电力机车交流牵引电机故障诊断研究

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1、1毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 ： 电 力 机 车 交 流 牵 引 电 机 故 障 诊 断 研 究系 部 ： 机车车辆系专 业： 铁道机车车辆学生姓名： 佟 阔学 号： 1250536指导教师： 顾 贺2015 年 5 月 10 日 辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告1题 目： 电力机车交流牵引电机故障诊断研究系 部： 机车车辆系 专 业： 铁道机车车辆学生姓名： 佟 阔 学 号： 1250536文献综述：随着经济的发展,铁路建设迅速发展,铁路运行安全的重要性日益著。交流传动电力机车在我国铁路跨越式发展的背景下将成为开发应用的主流机车。牵引电机作为交流电力机车的核心部件之一,

2、其工作环境恶劣、负载变换频繁、动力作用大等因素使牵引电机较易出现故障。牵引电机的安全运行关系到整个列车的行车安全,展开交流牵引电机的故障诊断具有重要意义。一、国外交流牵引电机的发展概况1、早期发展阶段 18911892 年德国西门子公司试验成功了三相交流电源直接供电的最早的绕线式转子异步牵引电动机。 1898 年德国西门子公司在一台两轴车上安装了变压器，并由三根架空线提供10kV、50Hz 的三相交流电。该车采用了三相绕线式异步牵引电动机。 1903 年德国试验线上交流传动车辆的最大速度达 到 210km/h，采用的是绕线式异步牵引电动机。1917 年德国试制成功采用“劈相机”将单相交流供电进

3、行旋 转、变换为三相交流电的试验车，采用的是三相异步牵引电动机。 1943 年匈牙利国铁定购的机车和 1955 年法国国营铁路的一台样车上都装有旋转变频机组，但由于系统结构复杂、机组体积庞大，这 2 种机车都没有继续发展下去。 1955 年水银整流器机车问世，标志着电力牵引电传动交直技术实用化的开始，使电力牵引交流传动技术的早期发展阶段终告结束，用于交流传动的牵引电动机的研制也告一段落。辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告22、近代发展阶段1964 年分谐波控制的逆变器（即现在的脉宽调制逆变器）的出现使电力牵引系统发生了根本性的技术革命，交流传动技术发展进入了一个新的时代。 1971

4、年德国研制成功第 1 台交流传动内燃机车（DE2500），采用三相异步电动机。 19801987 年间研制了 4 台DE2500 交流传动内燃机车（德国），改装了 12001 交流传动电力机车（瑞士）对不同供电方式下的 PWM 逆变器异步牵引电机系统在转差电流控制下的机车性能进行了多方面的试验，结果向世人展示了交流传动系统的意想不到的优越性，这些机车采用的是三相异步牵引电动机。 1983 年研制成功 BR120 型交流传动干线电力机车，这是交流传动机车发展史上的一个重要里程碑，标志着交流传动技术走向成熟阶段，其采用了三相异步牵引电动机。 1988 年德国西门子 ICEV 动车创造了407km/

5、h 的世界第一速，采用的是三相异步电动机。 80 年代至今，随着磁场定向控制和直接转矩控制等交流传动控制技术的发展，德国、法国、日本、美国等各国已研制出多种型号的交流传动电力机车、交流电传动内燃机车和高速电动车组。二、国内交流牵引电机的发展概况交流牵引电机伴随着交流传动技术的研究始于上世纪 70 年代初，当时只进行一些理论研究和地面试验，采用过交流异步电动机和同步电动机。 上世纪 90 年代我国由南车株洲电力机车研究所有限公司和铁道部科学研究院共同研制的、功率达 1000kW 的电力牵引交流传动系统获得成功，采用的是交流异步电动机。 在此基础上，由南车株洲电力机车有限公司和南车株洲电力机车研究

6、所有限公司于 1996 年共同研制的我国第 1 台 4 轴 4000kW 交流传动电力机车（原型车）诞生。该车以AC4000 命名，采用 JD103 型三相异步电动机，标志着我国电力机车进辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告3入交流传动时代。 1999 年 9 月我国首台交流传动内燃机车“捷力型”调车内燃机车研制成功，采用 JD108 型交流异步牵引电动机，标志着我国内燃机车进入交流传动时代。 2000 年我国首批投入商业运营的国内单轴功率最大、达到国际先进水平的交流传动高速客运电力机车“熊猫号”和高速动车组“蓝箭号”诞生，它们采用的是三相异步电动机。 2000 年 6 月由大连机车车

7、辆厂和西门子公司合作研制生产的 2 台DF4DAC 型交流传动内燃机车落成，该车与后来的 SSJ3 型电力机车均采用交流异步电动机。2001 年 5 月由浦镇车辆厂研制的“先锋号”动力分散型动车组，采用 JD106S 异步牵引电动机。2003 年戚墅堰机车车辆厂研制的 2 台 DF8CJ 交流内燃机车采用 JD123 交流异步牵引电动机。 2004 年以来通过引进国外高速重载、高速动车的先进技术，立足国内，自主创新，已取得了实质性的成果，将我国交流传动技术和交流牵引电机技术提升到国际一流的水平，诞生了具有我国自主知识产权的DJ1、DJ2、DJ4、HXD1、HXD2、HXD3 以及 HXN3、H

8、XN5 大功率交流传动电力和内燃机车，也诞生了 CRH1、CRH2、CRH2-300、CRH3、CRH5、CRH380A 系列高速动车组，产生了大功率以及高速的异步牵引电机YJ116A、YJ85A、YJ90A、YJ87A、YJ105A、YJ92A、JD160、JD121、JD123 等系 列电机，使我国交流牵引电机研发与发达国家的差距大大缩小，使我国交流牵引电机研制真正进入一个新时代。三、目前存在的问题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

9、形等。因此往往引起振动及噪声增大，导致小齿轮碰撞磨辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告4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 四、电力机车交流牵引电机故障诊断研究的意义我们相信，到 2020 年，我国的电气化铁路将从南疆延伸到北国，从山区在新的历史条件下，我们遇到了很多新问题，出现了很多新困难。但是，体制改革与机制转换、结构调整与技术改造，正在为我国电力机车新一轮发展奠定基础；铁路加大投入，加快建设，电力牵引又是牵引动力改革的发展方向，这为电力机车发展提供了新的机遇，开辟了新的市场。这种牵引动力的变革促使机车空气管路系统的不断

10、改进。我广泛走向平原主要繁忙干线，营业里程将跻身世界前列，交流传动电力机车将奔驰在神州大地，我国电力机车工业将跻身于世界舞台，为我国国民经济和铁路运输发展作出我们新的贡献，为中国赢得新的荣誉。辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告5主要参考文献：1 朱龙驹 .韶山四型电力机车M.北京：中国铁道出版社 ，2001 2 辛大娟 .电力机车电器检查与维护M.成都: 西南交通大学出版社，2007 3 潘京涛 . 电力机车电机检查与维护M.成都: 西南交通大学出版社，2009 4 潘京涛 . 电力机车故障分析与处理M.北京: 中国铁道出版社，2010 5 张有松 .韶山 4 型电力机车M.北京:

11、中国铁道出版社 ，2006 6 华平 . 电力机车控制 M.北京: 中国铁道出版社， 2003 年 7 周平 . 铁道概论 M.北京 : 中国铁道出版社， 2007 8 李晓村. 机车新技术概论M.成都: 西南交通大学出版社， 2006 9 张龙 . 电力机车电机 M.北京: 中国铁道出版社，2008 10 张中央. 电力机车检修 M.北京: 中国铁道出版社，2009 11 张开文 .制动M.北京 : 中国铁道出版社， 2006 12 张琳 . 电力机车电器M. 成都: 西南交通大学出版社， 2008 13 刘友梅 SS4B 型电力机车M.北京: 中国铁道出版社 ， 2003 14 连级三 电

12、力牵引控制系统M.北京: 中国铁道出版社 ， 2005 15 郭世明 .电力电子技术M.成都: 西南交通大学出版社 ， 2009 辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告6研究方案:理论基础论文是基于采样模拟牵引电机定子电流信号,运用小波包分解算法分析 和处理电机故障信号,并提取出有效的电机故障特征向量,应用 BP神经网络实现了对牵引电机较为常见的电气和机械故障的综合诊断模拟实验。二、研究方法论文采用定子电流法,在总结和汲取前人研究成果的基础上,以 DJl型机车为例,对牵引电机的故障机理和诊断方法进行了研究。同时分析和总 结了电机发生电气故障和机械故障时的特性,揭示了各种电机故障与特征频

13、率之间的内在联系,并提出了一种模拟牵引电机故障信号的方法。三、研究步骤实现了基于 MB90F334 的交流牵引电机故障综合诊断板卡, 编写了板卡驱动程序,并将 gC/OS.I 实时操作系统和基于小波包一神经网络 故障诊断的算法移植到单片机中。同时,通过数据采集板卡模拟牵引电机故 障信号,电压限幅保护电路与基于嵌入式系统的牵引电机故障综合诊断系统 相连,并通过 LCD 屏对诊断结果的实时显示,建立起牵引电机故障综合诊断 实验平台,并通过实验验证了论文方案的可行性。四、预期成果论文只对三种故障模式进行智能诊断,但是在实际生产过程中,牵引电机还有可能发生其它种故障,对于这些故障本论文所设计的故障综合

14、诊断 装置是无能为力的。因此今后可以根据实际需要,适当地扩大故障模式的个 数,进一步完善系统的诊断功能,以提高系统的性能。辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告7毕业设计（论文）进度安排：序号 毕业设计（论文）各阶段内容 时间安排 备注1 找到指导教师，领取题目 2015.3.092 由指导教师填写任务书（电子版） 3.10-3.143 查找论文有关的资料并进行整理 3.15-3.194 撰写并提交开题报告（电子版） 3.20-3.255 写出论文的初稿 3.26-4.206 对论文进行修改 4.21-4.267 听取老师的意见，进一步修改论文 4.27-5.048 提交论文（纸质版）

15、5.5-5.109 论文答辩 5.18指导教师意见：该生通过与课题组成员和老师进行了充分讨论，参考了许多文献，确定了具有一定实用价值的课题。本课题初步确定了内燃机车机油压力低的原因与分析设计思路基本明确，通过设计和研究可以提高铁路运输质量，本课题的研究方法和研究步骤基本合理，难度适合，学生能够在预定时间内完成该课题的设计。同意该课题开题。指导教师签名： 审核日期： 年 月 日辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）指导教师评阅意见1总成绩：_ 指导教师 (签名)：_ 日期： 年 月 日题 目： 电力机车交流牵引电机故障诊断研究系 部： 机车车辆系 专 业： 铁道机车车辆学生姓名： 佟 阔 学 号： 1250536 毕业设计（论文）完成情况(包括设计图纸、说明书、实验报告、计算机软硬件、外文翻译及摘要、论文书写及规范化等)评价：毕业设计（论文）成果质量评价意见：学生工作态度和考勤情况评价：开题报告的评定成绩：辽宁铁道职业技术学院毕业设计（论文）答辩小组评议意见毕业设计（论文）完成情况和成果质量（工