論文題目HXD2B型電力機車牽引電傳動系統(tǒng)常見故障分析） 目錄摘要 緒論HXD2B型機車牽引電傳動系統(tǒng)主要由網(wǎng)側(cè)電路、主變壓器、牽引變流器和牽引電機組成。整個系統(tǒng)采用單軸獨立控制方式，通過交流-直流-交流變頻技術(shù)控制牽引電機的牽引和再生制動特性，并通過WordFIP網(wǎng)絡(luò)與其他機車設(shè)備通信。每臺機車有六套獨立控制的交流-DC-交流流量裝置和各自獨立的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，放置在三個牽引變流器柜中，與相應(yīng)的牽引繞組和牽引電機一起構(gòu)成六套獨立控制的牽引電力驅(qū)動系統(tǒng)。當任意一組系統(tǒng)發(fā)生故障時，只需要隔離這一組，其他軸的系統(tǒng)正常工作。牽引變流器柜采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，集成度高，性能可靠。機柜采用鉚接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強度高，電磁兼容性好。電源模塊技術(shù)先進，工藝性好，重量輕，冷卻管道采用快速接頭設(shè)計，更換電源模塊方便，無需放水等操作。還具有完善的電氣保護功能和防火功能。2、牽引電路整個機車的牽引回路包括六套原理和結(jié)構(gòu)相同的牽引變流器裝置，位于三個機柜內(nèi)。每個牽引變流器由一個四象限整流器、一個中間電路和一個三相脈寬調(diào)制逆變器組成。每套牽引變流器驅(qū)動一臺三相異步牽引電機，實現(xiàn)整個機車的軸控驅(qū)動方式，2~5軸的中間DC電路也為機車上的輔助變流器供電。主電路的接地保護由接地電流傳感器檢測，并通過相應(yīng)的控制實現(xiàn)。每個牽引變流器中間電路的負端通過接地電流傳感器形成一個固定的接地點。當牽引電路中的其他各級電路接地時，接地電流傳感器會檢測到電流信號，并通過相應(yīng)的控制進行故障報警或采取相關(guān)措施。當機車在調(diào)試或檢修車輛段需要動車時，可通過車體兩側(cè)的車輛段電源插座向機車發(fā)送三相工頻380伏交流電，經(jīng)Y/A變壓器、整流器和控制裝置轉(zhuǎn)換成DC770V伏電壓，施加到2軸或4軸牽引變流器的中間電路，再通過相應(yīng)的控制進行車輛段內(nèi)動車運行。3、主變壓器HXD2B型機車主變壓器整體設(shè)計為組合式變壓器，由主變壓器一次繞組、主變壓器、壓縮機二次繞組、二次諧振電抗器和輔助濾波電抗器等組成。設(shè)計總?cè)萘繛?2600千伏安，能夠滿足機車在各種工況下的容量裕度要求。具有完善的電、溫度、壓力、油流等檢測和保護功能，可滿足30年的使用壽命要求。采用臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計，懸掛安裝在車身下方。變壓器冷卻系統(tǒng)由散熱器、油泵和冷卻管道組成。變壓器兩側(cè)設(shè)有冷卻管道，每條管道設(shè)有三個DN80蝶閥，可在液壓下連接油箱。蝶閥另一側(cè)連接油泵，油泵安裝在油泵支架上，散熱器設(shè)計用于強制空氣循環(huán)冷卻。管道配有波紋管和DN80蝶閥，用于隔離油泵或散熱器。油泵是油浸式的，由鼠籠式異步電動機和離心泵組成。通過這種布置，可以在現(xiàn)場更換散熱器、油流繼電器和油泵，而無需釋放主變壓器油箱中的油。管道上裝有帶槳裝置的油流繼電器。散熱器是由鋁合金制成的板式和條形油氣換熱器。4、牽引變流器牽引變流器是電力機車牽引電力驅(qū)動系統(tǒng)的核心部件。在正常牽引/制動條件下，牽引變流器牽引控制單元接收駕駛員的控制指令，控制各變流器單元實現(xiàn)電源由工頻和高壓不可控單相交流電源向三相可控變壓變頻交流電源的轉(zhuǎn)換，并驅(qū)動異步牽引電機實現(xiàn)牽引電機的一對一控制。牽引時，能量從電網(wǎng)流向電機，電能轉(zhuǎn)化為機械能；制動時過程反過來，機械能轉(zhuǎn)化為電能回饋電網(wǎng)。牽引變流器內(nèi)置向機車輔助逆變器提供DC電源和向加熱裝置提供交流電源的接口，可以根據(jù)需要合理配置機車電傳動。冗余設(shè)計措施的綜合應(yīng)用，使機車在主要傳動部件出現(xiàn)嚴重故障時，仍能保持5/6的牽引制動力。4.1、牽引變流器的結(jié)構(gòu)牽引變流器包括兩套完全相同且獨立的牽引變流器單元，還包括一套通風和冷卻風道。每個牽引變流器單元包括牽引控制單元、輸入電路、四象限整流器、中間DC電路、牽引逆變器、輸出電路冷卻系統(tǒng)、檢測保護裝置、安全裝置等。牽引變流器柜體采用大型一體化柜體結(jié)構(gòu)，既能容納兩套完全相同、隔離的牽引單元，又能根據(jù)機車應(yīng)用的不同網(wǎng)絡(luò)電壓條件進行組合，具有通用性；同時，通過不斷的優(yōu)化和改進，驗證了牽引變流器柜的結(jié)構(gòu)合理性和可靠性。柜體采用具有自防銹性能的鍍鋁鋅板材料，不僅簡化了轉(zhuǎn)爐柜體制造過程中的表面處理要求，而且滿足了轉(zhuǎn)爐30年的生命周期。牽引變流器的所有機柜均采用鉚接方式組裝，既能保證組件的一致性，又能避免熱應(yīng)力導(dǎo)致機柜變形。4.2、牽引控制單元TCU機車牽引控制單元采用標準可插拔結(jié)構(gòu)，整個TCU裝置由底盤支架和抽屜式底盤兩部分組成。底盤支架用于固定TCU，TCU外部低壓電氣接口安裝在底盤支架上；抽屜式機箱用于安裝控制電路板。用于維護的串行接口和信息顯示器位于抽屜底盤的前面板上。4.3、四象限整流器四象限整流器的功率模塊是四象限整流器的關(guān)鍵部件，其主要功能是牽引時電網(wǎng)端交流到DC的轉(zhuǎn)換控制和制動時DC能量到交流電網(wǎng)反饋的轉(zhuǎn)換。整流時四象限整流器的工作原理其實就是一個斬波升壓的過程。在這個過程中，根據(jù)波形的特征控制相應(yīng)橋臂ICBT的導(dǎo)通，導(dǎo)致繞組短路。由于變壓器具有較高的短路阻抗，電流的上升速率受到限制，能量儲存在牽引繞組的漏電感L中。在關(guān)斷IG-BT的過程中，牽引繞組的電壓加上儲能電感感應(yīng)的電壓會被二極管整流后加入整流器輸出電路。4.4、牽引逆變器牽引逆變器硬件主要由電源模塊和電流傳感器組成。每個單元的牽引逆變器對應(yīng)一個牽引電機實現(xiàn)機車軸控模式，提高機車故障冗余度。三相逆變電路用于通過PWM脈寬調(diào)制將中間電路的DC3775V電壓轉(zhuǎn)換成電壓和頻率可變的三相交流輸出，為牽引電機提供三相交流電源，實現(xiàn)三相異步牽引電機的速度特性控制。5、牽引電動機異步牽引電機是從法國阿爾斯通公司進口并國產(chǎn)化的國產(chǎn)電機，由120km/h貨運電力機車驅(qū)動。該電機具有以下主要特征：（1）、電機由VVVF變頻系統(tǒng)驅(qū)動，一臺變頻器向一臺電機供電；（2）、電機定子采用全疊片結(jié)構(gòu)，無外殼，減輕重量，提高散熱；（3）、轉(zhuǎn)子采用實心鼠籠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)桿端環(huán)采用銅合金，提高了轉(zhuǎn)子的強度和可靠性；（4）、電機采用雙端絕緣軸承，消除軸電流對軸承的損壞。6、牽引電動機的常見故障原因及其處理辦法6.1、軸承故障（一）原因分析：由于牽引電機工作條件差，軸承的常見故障癥狀包括保持架鉚釘松動斷裂或外周法蘭偏心磨損、滾動性能和滾道剝落、燒痕、應(yīng)變、裂紋、彎曲磨損或徑向間隙增大、內(nèi)圈松動或咬入、軸電流電偶腐蝕和潤滑脂變質(zhì)、軸承油箱松動變形等。因此，振動和噪音經(jīng)常增加，導(dǎo)致小齒輪碰撞磨損、繞組絕緣損壞、連接線斷裂、換向不良、接地或環(huán)火，甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)子鎖死、轉(zhuǎn)動困難、軸開裂等致命事故。（二）處理辦法：（1）、軸承損壞。更換軸承。（2）、軸承和軸之間的配合太松或太緊。如果太松，在軸承上插入一個套筒，如果太緊，將軸重新加工至標準尺寸。（3）、電機兩端的端蓋或軸承安裝不平整。將端蓋或軸承接頭安裝平，并擰緊螺栓。6.2、主附極和補償繞組接地（一）原因分析：框架內(nèi)表面上的銳邊、閃光突起、凸臺、線圈屏蔽和彈簧墊板會擠壓絕緣層。更常見的是，主副極線圈在運行過程中受到頻繁振動的沖擊，導(dǎo)致線圈或緊固螺栓松動，造成絕緣磨損和繞組短路。有時，線圈在線絕緣接地，少數(shù)情況下，定子絕緣因潮濕、油污或過熱老化而損壞。補償繞組沒有牢固地固定在端部或連接線上，絕緣被振動沖擊力和過載磁拉力改變后可能損壞和接地。除了繞組明顯低電位接地外，在繞組接地故障發(fā)生后，應(yīng)暫時拆除電機。（二）處理辦法：仔細清潔安裝線圈的機座凸面臺面，并在整個線圈上安裝環(huán)氧酚醛玻璃布墊。在每個線圈的壓弧和組裝過程中，應(yīng)注意不要損壞線圈絕緣。線圈引線與鐵芯之間的間隙應(yīng)用絕緣板墊緊。由于安裝了彈簧墊板，主副極繞組的接地問題無法從根本上解決；建議取消線圈屏蔽和彈簧墊板，實行環(huán)氧樹脂澆注或膠粘聚酯纖維氈壓制絕緣結(jié)構(gòu)一體化，特別是環(huán)氧樹脂澆注和生活一體化，可以提高特殊附著的極繞組的抗振、防潮、導(dǎo)熱和電氣性能，或采用填充泥漿固化成補償繞組，以備身體磨損。除了保證槽內(nèi)特別是槽口內(nèi)絕緣良好外，兩端還應(yīng)安裝絕緣綁扎箍，防止端部變形。補償槽由向心槽改為平行槽后，補償線圈可以通過預(yù)制連續(xù)絕緣，可以明顯提高補償繞組的絕緣能力，有利于修復(fù)。此外，應(yīng)注意固定和保護在線絕緣，特別注意不要損壞線夾處的在線絕緣。所有接地絕緣對應(yīng)均勻纏繞并緊固。最后，整個定子應(yīng)涂上無溶劑涂料，以提高絕緣能力。并注意保護牽引電機有足夠的通風，避免絕緣受潮和油污。繞組和連接線的主動接地應(yīng)仔細辨別。6.3、主附極和補償繞組聯(lián)線及引出線斷裂（一）原因分析：線圈引線頭焊接不良，連接線接觸不良，過熱，引線彎曲處應(yīng)力集中。更重要的是，在線懸掛過長和振動沖擊疲勞斷裂，其中影響最大的是傳動齒輪嚙合不良和磁極緊固螺栓松動引起的振動沖擊。此外，還會發(fā)生引出電纜接頭焊接或外部絕緣因振動而磨損的情況。主副極繞組實現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)一體化后，繞組連接成為定子繞組的薄弱環(huán)節(jié)，尤其需要改進。它是并聯(lián)繞組連接的完全斷開的屏蔽。如果處于全磁場狀態(tài)，串勵牽引電機將無法工作。如果主極繞組在磁場減弱的工況下斷開，會造成磁場減弱電阻燒毀。（二）處理辦法：定子線圈引線頭建議采用彎曲工藝，以節(jié)省銀銅焊接引線頭，并注意控制引線角部圓角和彎曲后的退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。耦合線的每個接頭可采用高頻電流焊接或其他保證連接質(zhì)量的方法，每個接頭處的絕緣填充和包扎應(yīng)緊密。連接線的固定應(yīng)使用外部橡膠阻尼絕緣墊，然后夾緊螺栓進行牢固固定。要求支撐點之間的距離不超過15cm。出線大電纜的電纜接頭壓接后應(yīng)采用搪錫焊接，增加出線處的固定支點，改善絕緣環(huán)境。定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)一體化后，可以降低振動沖擊對耦合線的影響。作為最基本的措施，連接線應(yīng)改為由薄銅片或銅線編織而成的絕緣軟連接線，其中換向器繞組與電刷架之間的連接線和主繞組C2引出線應(yīng)先改為絕緣軟連接線。實際運行證明，軟連接線在減少連接線斷裂方面是有效的，當然也要努力減少振動沖擊對定子連接線的影響。6.4、定子、轉(zhuǎn)子鐵芯故障檢修（一）原因分析：（1）、軸承過度磨損或裝配不良導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子相互摩擦，造成鐵芯表面損壞，從而造成硅鋼片之間短路，增加電機鐵損，造成電機溫升過高。（2）、拆除舊繞組時，力過大，使倒槽歪斜，向外打開。（3）、鐵芯表面受潮腐蝕。（二）處理辦法：（1）、用細銼等工具去除毛刺，消除硅鋼接頭，涂上絕緣漆后清洗干凈，并加熱烘干。（2）、用小嘴鉗、木錘等工具修剪，使齒槽復(fù)位，在有縫隙不易復(fù)位的硅鋼片之間加綠殼紙、塑料板等硬質(zhì)絕緣材料。（3）、用砂紙清理干凈，并涂上絕緣漆。6.5、電動機不能啟動或帶負載運行時轉(zhuǎn)速低于額定值（一）原因分析：（1）、電源未接通。（2）、保險絲熔斷。（3）、電壓過低。（4）、過載保護設(shè)備動作。（5）、定子繞組有斷線。（6）、軸承損壞。（二）處理辦法：（1）、檢查管路接頭上是否有油污、灰塵；當連接器松動時，必須擰緊螺栓；檢查開關(guān)的觸點，如果不能修理，則更換新的開關(guān)。（2）、根據(jù)設(shè)備能力計算，更換新熔體。（3）、室內(nèi)外絕緣導(dǎo)線過細，啟動時壓降過大，可適當更換較粗的導(dǎo)線。（4）、過載保護設(shè)備調(diào)整不當，可適當提高整定值。（5）、用萬用表和絕緣電阻表檢查定子繞組的開路情況。當單個繞組發(fā)生局部短路時，電機仍然可以啟動，這可能導(dǎo)致熔化。如果短路嚴重，電機繞組會迅速冒煙，然后必須斷開電機并重新纏繞。（6）、移動轉(zhuǎn)子，將螺絲起子尖端放在軸承蓋上，用耳朵聽或用手摸。檢查后，用新軸承更換。6.6、電機有不正常的振動或響聲（一）原因分析：（1）、電機基礎(chǔ)不平，電機安裝不符合要求。（2）、轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦。（3）、轉(zhuǎn)子不平衡。（4）、滾動軸承在軸上裝配不良或軸承損壞。（二）處理辦法：（1）、檢查基礎(chǔ)和電機的安裝，校正，并用螺母擰緊松動的地腳螺栓。（2）、校正轉(zhuǎn)子中心線；將定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)外圓的硅鋼片凸出部分銼掉，更換軸承。（3）、在車床上將轉(zhuǎn)子與千分尺對準后，根據(jù)具體情況修理轉(zhuǎn)子鐵芯或軸。（4）、檢查軸承裝配情況或更換新軸承。6.7、電機溫升過高或冒煙（一）原因分析：（1）、定子繞組有短路或接地故障。（2）、轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時，與定子鐵芯摩擦，造成定子局部過熱。（二）處理辦法：（1）、打開電機，檢查定子線圈，用目視、聽覺和觸覺檢測短路。如果短路嚴重，更換電機。（2）、檢查定子鐵芯是否變形，軸是否彎曲，校正轉(zhuǎn)軸中心線:更換磨損的軸承。6.8、電機環(huán)火（一）原因分析：（1）、電機本身：①電機碳刷與換向器接觸不良；②刷盒松動或裝置不當；③碳刷與刷盒配合不當；④碳刷壓力不當或不均勻；⑤刷握環(huán)緊固螺栓松動或定位塊脫落；⑥碳刷位置不在中性線上；⑥碳刷磨損過短或型號尺寸不符合要求；⑧換向器表面不光滑、不圓或不干凈，可能導(dǎo)致電機環(huán)火。（2）、操作不當：①電機長期過載；②電機長時間高速空轉(zhuǎn)；③操作時，倒車手柄前移(施加倒車動力)，操作不當會引起電機鳴響。（二）采取措施：（1）、電機本身：①將碳刷打磨至與換向器弧面貼合，輕載運行0.5~1小時。②檢查并擰緊碳刷盒的固定螺釘。③用塞尺測量碳刷與刷盒孔寬之間的間隙。④調(diào)整刷盒壓力值，按下指壓碳刷。⑤檢查刷握環(huán)的緊固螺栓是否擰緊，定位塊與機架是否焊接牢固。⑥用中性位置測試儀或感應(yīng)法重新校準碳刷的中性位置。⑦檢查所用碳刷的長度。⑧重新打磨、打磨換向器表面和刻云母板，同時擦拭和清潔換向器表面。（2）、機車操作：①保證電機在允許的工況下運行，注意避免在長坡道上長時間啟動機車。②運行時應(yīng)注意不要空轉(zhuǎn)，如遇空轉(zhuǎn)，應(yīng)及時收回手柄或防砂。③操作時禁止推進換向手柄(換向電)。6.9、竄油（一）原因分析：油封不好，電機底座不合理。（二）處理辦法：首先，對變速器齒輪蓋的裝配工藝進行了改進，如提高齒輪蓋接觸部分的剛度，用聚硫橡膠粘接連接部分，適當增加齒輪潤滑油的粘度。對于電樞滾子軸承的油封，應(yīng)減小油封與旋轉(zhuǎn)軸之間的間隙，油封迷宮入口的圓周應(yīng)涂上密封膠或設(shè)置新材料的拋油環(huán)。傳動端端蓋的肋上設(shè)有多個大氣孔，以抵消后端端蓋中部的負壓抽吸作用。抱緊軸承時，在軸瓦和套圈內(nèi)表面畫回油槽，在油箱上設(shè)置回油孔，并加油封外擋板，防止齒輪箱油與抱軸潤滑油竄流。6.10、電刷故障（一）原因分析：（1）、有銅刺和銳邊。（2）、刷壓太小。（3）、各刷壓力不均勻造成的負荷分配不均勻。（二）處理辦法：（1）、再次倒角。（2）、調(diào)整壓力或更換彈簧。（3）、更換高度不等的刷子，調(diào)整單個刷子的壓力。6.11、磁極繞組過熱（一）原因分析：（1）、勵磁磁場線圈局部短路。（2）、電機氣隙過大。（3）、電機轉(zhuǎn)速過低。（二）處理辦法：（1）、可以用電橋測量每個線圈的電阻，檢查電阻是否一致或接近。如果阻力相差較大，則應(yīng)將其取出并再次纏繞。（2）、檢查勵磁電流是否過大，拆卸并調(diào)整氣隙。（3）、應(yīng)提高速度。7、牽引電動機的檢查與維護7.1、換向器的維護保養(yǎng)換向器是DC電機的重要部件。它的機械穩(wěn)定性和表面氧化膜的狀態(tài)對電機換向器的性能有很大的影響。（一）、應(yīng)隨時注意觀察換向器工作面。牽引電機的許多故障在引起之前，可以根據(jù)換向器表面的異常狀態(tài)進行早期診斷，從而找出故障的原因和部件，及時處理。（二）、經(jīng)常用干燥的壓縮空氣吹掃換向器表面。如果有油污，用沾有少量酒精或丙酮的無毛布擦拭干凈，注意不要用臟的或不干凈的手觸摸換向器表面或更換電刷。如果換向器表面有明顯的燒傷痕跡，用無毛布擦拭無效，用0號玻璃砂布擦干凈。（三）、檢查換向器V形云母環(huán)伸出部分的表面狀態(tài)，并經(jīng)常保持清潔。如果有燒傷痕跡，用玻璃砂布打磨燒傷部位，然后涂絕緣漆。7.2、電刷裝量的維護保養(yǎng)刷架裝置是電機的重要部件之一，其質(zhì)量直接影響電機的換向性能，因此必須引起足夠的重視并經(jīng)常維護。（一）、檢查彈握和附件緊固螺栓是否松動，特別是刷握附件接頭是否接觸良好。（二）、在刷盒孔內(nèi)上下移動刷子數(shù)次，清除碳粉等雜物，保持刷子自由移動。用塞尺檢查電刷和電刷盒孔之間的間隙是否在極限內(nèi)。注意檢查電刷辮不要碰到換向器的提升器，檢查電刷是否損壞，電刷辮是否脫落。如有，及時更換。（三）、用毛刷壓力測試儀檢查毛刷壓力是否在規(guī)定范圍內(nèi)，同一刷盒的毛刷壓差不應(yīng)超過3N。（四）、檢驗用刷子的品牌應(yīng)符合制造商的規(guī)定。更換電刷時，同一電機應(yīng)使用同一廠家、同一品牌的電刷:同一電機使用的電刷與同一電刷的雙分裂電刷的高度差不得超過規(guī)定值，否則應(yīng)更換。（五）、檢查電刷盒底部相對換向器的平行度是否符合技術(shù)要求，電刷盒底部與換向器表面的距離應(yīng)在2~4毫米以內(nèi)（六）、換刷前，刷的接觸面應(yīng)打磨至與換向器弧面吻合，以保證良好的換向。（七）、檢查并調(diào)整電刷盒，確保電刷盒上的電刷位于電樞移動范圍內(nèi)的換向器工作面上。（八）、經(jīng)常用干燥的高壓空氣吹掃刷握，并用干凈的布擦拭絕緣刷桿外表面的油脂和污垢。（九）、銼掉連接接頭和電刷盒上因電弧產(chǎn)生的銅瘤或銅毛刺。（十）、在損壞的刷桿上，應(yīng)重校刷桿刻度等。如果在機車上更換兩個刷握相同的刷桿，應(yīng)先更換一個刷桿，緊固定位后再更換另一個刷桿，并標明刷桿的位置。不允許同