交流傳動技術(shù)的早期發(fā)展階段終告結(jié)束用于交流傳動的牽引電動機的研制也告一段落。 1.2 近代發(fā)展階段 1964年分諧波控制的逆變器（即現(xiàn)在的脈寬調(diào)制逆變器）的出現(xiàn)使電力牽引系統(tǒng)發(fā)生了根本性的技術(shù)革命，交流傳動技術(shù)發(fā)展進入了一個新的時代。1971年德國研制成功第1臺交流傳動內(nèi)燃機車，采用三相異步電動機。1980～1987年間研制了4臺DE2500交流傳動內(nèi)燃機車（德國），改裝了12001交流傳動電力機車（瑞士）對不同供電方式下的PWM逆變器—異步牽引電機系統(tǒng)在轉(zhuǎn)差—電流控制下的機車性能進行了多方面的試驗，結(jié)果向世人

7、展示了交流傳動系統(tǒng)的意想不到的優(yōu)越性，這些機車采用的是三相異步牽引電動機。1983年研制成功BR120型交流傳動干線電力機車，這是交流傳動機車發(fā)展史上的一個重要里程碑，標志著交流傳動技術(shù)走向成熟階段，其采用了三相異步牽引電動機。1988年德國西門子ICEV動車創(chuàng)造了407km/h的世界第一速，采用的是三相異步電動機。80年代至今，隨著磁場定向控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等交流傳動控制技術(shù)的發(fā)展，德國、法國、日本、美國等各國已研制出多種型號的交流傳動電力機車、交流電傳動內(nèi)燃機車和高速電動車組隨著經(jīng)濟的發(fā)展,鐵路建設(shè)迅速發(fā)展,鐵路運行安全的重要性日益著。交流傳動電力機車在我國鐵路跨越式發(fā)展的背景下將成為開發(fā)

8、應(yīng)用的主流機車。牽引電機作為交流電力機車的核心部件之一,其工作環(huán)境惡劣、負載變換頻繁、動力作用大等因素使牽引電機較易出現(xiàn)故障。牽引電機的安全運行關(guān)系到整個列 車的行車安全,展開交流牽引電機的故障診斷具有重要意義 中國是人口大國，交通運輸?shù)哪芰χ陵P(guān)重要，鐵路具有運載量大，速度快等特點，符合我國的現(xiàn)狀，國家正大力發(fā)展鐵路行業(yè)，有效的緩解了交通壓力，為中國的經(jīng)濟又好又快發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。近年來，我國大面積，大幅度的提高現(xiàn)有電氣化鐵道的運行速度，主要干線逐步達到160200KM/h，x年，京滬高速鐵路開工建設(shè)，設(shè)計時速350公里，將成為我國第一條高速鐵路，我國電氣化鐵道總里程達到26000公里。

9、由于牽引電機的工作條件惡劣，其軸承常見故障癥狀有保持架鉚釘松動、斷裂或外圍擋邊偏磨，滾性及滾道剝離、灼痕、拉傷、裂紋、歪磨或徑向間隙增大，內(nèi)圈松動或咬死，軸電流電蝕及潤滑脂變質(zhì)，軸承甩油箱松動變形等。因此往往引起振動及噪聲增大，導(dǎo)致小齒輪碰撞磨損、繞組絕緣損傷、聯(lián)接線斷裂、換向不良、引起接地或環(huán)火、甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子咬死難于轉(zhuǎn)動而裂軸等惡性事故 。牽引電機作為牽引傳動系統(tǒng)的核心部件，其運行特性對機車的運行特性起著關(guān)鍵性的作用，其故障也對機車的運行安全有著極大的影響，因此對其故障的產(chǎn)生原因進行調(diào)查分析，找到解決的措施，提高其工作可靠性，從而保證機車的安全運行。

10、 第2章 交流電機的結(jié)構(gòu)組成 交流電機的基本結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、端蓋，傳感器、接線盒等構(gòu)成。如圖2.1所示。 圖2.1交流電機的結(jié)構(gòu)組成 2.1 定子 電機中固定的部分叫做定子，在其上面裝設(shè)了成對的直流勵磁的靜止的主磁極，電動勢充當旋轉(zhuǎn)磁場，后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進行能量轉(zhuǎn)換，以定子繞組的形狀與嵌裝方式區(qū)分。1 定子是電動機靜止不動的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機座三部分組成。定子的主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 定子鐵芯:是電機磁路的一部分，定子鐵芯內(nèi)圓上均勻開有槽，安放定子繞組。 機座:是用作固定與支撐定子鐵芯。 定

11、子繞組:是電機電路部分，它由三個在空間相差120電角度、結(jié)構(gòu)相同的繞組連接而成，按一定規(guī)律嵌放在定子槽中。 繞組分類：定子繞組根據(jù)線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類： ⑴集中式繞組 集中式繞組應(yīng)用于凸極式定子，通常繞制成矩形線圈，經(jīng)紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后，嵌裝在凸形磁極的鐵心上。一般換向器式電動機(包括直流電機和通用電動機)的激磁線圈以及單相罩極式凸極電動機的主極繞組都采用集中式繞組。 集中式繞組通常每極有一只線圈，但也有采用庶極(隱極)形式的，如框架式罩極電動機就是用一只線圈形成兩極的電動機。 ⑵分布式繞組 分布式繞組的電動機定子沒有

12、凸形極掌，每個磁極由一個或幾個線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組，通電后形成不同極性的磁極，故也稱隱極式。根據(jù)嵌裝布線排列形式的不同，分布式繞組又可分為同心式和疊式兩類。 ①同心式繞組 同心式繞組是由幾個形狀相似但大小不同的線圈，按同一中心位置嵌裝成回字形狀的線圈組。同心繞組可根據(jù)不同的布線方式而構(gòu)成雙平面或三平面繞組。一般單相電動機及部分小功率或大跨距線圈的三相異步電動機的定子繞組采用這種型式。 ②疊式繞組疊式繞組一般是由形狀、大小相同的線圈，分別以每槽嵌裝1個或兩個線圈邊，并在槽外端部逐個相疊均勻分布的形式。疊式繞組又分單層疊式和雙層疊式兩種。每槽只嵌入一個線圈邊的為單層疊式

13、繞組，或稱單疊繞組；每槽嵌入兩個屬不同線圈組的線圈邊時是分置于槽中上、下層，為雙層疊式繞組，或稱雙疊繞組。根據(jù)嵌裝布線方式變化不同，疊式繞組又可派生出交叉式、同心交叉式以及單雙層混合式等型式。目前，一般功率較大的三相異步電動機定子繞組較多采用雙層疊式；而小電機則多用單層疊式繞組中的派生型式，但極少采用單層疊式繞組。單層繞組一般用在10kW以下的電機，雙層短距繞組用在較大容量的電機中。 2.2 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分。它由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，在通入勵磁電流,由于轉(zhuǎn)子在原動力的作用下旋轉(zhuǎn),則會產(chǎn)生交變的磁場，定子的三相繞組依次切割磁力線.就會感應(yīng)出大小相等

14、,相差120電角度的交流電動。6 ⑴轉(zhuǎn)子繞組 交流異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分鼠籠型與繞線型兩類。鼠籠型結(jié)構(gòu)較為簡單，一般由合金鋁澆注人轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)并由兩端端環(huán)短接而成；也有用銅條嵌入再焊上銅質(zhì)端環(huán)的。為了改善起動性能，鼠籠型又可制成深槽式及雙鼠籠等特殊型式。繞線型轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，它除可用上述各式繞組外，還可用波形繞組。波形繞組是由單匝或幾匝的桿形單元線圈，嵌裝后由兩個元件在端部焊接成一只線圈，并形成整個繞組，其布接線原理與上述繞組不同，但外形與雙層疊繞組相似。波形繞組常應(yīng)用于大型的交流電動機轉(zhuǎn)子繞組及直流電動機的電樞繞組。 ⑵定子繞組　　 定子繞組不同的接線形式可以形成不同的極

15、性，電動機根據(jù)其極性關(guān)系，可分為顯極式與庶極式兩種類型。 ①顯極式繞組 一臺具有四個凸極的電動機定子，它的每只線圈形成一個磁極；而且相鄰兩只線圈所形成的極性不同；在四個凸極上就形成了四個磁極。所以，在顯極式繞組中，每組線圈形成一個磁極，即繞組的線圈組數(shù)與磁極數(shù)相等。此外，為使相鄰磁極能呈N、s極性成對存在，則必須使相鄰兩組線圈里的電流方向相反。因此相鄰兩個線圈組的連接方式必須是反接串聯(lián)，也就是電工術(shù)語稱之為“頭接頭”、“尾接尾”。 實際上，除直流電機及單相凸極式罩極電動機外，一般定子都沒有凸出的極掌。本圖是為了較形象地說明問題而采用示意的畫法。 ②庶極式繞組 相鄰兩組

16、線圈的極性是相同的，都是s極，由于同極性相斥的原理，使線圈形成的磁場經(jīng)相鄰?fù)箻O返回構(gòu)成閉合磁路；從而使沒有線圈的凸極上產(chǎn)生異極性N磁極。所以，在庶極式繞組中，每個線圈組將形成一對磁極，每相繞組的線圈組數(shù)為磁極數(shù)的一半。 在庶極式繞組中，因為每組線圈所產(chǎn)生的磁極極性都相同，因而所有線圈里的電流方向都相同，即相鄰兩個線圈組是順接串聯(lián)，這種接線方式便是電工俗稱的“首尾相接”，即“尾接頭”連接。 電機繞組是由線圈組構(gòu)成一相或整個電磁電路的組合體；而線圈組則由一個或多個線圈順接串聯(lián)而成。因此線圈是電動機繞組的基本元件，也是以絕緣導(dǎo)線(圓形或矩形截面導(dǎo)線)按一定形狀繞制而成。線圈可以是一匝，也

17、可由數(shù)百上千匝繞成，其匝數(shù)的多少主要取決于電源電壓和電動機電磁部分的參數(shù)，并由計算確定。 電動機線圈的形狀有多種，但其基本結(jié)構(gòu)由三部分組成，即嵌入鐵心槽內(nèi)的直線部分稱有效邊，而一只線圈有兩個有效邊，是產(chǎn)生電磁能量轉(zhuǎn)換的有效部分；連接兩有效邊的部分，在線圈嵌裝后處于鐵心兩端槽外，稱線圈端部，它是線圈構(gòu)成必不可少的部分，但不能作能量轉(zhuǎn)換；引線是線圈繞制后的首、尾線頭，也是引接線圈電流的連接點。 集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電動機定子絕大部分都是應(yīng)用分布式繞組，根據(jù)不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電動機各自設(shè)計采用不同的繞組型式和規(guī)格，故其繞組

18、的技術(shù)參數(shù)也不相同。 2.3 軸承 人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，在電機上即使使用最好的軸承或進口軸承，效率其也不高，這就關(guān)系到電機進口軸承的使用和選擇問題。電機軸承的壽命是與制造、裝配，使用都緊密聯(lián)系的，必須在每個環(huán)節(jié)都做好，才能使軸承處于最佳的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而延長電機軸承的使用壽命。4 2.4 端蓋 端蓋一般是指軸向尺寸大于徑向尺寸的電機兩端的蓋子，主要作用是確定轉(zhuǎn)子的軸的空間位置，當然需要與不同形式的軸承配合，通過端蓋連接到固定電機定子的外殼上，保證轉(zhuǎn)子與定子的間隙，一般是鑄鐵工藝，小電機也可以板材沖壓成型。 2.5 傳感器 分兩大類：直流和交流電流傳感器。 按用途可分為：

19、工業(yè)傳感器工業(yè)產(chǎn)品電流電壓測量解決方案。用于控制、校準以及過流保護和監(jiān)控。 ⑴鐵路傳感器 為鐵路行業(yè)提供瞬時電流電壓檢測，主牽引和輔助變頻的控制和保護。 ⑵自動化傳感器 用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的電量傳感器，提供瞬時值，RMS，真RMS信號可以直接輸入PLC，二次儀表或其他儀器。這些傳感器有開口和固定兩種磁芯，有盤式和導(dǎo)軌等不同的安裝方式。通常用于電機保護、電源監(jiān)控等領(lǐng)域。 ⑶大電流傳感器 用于冶鋁、氯堿、有色金屬冶煉等行業(yè)直流大電流的測量、控制與保護，電流測量范圍可以測量500KA。精度高，工作溫度范圍寬廣。 電流傳感器因廠家不同有各自的技術(shù)類型，選擇電流傳感器時主要要選

20、擇好電流、精度、帶寬等值。生產(chǎn)電流傳感器的廠家很多，也有很多國外的品牌。我使用的是LEM。感覺不錯，售后一般。技術(shù)支持很不錯。 第3章 交流電機的工作原理及特性 交流電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。9 3.1 交流電動機的工作原理 當三相異步電機接入三相交流電源(各相差120度電角度)時，三相定子

21、繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場以同步轉(zhuǎn)速n0沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)。 該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。 根據(jù)電磁力定律，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感生電流。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子產(chǎn)生的磁場磁場中受到電磁力作用(力的方向用左手定則判定)，電磁力對電機轉(zhuǎn)子軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。由于沒有短路環(huán)部分的磁通比有短

22、路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先，電機轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。7 3.2 旋轉(zhuǎn)磁場 定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如圖3.1所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。 圖3.1 旋轉(zhuǎn)磁場 定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩(稱電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見，它的方向與

23、定子旋轉(zhuǎn)磁場(即電流相序)一致，于是，電動機在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動下，順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱也由此而來。5 　 3.3 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相差的程度。在正常運行范圍內(nèi)，異步電動機的轉(zhuǎn)差率很小，僅在0．01--0．06之間。如圖3.2所示。 圖3.2 電磁力產(chǎn)生原理 3.4 交流電動機機械特性 T-S的曲線圖如圖3.3左；T-n的曲線圖如圖3.3右，即為電動機的機械特性線曲。 圖3.3 電動機的機械特性曲線

24、在機械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運行區(qū)和不穩(wěn)定運行區(qū)。在機械特性曲線的AB段，當作用在電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機能適應(yīng)負載的變化而自動調(diào)節(jié)達到穩(wěn)定運行，故為穩(wěn)定區(qū)。機械特性曲線的 BC段，因電動機工作在該區(qū)段時其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。 3.5 電機型號字母表示的含義 J——異步電動機；O——封閉；L——鋁線纏組；W——戶外；Z——冶金起重；Q——高起動轉(zhuǎn)輪；D——多速；B——防爆；R一繞線式；S——雙鼠籠；K一—高速；H——高轉(zhuǎn)差率。如圖3.4所示。 圖3.4 電機型號字母表示的含義 3.6 交流電機的優(yōu)點 ⑴結(jié)構(gòu)簡單、牢固，維修

25、方便 ⑵功率大、體積小、重量輕 ⑶有良好的牽引性能 ⑷節(jié)省電器設(shè)備，操作簡便 ⑸可以得到更高的功率因數(shù)和更小的電網(wǎng)諧波干擾電流。 第4章 牽引電機的檢修工藝 4.1 檢修工藝特點 1、定子、轉(zhuǎn)子采用高壓熱水無腐蝕性清洗劑清洗，確保清洗干凈無污損。 2、定子、轉(zhuǎn)子按要求進行磁粉探傷，確保大修件無裂紋及缺陷。 3、定子、轉(zhuǎn)子總裝實行工藝跟蹤卡，將每一個重要工序列入受控程序檢查。 4、整個工序中實行自檢、互檢、完工檢三檢制度。 5、對大修件的每一個配合尺寸（包括形位公差）進行細錄對查，如用座標鏜床（加工中心）對抱軸瓦中心線與機座中心

26、線平行度進行加工控制，確保公差要求。 6、電機轉(zhuǎn)子更新軸承，確保運行要求。 7、確保定子磁極之間極距公差及氣隙尺寸要求、磁極螺釘緊固良好。 8、無緯帶損傷者全部更新，電樞繞組及絕緣損傷全部更新。 9、轉(zhuǎn)子換向器壓川螺釘要求冷、熱態(tài)下，檢查、緊固各一次。 10定子、轉(zhuǎn)子沖片有凸片現(xiàn)象，堅持重新更換。 11、定子、轉(zhuǎn)子整體浸漆。電力機車定子嚴格做到真空壓力浸漆。所有轉(zhuǎn)子按工藝程序進行真空壓力浸漆。 12所有轉(zhuǎn)子進行動平衡試驗。 13 轉(zhuǎn)子嵌線后進行氬弧焊焊接。 14 轉(zhuǎn)子嚴格進行TZ、TA、TY、對地絕緣電阻等檢測；定子進行TY檢測，冷態(tài)絕緣電阻、對地絕緣電阻檢

27、查等。 15、定子、轉(zhuǎn)子總裝等工序中按標準要求進行絕緣電阻，對地耐壓等電氣試驗。 16、大修電機除堅持廠內(nèi)試驗外，還嚴格按要求送鐵道部駐株洲機車廠驗收室進行試驗與驗收。 17、油壓減振器大修采用高性能的密封材料，使大修產(chǎn)品達到國外進口產(chǎn)品的同等技術(shù)水平。 4.2 采用“三新”技術(shù)使用情況 1、采用高壓熱水無腐蝕性沖洗劑清洗工藝。 2、采用氬弧焊（TIG）焊接工藝。 3、采用真空壓力H級無溶劑浸漆工藝。 4、采用微機控制的動平衡動態(tài)試驗技術(shù)。 5、轉(zhuǎn)子包線、嵌線采用高強度絕緣結(jié)構(gòu)制造工藝。 6、轉(zhuǎn)子采用H級電工無緯帶綁扎新工藝。 故障診斷是一門綜合性技

28、術(shù),它涉及現(xiàn)代控制理論、信號處理與模式設(shè)別、計算機科學(xué)、人工智能、電子技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計等多種學(xué)科。由于設(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。就設(shè)備故障診斷技術(shù)來說,重點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。 4.3 傳統(tǒng)的故障診斷方法 首先是利用各種物理和化學(xué)原理手段,通過伴隨故障出現(xiàn)的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象,

29、直接檢測故障。其次,利用故障所對應(yīng)的征兆來診斷故障是最常用、最成熟的方法。在診斷過程中,首先分析設(shè)備運轉(zhuǎn)中所獲取的各種信號,提取信號中的各種特征信息,從中獲取與故障相關(guān)的征兆,利用征兆進行故障診斷。由于故障與各種征兆間并不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系,因此利用征兆進行故障診斷往往是一個反復(fù)探索和求解的過程。 4.4 故障的智能診斷方法 在上述傳統(tǒng)的診斷方法的基礎(chǔ)上,將人工智能的理論和方法用于故障診斷。發(fā)展智能化的診斷方法,是故障診斷的一條全新的途徑,目前已廣泛應(yīng)用,成為設(shè)備故障診斷的主要方向。現(xiàn)在國內(nèi)外 已發(fā)展了一系列用于設(shè)備故障診斷的專家系統(tǒng),獲得了很好的效果。故障診斷的數(shù)學(xué)方法設(shè)備故障

30、診斷技術(shù)作為一門學(xué)科,尚處在形成和發(fā)展之中,必須廣泛利用各學(xué)科的最新科技成就,特別要借助各種有效的數(shù)學(xué)工具。包括基于模式識別的診斷方法,基于概率統(tǒng)計的診斷方法,基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法,基于可靠性分析和故障樹分析的診斷方法,以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換、分形幾何等新發(fā)展的數(shù)學(xué)分支在故障診斷中的應(yīng)用等等。 4.5 交流牽引電機故障診斷的基本原理 交流牽引電機故障診斷技術(shù)有很強的工程背景,具有重要的實用價值,并且以深厚的理論為基礎(chǔ)。從本質(zhì)上講,電機故障診斷技術(shù)是個模式分類問題,即把交流牽引電機的運行狀態(tài)分為正常和異常兩類。更進一步,異常的信號樣本究竟又屬于哪種故障,這又屬于一個模式識別問題

31、。從展開的故障診斷流程來看,交流牽引電機故障診斷分為信號采集,信號處理,故障診斷3個階段。 第5章 交流牽引電機故障及其分析 5.1 交流牽引電機常見故障 1、定子匝間短路故障 定子繞組最常見的故障主要包括繞組匝間短路，相間短路和繞組接地等，故障原因主要是由于牽引電機長期運行發(fā)熱，絕緣老化或工作環(huán)境中水分，塵埃等物質(zhì)與絕緣體相互作用，易使絕緣擊穿，以及牽引電機工作中各種電磁力，機械力沖擊作用，也可以使絕緣損壞而造成短路。這種故障的最明顯的標志是繞組出現(xiàn)局部過熱，相電流的對稱性被破壞，轉(zhuǎn)矩降低，蜂鳴和振動加劇。

32、這些故障一旦發(fā)生，不僅導(dǎo)致電機損壞，而且可能導(dǎo)致機車擊破，造成重大損失。 2、轉(zhuǎn)動軸承故障 牽引電機轉(zhuǎn)子的前后兩端由軸承支撐，軸承主要承受徑向力，采用的是球軸承。牽引電機軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)，承受較大的載荷，易發(fā)生故障，故障通常表現(xiàn)為滾珠缺陷，點蝕，內(nèi)外圈破裂等故障。 3、轉(zhuǎn)子偏心 轉(zhuǎn)子偏心故障也是牽引電機常見故障。偏心故障發(fā)生時，轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同轉(zhuǎn)頻的周期性激振力，使振動增大。在譜圖上主要表現(xiàn)為同轉(zhuǎn)頻的頻率分量幅值增加。如果不平衡超標，應(yīng)該進行平衡處理。如果電機轉(zhuǎn)子在加工的過程中存在傷痕等隱患，在運行中，這些裂紋會進一步擴展，從而會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂等

33、災(zāi)難性故障。轉(zhuǎn)子偏心分為靜偏心和動偏心，最小徑向氣隙位置在空間固定的偏心為靜偏心。當轉(zhuǎn)子中線不在旋轉(zhuǎn)中心和最小氣隙隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時，就會出現(xiàn)動偏心。轉(zhuǎn)子偏心會產(chǎn)生不平衡磁拉力，從而引起振動。8 4、電機相間短路 繞組端部的隔極紙或槽內(nèi)層間絕緣放置不當或尺寸偏小，形成極相組間絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，被電磁場行擊穿而短路。 5、轉(zhuǎn)子的斷條 這種故障出現(xiàn)的原因有生產(chǎn)制造過程中的潛伏隱患，運行過程中的疲勞損環(huán)以及啟動、過載運行中有較大的熱負荷、電磁力沖擊等。 5.2 交流牽引電機常見故障的機理分析 1、定子匝間短路故障機理分析 由于定子繞組匝間短路是機車牽引電機較常見的早期

34、故障現(xiàn)象，所以這里將針對定子繞組匝間短路故障進行機理分析。對于定子咋間短路故障的研究人們還遠不如對轉(zhuǎn)子故障的研究，而且也未提出如同檢測轉(zhuǎn)子繞組故障那樣多的和成熟有效的方法以檢測定子繞組故障，原因在于當定子繞組發(fā)生咋間短路故障時，由于電機耦合關(guān)系，在電機轉(zhuǎn)子電流中會感應(yīng)出相應(yīng)的特征頻率分量，但是牽引電機轉(zhuǎn)子電流在電機的運行中的測量是很困難的。初看起來，電機的定子繞組故障檢測似乎不能像轉(zhuǎn)子繞組檢測一樣，可以通過電流信號的頻譜分析來實現(xiàn)。2 2、軸承故障機理分析 由于軸承是牽引電機系統(tǒng)中的一個重要部件，軸承故障所產(chǎn)生的振動會影響電機的磁通變化，這些變化在定子電流中會有一定的反映。因此，利用電流信

35、號對軸承故障有也可以進行故障檢測。表5.1分別列出4種故障的特征頻率。 表5.1 軸承故障振動特征頻率 外環(huán)缺陷故障頻率 Fb=(N/2)Fr1-BDcos(B)/PD 內(nèi)環(huán)缺陷故障頻率 Fb=(N/2)Fr1+BDcos(B)/PD 滾動體缺陷故障頻率 Fb=(PD/BD)Fr1-BDcos(B)/PD2/2 保持架故障頻率 Fb=( Fr /2) 1-BDcos(B)/PD 其中，F(xiàn)r為電機軸承轉(zhuǎn)頻，N為滾珠數(shù)量，BD為滾珠直徑，PD滾珠分布直徑，B為接觸角。 在理想狀態(tài)下，電機氣隙磁通密度波形是對稱的。如果電機軸承發(fā)生故障，則波形將畸變。電機內(nèi)部磁場的畸變會

36、引起電機出線端電流量的變化。通過對電機故障狀態(tài)下磁場的理論分析，獲得的電機滾動軸承故障的釘子電流特征頻率表達式：Fbs=NZFr+-NbFb+-F 其中Z為轉(zhuǎn)子槽數(shù)，F(xiàn)r為電機軸承轉(zhuǎn)頻，F(xiàn)b為軸承頻率，F(xiàn)為電源基波頻率，N=1,2,3 3、轉(zhuǎn)子偏心故障機理分析 對于偏心故障的機理，相關(guān)學(xué)者做了比較深入的研究，主要是分析電機在偏心故障下的氣隙長度與氣隙磁導(dǎo)，計算出氣隙中的磁勢，并根據(jù)氣隙磁勢和氣隙磁導(dǎo)求出氣隙磁通，分析其中產(chǎn)生的各種諧波，從而判定故障是否發(fā)生。 偏心故障的特征頻率分析主要是通過磁場分析，其過程為根據(jù)定轉(zhuǎn)子開槽氣隙磁導(dǎo)和偏心引起的磁導(dǎo)求出聯(lián)合磁導(dǎo)分布，導(dǎo)出系統(tǒng)磁通

37、密度分布規(guī)律，確定故障特征頻率。 5.3 改進措施 為滿足機車對電機的運行要求，并且在尺寸和重量受限制的情況下，Mitrac TM3800F型牽引電機采用如下設(shè)計方式：為滿足尺寸要求，在設(shè)計中采用高的電磁負荷磁參數(shù)，用高耐熱等級的絕緣材料，高的硅鋼片和高強度的轉(zhuǎn)軸等材料，選用高的加工精度要求，為達到這些要求，制造中采用數(shù)控加工，真空壓力浸漆和中頻感應(yīng)釬焊等精細的工藝，為滿足重量要求，在設(shè)計中采用無專門機座的輕量化結(jié)構(gòu)，通過選擇合適的極數(shù)來控制電機重量。3 本電機設(shè)計采用了無座機化定子鐵芯，轉(zhuǎn)子整體感應(yīng)焊接，進口絕緣軸承等技術(shù)。通常為防止尖峰脈沖對電機絕緣的換壞，還采用了耐電暈絕緣材料

38、，這是為防絕緣失效所采用的一項有效措施，為了防止軸電流對軸承的電視，采用了絕緣軸承。 5.4 牽引用鉛酸蓄電池使用須知及注意事項 1、合格的牽引鉛酸蓄電池充、放電次數(shù)不低于750次（每次充電后可連續(xù)使用5-6小時）。 2、電池在使用過程中，應(yīng)避免過放電及長時間大電流放電（例如：叉車長時間工作，電壓低于４2Ｖ甚至叉車不能正常行駛），否則會嚴重影響其使用壽命。 3、電池正常放電后應(yīng)及時充電，充電時應(yīng)避免過充電（例如：為了晚間加班使用，中午進行短時補充電），長時間如此，不但會造成蓄電池組長期充電不足，使用時間短，還會因為低效的充放電次數(shù)積累對電池壽命帶來極大影響。

39、 4、充電過程中，電解液溫度不得超過55℃（充電過程中必須隨時檢測）。 5、經(jīng)常檢查電池液面高度，發(fā)現(xiàn)異常需及時調(diào)整（添加蒸餾水、千萬不能添加電解液）。10 6、 每月應(yīng)對電池進行均衡充電一次（經(jīng)常進行補充電應(yīng)十天進行一次）。 第6章 電動機維護保養(yǎng) 6.1 啟動前的準備和檢查 1、檢查電動及啟動設(shè)備接地是否可靠和完整，接線是否正確與良好。 2、檢查電動機銘牌所示電壓、頻率與電源電壓、頻率是否相符。 3、新安裝或長期停用的電動機啟動前應(yīng)檢查繞組相對相、相對地絕緣

40、電阻。絕緣地那組應(yīng)大于0.5兆歐，如果低于此值，須將繞組烘干。 4、對繞線型轉(zhuǎn)子應(yīng)檢查其集電環(huán)上的電刷裝置是否能正常工作，電刷壓力是否符合要求。 5、檢查電動機轉(zhuǎn)動是否靈活，滑動軸承內(nèi)的油是否達到規(guī)定油位。 6、檢查電動機所用熔斷器的額定電流是否符合要求。 7、檢查電動機各緊固螺栓及安裝螺栓是否擰緊。 上述各檢查全部達到要求后，可啟動電動機。電動機啟動后，空載運行30分鐘左右，注意觀察電動機是否有異?，F(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)噪聲、震動、發(fā)熱等不正常情況，應(yīng)采取措施，待情況消除后，才能投入運行。 啟動繞線型電動機時，應(yīng)將啟動變阻器接入轉(zhuǎn)子電路中。對有電刷提升機構(gòu)的電動機，應(yīng)放下電刷，

41、并斷開短路裝置，合上定子電路開關(guān)，扳動變阻器。當電動機接近額定轉(zhuǎn)速時，提起電刷，合上短路裝置，電動機啟動完畢。 6.2 電動機的日常維護 日常維護對減少和避免電機在運行中發(fā)生故障是相當重要的,其中最重要的環(huán)節(jié)是巡回檢查和及時排除任何不正?，F(xiàn)象的引發(fā)根源.出現(xiàn)事故后認真進行事故分析,采取對策,則是減少事故次數(shù)和修理停歇臺時提高電機運行效率必不可少的技術(shù)工作.電機的日常維護對其正常運行固然非常重要,但運行中的電機往往會遇到許多突發(fā)情況,如短路,過載,斷相等.為了使電機在出現(xiàn)這些情況的條件下不至于被損壞,必須采取一些運行保護措施。 保持電機清潔.電機內(nèi)部不允許進入水珠,油污,灰塵等,并定

42、期清除電機內(nèi)外的灰塵。 注意負載電流不要超過額定值。 注意檢查軸承發(fā)熱,漏油等情況,尤其要按規(guī)定加注潤滑油脂. 6.3 電機的定期維護和保養(yǎng) 為了保證電機正常工作，除了按操作規(guī)程正常使用、運行過程中注意正常監(jiān)視和維護外，還應(yīng)該進行定期檢查，做好電機維護保養(yǎng)工作。這樣可以及時消除一些毛病，防止故障發(fā)生，保證電機安全可靠地運行。定期維護的時間間隔可根據(jù)電機的形式考慮使用環(huán)境決定。 定期維護的內(nèi)容如下： 1、每天清掃一次。 2、檢查和清擦電機接線端子。檢查接線盒接線螺絲是否松動、燒傷。 3、檢查各固定部分螺絲，包括地腳螺絲、端蓋螺絲、軸承蓋螺絲等。將松動的螺母擰緊。

43、4、檢查傳動裝置、檢查皮帶輪或聯(lián)軸器有無裂紋、損壞，安裝是否牢固；皮帶及其聯(lián)結(jié)扣是否完好。 5、電機的啟動設(shè)備，也要及時清擦外部灰塵、泥垢，擦拭觸頭，檢查各接線部位是否有燒傷痕跡，接地線是否良好。 6、軸承的檢查與維護。軸承在使用一段時間后應(yīng)該清洗，更換潤滑脂或潤滑油。清洗和換油的時間，應(yīng)隨電機的工作情況，工作環(huán)境，清潔程度，潤滑劑種類而定，一般每工作3-6個月，應(yīng)該清洗一次，重新?lián)Q潤滑脂。根據(jù)電動機級數(shù)更換潤滑劑（定時更換時：2級電機每三月一次，4級、6級電機每半年一次，8級電機每年一次）.油溫較高時，或者環(huán)境條件差、灰塵較多的電機要經(jīng)常清洗、換油。 7、絕緣情況的檢查。絕緣材料

44、的絕緣能力因干燥程度不同而異，所以檢查電機繞組的干燥是非常重要的。電機工作環(huán)境潮濕、工作間有腐蝕性氣體等因素存在，都會破壞電絕緣。最常見的是繞組接地故障，即絕緣損壞，使帶電部分與機殼等不應(yīng)帶電的金屬部分相碰，發(fā)生這種故障，不僅影響電機正常工作，還會危及人身安全。所以，電機在使用中，應(yīng)經(jīng)常檢查絕緣電阻，還要注意查看電機機殼接地 是否可靠。 8、除了按上述幾項內(nèi)容對電機進行定期維護外，運行一年后要大修一次。大修的目的在于，對電機進行一次徹底、全面的檢查、維護，增補電機缺少、磨損的元件，徹底消除電機內(nèi)外的灰塵、污物，檢查絕緣情況，清洗軸承并檢查其磨損情況。發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。

45、 第7章 結(jié)論與建議 畢業(yè)論文是我學(xué)習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的研究和分析了交流牽引電機的結(jié)構(gòu)與性能，本人擺脫了單純的理論知識學(xué)習狀態(tài)，實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了本人的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時也提高了查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使本人的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的

46、所在。通過此次畢業(yè)論文使我更加了解交流電機在實際中的缺陷。 （1）啟動轉(zhuǎn)矩不大，難以滿足帶負載起動的需要。 （2）大轉(zhuǎn)矩不大，用于驅(qū)動經(jīng)常出現(xiàn)短時過負荷的負載 （3）啟動電流很大，增加了所需供電變壓器的容量，從而增加大量投資。 提高是有限的，但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。 致 謝 我的畢業(yè)論文是在李文婷老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。本論文能夠順利完成，離不開她的悉心指導(dǎo)和嚴格要求，她在論文的選題、研究理

47、論、框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)整理，直至撰寫、修改和定稿等各個環(huán)節(jié)均嚴格把關(guān)，并投入了大量的時間和精力。她治學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，為我營造了一種良好的研究氛圍。在跟隨她學(xué)習的過程中，我不僅掌握了全新而實用的學(xué)術(shù)思想和研究方法，也領(lǐng)會了許多待人接物與為人處世的道理。她嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令人如沐春風，倍感溫馨。 感謝陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信工程系的老師對我專業(yè)思維及專業(yè)技能的培養(yǎng)，感謝班主任劉江平老師，感謝三年來一起學(xué)習、生活的同學(xué)們，是你們在學(xué)習上、生活上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長，謝謝你們。 最后，將本文奉獻給那些關(guān)心、支持

48、、鼓勵和幫助過我的人們，籍此之際，再次向他們表達我的感謝。 參考文獻 [1] 朱龍駒. 和諧型電力機車[M]. 中國鐵道出版社 ，2001 [2] 辛大娟. 電力機車電器檢查與維護[M]. 西南交通大學(xué)出版社，x [3] 潘京濤. 電力機車故障分析與處理[M]. 中國鐵道出版社，x [4] 張有松. 和諧型電力機車[M]. 中國鐵道出版社 ，x [5] 華平. 電力機車控制[M]. 中國鐵道出版社，2003年 [6] 李曉村. 機車新技術(shù)概論[M]. 西南交通大學(xué)出版社，x [7] 張龍. 電力機車電機[M]. 中國鐵道出版社，x [8] 張中央. 電力機車檢修 [M]. 中國鐵道出版社，x [9] 張琳. 電力機車電器[M]. 西南交通大學(xué)出版社，x [10] 劉友梅. 和諧型電力機車[M]. 中國鐵道出版社，2003