发布时间：2024-01-03 07:00:44 人气：
牵引电动机的常见故障与处理
牵引电动机的故障分析与处理：
一、轴承故障
这是发生在机械方面最主要的故障，而且问题往往较复杂，还导致了别的故障发生。由于牵引电机的工作条件恶劣，其轴承常见故障症状有保持架铆钉松动、断裂或外围挡边偏磨，滚性及滚道剥离、灼痕、拉伤、裂纹、歪磨或径向间隙增大，内圈松动或咬死，轴电流电蚀及润滑脂变质，轴承甩油箱松动变形等。因此往往引起振动及噪声增大，导致小齿轮碰撞磨损、绕组绝缘损伤、联接线断裂、换向不良、引起接地或环火、甚至发生转子咬死难于转动而裂轴等恶性事故。
（1）轴承损坏。更换轴承。
（2）轴承与轴配合过松或过紧。过松时在轴承上镶套，过紧时重新加工轴到标准尺寸。
（3）电机两端端盖或轴承未装平。将端盖或轴承止口装平，旋紧螺栓
二、主附极和补偿绕组接地
原因：机座内面尖棱、焊瘤、凸台及线圈护罩和弹簧垫板压伤绝缘，更多的情况是主附极线圈在运行过程中受到频繁的振动冲击，致使线圈或紧固螺栓松动，引起绝缘磨损及绕组短路。有时还发生线圈联线绝缘卡破接地，少数情况也有因定子绝缘受潮油污或过热老化损坏绝缘所致。对补偿绕组主要是端部或联线固定不牢，受振动冲击力和过载磁拉力产生变化后，可能使绝缘破损接地。除开明显是绕组低电位接地外，发生绕组接地故障后，要暂时切除该电动机。
处理：认真清理机座安装线圈的凸台面，并对整个线圈加装环氧酚醛玻璃布垫。各线圈压弧时和装配时，都要注意做到不损伤线圈绝缘。对线圈引线头和铁芯间的间隙要用绝缘板垫紧。由于加装了弹簧垫板还不能从根本上解决主附极绕组的接地问题；宜取消线圈护罩和弹簧垫板，实行环氧树脂浇注或上胶聚酯纤维毡压绝缘结构一体化，特别是环氧树脂浇注一体化能很好地提高主附极绕组的耐振、耐潮、导热和电气性能，或采取填充泥固化成一体。对补偿绕组，除槽部特别是槽口应保障绝缘良好外，在两端应加装绝缘绑扎箍环防止端部变形。将补偿槽由向心槽改为平行槽后，则补偿线圈可采用预制成型的连续绝缘，能明显提高补偿绕组绝缘能力和有利造修。此外，应注意固定和保护联线绝缘，特别注意卡子处不要损伤联线绝缘。各对地绝缘应包扎均匀紧固，最后整个定子施用整体浸渍无溶剂漆以提高绝缘能力。并注意保护牵引电动机有足够的通风量和避免绝缘受潮油污。对于绕组及联线的活接地，则应细心加以判别。
三、主附极和补偿绕组联线及引出线断裂
原因：线圈引线头焊接不良，联线接触不好发生过热，引出线拐弯处应力集中。更主要的是联线悬空过长及震动冲击疲劳断裂，其中影响最大的是传动齿轮啮合不良和磁极紧固螺栓松动引起振动冲击。此外，引出大线电缆的接头处开焊或振动磨破外表绝缘也有发生。在主附极绕组实现绝缘结构一体化后，绕组联线就成为定子绕组的薄弱环节，特别应加强改进。定子绕组联线完全断裂后如果是处于满磁场工况，则串激牵引电动机一般将不能工作。如果主极绕组联线断裂是
处于磁场消弱工况，将会造成磁场消弱电阻发红烧损。
处理：对定子线圈引线头推荐采用压弯出线工艺，以省去银铜焊接引线头，并注意控制引接线的拐弯圆角和弯制后退火处理以消除内应力。对联线各接头可采用高频电流焊接或其他确保联接质量的方法，各接头处的绝缘填充及包扎要注意做到紧密。对于联线的固定，推行用外橡胶缓振绝缘垫，再用螺栓卡压强力固定。并要求各支承点间距离不应超过15厘米。对引出大线电缆接头压接后要采用搪锡焊接，并且也应该增加出线口处固定支点与改善绝缘环境。定子绕组绝缘结构一体化后，能有利减轻振动冲击对联线的影响。作为最根本的措施，应将联线改为薄铜片或铜丝编织的绝缘软联线，其中首先应考虑将换向极绕组与刷架联线和主极绕组C2引出线改为绝缘软联线。实际运行证明，软联线对减少联线断裂是行之有效的，当然也是应该设法减小振动冲击对定子联线的影响。
四、定子、转子铁芯故障检修
定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成，是电动机的磁路部分。定、转子铁芯的损坏和变形主要由以下几个方面原因造成。
（1）轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦，使铁芯表面损伤，进而造成硅钢片间短路，电动机铁损增加，使电动机温升过高，这时应用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢片短接，清除干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。
（2）拆除旧绕组时用力过大，使倒槽歪斜向外张开。此时应用小嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿槽复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。
（3）因受潮等原因造成铁芯表面锈蚀，此时需用砂纸打磨干净，清理后涂上绝缘漆。
五、电动机不能启动或带负载运行时转速低于额定值
（1）电源未接通。检查线路上的接头是否有油污，灰尘；接线头松脱时，须将螺栓旋紧；检查开关的的触点，如不能修复应更换新开关。
（2）熔断器的熔体熔断。按设备容量计算，更换新熔体。
（3）电压太低。室内外的绝缘导线太细，起动时电压降太大，可更换适当的较粗导线。
（4）过载保护设备动作。若因过载保护设备的选用调整不当，则可适当提高整定值；
（5）定子绕组中有一处断线。用万用表，绝缘电阻表等检查定子绕组的断路处。
（6）定子或转子绕组断路。当个别绕组发生局部短路时，电机还是能起动的，这时只能引起熔体熔断；如果短路严重，电动机的绕组很快冒烟，这时电机必须拆线重绕。
（7）轴承损坏。将转子拨动，用螺钉旋具尖端放在轴承盖处用耳听或用手摸，检查出来后更换新的轴承。
六、电机有不正常的振动或响声
（1）电动机的地基不平，电动机安装不符合要求。检查地基及电机的安装情况，加以纠正，并将松动的地脚螺栓用螺母旋紧。
（2）转子与定子摩擦。校正转子中心线；锉去定子，转子内外圆的硅钢片突出部分；更换轴承。
（3）转子不平衡。将转子在车床上用千分尺找正后，针对具体情况，将转子铁芯或轴加以修复。
（4）滚动轴承在轴上装配不良或轴承损坏。检查轴承的装配情况或更换新轴承。
七、 电机温升过高或冒烟
（1）定子绕组有短路或接地故障。打开电机，检查定子线圈，用目测，耳闻，手摸检测短路处。如短路严重，则更换电机。
（2）转子运转时和定子铁芯相摩擦，致使定子局部过热。检查定子铁心是否变形，轴是否弯曲，校正好转轴中心线；更换磨损的轴承。
八、牵引电机环火
（1）电弧环火。将换向器端头部分车出较大圆角，端头部分的云母沟用锉刀开大些，以阻止电弧形成。
（2）对换向片出现的铜毛刺情况，处应立即清除外，还应检查产生的原因。如是电刷跳动引起的，则应合理调整电刷压力和预防电刷严重磨损，及时更换磨损的电刷。
（3）对于片间电压较高，经常发生环火事故的电机，则应适当降低电压保护整定值。对于因换向情况不好而经常发生环火的电机，则应加强对换向器的维护工作，防止换向恶化。
（4）在刷架之间增设挡弧隔板，以减少电弧飞越的可能性。还可以利用电机通风，正负刷架间造成轴向气流，以产生吹弧作用，防止空气游离和电弧飞越。
九、窜油
窜油及油封不良，原因：油封不良及电机本分结构不合理所引起。 处理：首先改进传动齿轮罩的装配工艺，如增强齿轮罩分箱面接触处的刚度，采用聚硫橡胶粘接其接缝处，并可以考虑适当提高齿轮润滑车轴油的粘度。对电枢滚柱轴承的油封，应减少与转轴间的间隙，并在油封迷宫入口处圆周涂抹密封胶或设置朔料甩油环。在传动端端盖的筋条上设置多个通大气孔，以抵消后端盖中心部的负压吸入作用。对抱轴承，则在轴瓦内面和领圈上画回油沟，油箱上设置回油孔，并增设油封外档板，防止齿轮箱油与抱轴润滑油相窜。
十、电刷故障
电刷跳动火花大
（1）有铜刺和尖棱。需要重新倒角。
（2）电刷压力太小。需要调整压力或更换弹簧。
电刷过热
（1）电刷压力太大。需要调整压力或更换弹簧。
（2）各电刷压力不匀造成负载分配不均。需要横换不等高电刷，调整个别电刷的压力。
十一、磁极绕组过热
（1）并励磁场线圈部分短路。可用电桥测量每个线圈电阻，检查阻值是否相符或接近，电阻值相差较大的应拆下重新绕制。
（2）电机气隙太大。查看励磁电流是否过大，拆开调整气隙。
（3）电机转速太低。应提高转速。
HXD1D型电力机车
HXD1D型电力机车是六轴交流传动快速客运电力机车，由株机公司自主研制，持续功率7200kW，最高运营速度160km/h，最高试验速度可达176km/h。机车轴重21t，轴式Co-Co，通过最小曲线半径为125m。这是株机公司依据国家创新政策自主研制的产品，以满足我国干线铁路客运需求，采用多项先进技术，如大功率IGBT水冷牵引变流器、大功率异步牵引电机等。2012年下线，2013年完成所有试验，同年在武汉铁路局完成线路运用考核，开始批量生产。截至2016年12月，共生产交付机车614台，包括1898号命名为“周恩来”号机车及30台经过高原环境适应性改进的机车。
机车总体设计采用双司机室结构，机械间为中间贯穿走廊，设备斜对称布置，包含车顶设备、司机室设备、机械间设备、车外设备、辅助设备及机车布线等。机车顶盖上布置有受电弓、支撑绝缘子等设备，通过独立通风系统保证机车内部环境。司机室分为操纵台设备、前墙设备、后墙设备、侧墙设备、顶部设备等部分。机械间布置有牵引风机、牵引变流器、主冷却塔等设备，车外设备包括车端头灯、标志灯等。
牵引电传动系统采用双受电弓供电，六个独立的牵引绕组分别向两台牵引变流器的六个四象限变流器供电，实现单轴独立控制。网侧电路由两台受电弓、主断路器、避雷器、高压电压互感器等组成，进行了防污闪强化设计。牵引变压器为芯式变压器，安装于机械间，次边设有六个牵引绕组和两个列车供电绕组，提供电力给牵引电机和列车供电系统。牵引变流器采用基于3.3kVIGBT的模块化设计，每个变流器包含七个模块（三个整流模块、三个逆变模块、一个辅助逆变模块）、支撑电容器等部件，通过四象限变流器将单相交流电压转变为稳定的中间直流电压，最后转换为变压变频三相电源供异步牵引电机使用。
牵引电机采用三相鼠笼式异步电机，结构包括定子、转子、端盖、轴承等，采用强迫通风冷却，轴承采用油润滑或脂润滑，防止电蚀，使用迷宫式密封结构。电机采用架承式悬挂，与机车动单元的弹性悬挂方式结合，每个电机由两台牵引变流器供电，提供独立的动力输出。
轴助电气系统由轴助变流器和辅助设备组成，采用三相电源供电方式，两个辅助逆变器集成在牵引变流器柜内，通过中间直流电路供电。系统采用冗余设计，确保在单个部件故障时，仍能维持机车辅助系统运行。机车辅助电源系统具有自诊断和故障记录功能，便于故障分析和维修。
微机网络控制系统以TCN标准的分布式列车电子控制系统为基础，实现机车的通信、控制、诊断、保护和信息监视等功能。系统包括车辆控制模块、WTB/MVB网关模块、事件记录模块、数字量输输入/输出模块、模拟量输入输出模块、智能显示单元以及以太网交换机等，通过MVB与牵引控制单元、列车供电控制单元、制动控制单元等进行信息交换。
车体包括车体承载钢结构和车体附属部件。车体承载钢结构采用整体承载结构，由底架、司机室、侧墙组成双司机室框架式全钢焊接结构。车体附属部件包括顶盖、排障器、牵引缓冲装置、机车门、窗等。顶盖采用防污秽、防闪络的绝缘设计，车钩采用15号小间隙车钩，缓冲器为KC15型。
转向架由轮对驱动装置、牵引装置、构架、一系悬挂、二系悬挂、电机悬挂、基础制动和附属装置等组成。牵引电机顺置布置，驱动系统采用弹性架悬结构，空心轴六连杆传动装置，单侧圆柱直齿轮传动，承载式铸造铝合金齿轮箱，大齿轮传动轴承为圆柱滚子轴承，轴箱轴承为整体式免维护圆柱滚子轴承。采用整体车轮，踏面为JM3磨耗型。轮对采用单轴箱拉杆定位，牵引装置为推挽式低WTBB，基础制动采用轮盘制动。
制动系统包括风源及干燥系统、制动控制系统、基础制动系统和撒砂系统。采用CCBⅡ和DK-2两种制动控制系统，兼容功能。CCBⅡ制动机为电空制动机，由电子制动阀、中央处理模块、制动显示屏等组成。DK-2制动机为信息化功能的机车电空制动机，由制动控制器、制动显示屏、制动柜等组成。机车配备螺杆式压缩机，双塔式干燥器进行压缩空气干燥及净化处理。空气防滑系统采用单轴控制方式，主要部件包括防滑主机、测速齿轮、防滑速度传感器、防滑阀等。列车供电系统主要由牵引变压器供电绕组、列车供电柜等组成，向旅客列车提供稳定的DC600V电压。
变频器工作原理与结构图文详解-变频器的功能作用分析
变频器，一种通过变频技术控制电机工作电源频率的电力设备，通过内部IGBT元件的开关控制，调节电压和频率，以满足电机所需的电能需求，达到节能和调速的目的。其核心组件包括整流单元（将交流电转换为直流）、滤波单元、逆变器（直流转交流）、制动单元、驱动单元、检测单元以及微处理器等，具备过流、过压等保护功能。
变频器的基本结构分为四个部分：整流单元处理固定频率的交流输入，高容量电容储存能量，逆变器由功率晶体管组成，实现直流到不同频率交流的转换，而控制器则根据设定的程序调控输出。早期的交交变频器无中间直流环节，主要应用于低功率、低速场景，而现代广泛采用的交直交变频器则分为电压型和电流型，通过整流、滤波、逆变等步骤，产生可变频率和电压的交流电源。
在风力发电和工业自动化中，电压型变频器因其结构简单、功率因数可控等优点被广泛应用。然而，这类变频器也存在缺点，如矩阵变换器的换流过程复杂，输入输出解耦问题以及较高的电压和电流限制。交—直—交变频器在功率电子器件发展和保护策略上仍面临挑战，如器件成熟度、保护机制和低频运行性能等。
变频器的功能主要体现在节能和改善设备性能上。在风机、水泵等设备中，通过变频调速可以减少富余功率，避免在挡板或阀门截流过程中的电能浪费。同时，软启动功能可以降低启动电流冲击，延长设备寿命，以及通过功率因数补偿减少电网损耗。
理解电机与逆变器的工作原理
理解电机与逆变器的工作原理
首先，电机控制器在使用过程中，电流通过电阻时会产生焦耳热（I^2 Rt），这部分热能与电流的平方、电阻和时间成正比。为了降低焦耳热损耗，需要掌握有效的热管理技术。
接下来，介绍逆变器及其内部结构。逆变器主要由MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成，通过高速信号控制开关，从而从直流电源生成三相交流电并调整电压输入电机。无刷直流电机通过三相交流驱动，逆变器则生成这种电能并随时调整电压。
电机内部存在三相绕组（U、V、W相），使用120°方波通电时，电流从一相绕组流向另一相，剩下的一相电流不流通。为了使电流保持流通，使用6个开关（U、V、W相各3个），分别连接高压和低压侧，但必须确保两者不能选取同一相。
微控制器根据时序控制这些开关，输出指令给MOSFET。在高速切换开关模式下，电机旋转。在切换模式时，微控制器通过传感器确定转子磁体位置和切换时序。
MOSFET作为逆变器的核心，通过栅极控制电流的流通，其特性决定开关损耗的大小。开关损耗与寄生二极管的性能直接相关。当进行PWM控制时，占空比的调整能有效控制电机驱动电压，进而影响转速和能量消耗。
在电机和逆变器的损耗分析中，MOSFET的开通和开关损耗是关键因素。开通损耗主要由通态电阻决定，开关损耗则与开关频率和切换时间有关。寄生二极管在MOSFET关断期间提供续流，防止浪涌电流破坏器件，但也产生了一定的损耗。通过同步整流技术，可以有效减少这部分损耗。
最后，通过改变占空比，可以控制电机的转速和能量消耗。例如，在50%占空比与100%占空比之间，损耗相差数倍，这意味着在相同时间内，100%占空比的损耗是50%的4倍。因此，希望以100%占空比行驶的策略需要综合考虑开关损耗、寄生二极管损耗以及同步整流技术的应用。
理解电机与逆变器的损耗机制对于优化系统效率和降低能耗至关重要。通过合理的控制策略和热管理技术，可以有效减少损耗，提升电机和逆变器的性能。
简单的逆变器电路图分析
这里提供的逆变器电路图分析，主要由MOS场效应管和电源变压器构成，其输出功率依赖于这些元件的功率，省去了复杂的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作。接下来，将详细介绍逆变器的工作原理及制作过程。
**电路图**
**工作原理**
首先，详细介绍这个逆变器的工作原理。方波信号发生器（见图3）采用六反相器CD4069构成。电路中的R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压变化导致的振荡频率不稳定。电路的振荡是通过电容C1的充放电完成的，其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为fmax=1/2.2×3.3×10^3×2.2×10^-6=62.6Hz，最小频率fmin=1/2.2×4.3×10^3×2.2×10^-6=48.0Hz。由于元件误差，实际值可能略有差异。多余的反相器输入端接地，以避免影响其他电路。
**场效应管驱动电路**
由于方波信号发生器输出的振荡信号电压的最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，使用TR1和TR2将振荡信号电压放大至0~12V（见图4）。这是该装置的核心部分，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释MOS场效应管的工作原理。
**MOS场效应管工作原理**
MOS场效应管也称为金属氧化物半导体场效应管，其缩写为MOSFET。它通常有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也称为P沟道型。由图可知，对于N沟道的场效应管，其源极和漏极接在N型半导体上，同样，对于P沟道的场效应管，其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道，一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
**场效应管应用电路工作过程**
对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处于截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想象为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道MOS场效应管的工作过程，其工作原理类似，不再重复。
**逆变器电路部分工作过程**
由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述。这种低电压、大电流、频率为50Hz的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应出高压交流电压，完成直流到交流的转换。需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或短接。
**制作要点**
电路板见图11。所用元器件可参考图12。逆变器用的变压器采用次级为12V、电流为10A、初级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MOS场效应管（2SJ471）最大漏极电流为30A，在场效应管导通时，漏-源极间电阻为25毫欧。此时如果通过10A电流时会有2.5W的功率消耗。N沟道MOS场效应管（2SK2956）最大漏极电流为50A，场效应管导通时，漏-源极间电阻为7毫欧，此时如果通过10A电流时消耗的功率为0.7W。由此我们也可知在同样的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在考虑散热器时应注意这点。图13展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器（100mm×100mm×17mm）上的位置分布和接法。尽管场效应管工作于开关状态时发热量不会很大，出于安全考虑这里选用的散热器稍偏大。
**逆变器的性能测试**
测试电路见图14。这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大（一般大于100A）的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。其测试结果见电压、电流曲线关系图（图15a）。可以看出，输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。以负载为60W的电灯泡为例：
假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为R灯=V^2/W=210^2/60=735Ω，所以在电压为208V时，W=V^2/R=208^2/735=58.9W。由此可折算出电压和功率的关系。通过测试，我们发现当输出功率约为100W时，输入电流为10A。此时输出电压为200V。
两个月怎么学会逆变器结构
学习逆变器结构是一项挑战性的任务，它要求掌握电力电子学和控制理论等领域的核心知识。为了在两个月内掌握这一领域，制定详细的学习计划至关重要。选择高质量的教材、视频和在线资源能够帮助你高效地学习。通过结合实际操作和案例分析，你可以更深入地理解逆变器的工作原理。此外，参加相关的培训班、课程和工作坊可以为你提供更多的实践机会，并有机会与行业内的专家和同行进行交流。
逆变器结构的学习过程涉及到多个方面，包括电力电子器件的工作原理、逆变器的基本构成、控制策略和优化技术等。电力电子器件如IGBT、MOSFET等在逆变器中扮演着关键角色，它们的工作状态直接影响逆变器的性能。逆变器的基本构成包括输入端、变换电路和输出端，这些部分协同工作以实现交流电到直流电或直流电到交流电的转换。控制策略是确保逆变器稳定运行的关键，包括电压控制、电流控制和频率控制等。优化技术则用于提高逆变器的效率和可靠性。
为了提高学习效率，你可以通过实践项目来加深理解。例如，设计并构建一个简单的逆变器模型，通过实际操作来验证理论知识。还可以参与相关的竞赛或项目，与其他学习者一起交流经验。同时，寻求行业专家的指导和建议也能帮助你更快地掌握逆变器结构的知识。专家们丰富的经验和专业见解能够为你提供宝贵的指导，帮助你避免常见的错误。
在学习过程中，定期复习和总结是非常重要的。通过回顾已学知识，你可以更好地理解逆变器结构的各个组成部分及其相互关系。此外，及时解决学习过程中遇到的问题，不断挑战自我，提高解决问题的能力。通过坚持不懈的努力，你一定能够在两个月内掌握逆变器结构的核心知识。
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