CRH5型动车组牵引电动机结构型式及常见故障分析.doc

CRH5型动车组牵引电动机结构型式及常见故障分析郑州客车车辆段 康文利摘要：电动机为6 极三相感应式电机，带有强制通风。异步电动机作为动车组的牵引电动机，必须满足牵引性能的要求。一般来说，牵引运行可分为：启动加速区、恒功率输出区、提高速度区或恒电压区三个运行调节区。动车组转向架、牵引系统、制动系统、空调系统和控制系统是动车组核心技术，也是运输安全关键点，特别是牵引系统的电动机部分，直接影响动车组的速度，重要性不可置疑。关键词：电动机 特性调节 定子 牵引模块1 电动机工作原理及结构型式1.1 三相异步电动机的工作原理及运行分析三相异步电动机的工作原理如下图所示，定子上的三相绕组接到三相交流电源上转子绕组自成闭合回路。三相异步电机的工作可分为3种情况。1.1.1 三相异步电动机作为电动机运行 三相异步电动机作为电动机运行是其最普遍的工作状态。三相电流流入三相定子绕组，产生旋转磁势，并在气隙中产生相应的旋转磁场。旋转磁场也是以同步转速n1在旋转。当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中有电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作用而产生电磁转矩，使转子以转速n旋转，从而把电能转换成机械能，作电动机运行。由左手定则判断可知，转子方向与磁场旋转方向相同，如图(b)所示。1.1.2 三相异步电动机作为发电机运行 若异步电机的转轴上不是机械负载，而是用一原动机拖动异步电机的转子以大于同步转速的速度与旋转磁场同方向旋转，如图(c)所示。此时，转子导体相对于旋转磁场的运动方向与(b)相反，转子导体中的电势及电流也反向。由左手定则可知，转子导体所产生的电磁转矩也与转子转向相反，起着制动作用。为了克服电磁转矩的制动作用，使转子能继续旋转下去，并保持nn1，原动机就必须不断向电机输入机械功率，而电机则把输入的机械功率转换为电功率输出给电网，此时异步电机成为发电机。异步发电机运行时，转差率s为负值。1.1.3 三相异步电动机在制动状态下运行 若在外力作用下，使转子逆着旋转磁场方向转动，如图(d)所示。比较图(b)和图(d)可见，此时转子导体相对于磁场的运动方向与电动机运行状态相同，故转子导体中的电势和电流方向仍与电动机状态相同，作用在转子上的电磁转矩方向与旋转磁场方向一致，但却与转子转向相反，起了阻止转子旋转的作用，故称为三相异步电动机的制动运行。在这种情况下，它一方面消耗原动机的机械功率，同时也从电网吸收了电功率，这两部分功率均变为三相异步电动机内部的损耗。制动运行时，由于转子逆着磁场方向旋转，n1。 在3种运行状态下，转子转速总是与旋转磁场转速(同步转速)不同，因而称为异步电机。又由于异步电机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理来产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩使电动机转，因而异步电机又称为感应电机。1.2 CRH5型动车组电动机的结构型式电动机为6 极三相感应式电机，带有强制通风，依照EN 60349-2 和EN 61377 标准的规定生产。用于制造电机的材料符合现行相关标准UNI、ISO、EU、CEI、IEC 和DIN 的规定。根据不同的要求，机械加工的尺寸和几何形状满足现行UNI 和ISO 标准的规定。1. 牵引电机2. 风机单元3. 支撑架4. 安全联轴器5. 热风引风机技术数据： 类型 三相鼠笼式感应电机 极数 6 冷却系统 强制通风 绝缘 200级 介电强度 每分钟9000 Vrms/50 Hz 传动侧轴承 绝缘滚柱式 转速传感器测轴承 绝缘球式 供电电压 1161 V（零线与相线间）；2011 V（相线与相线间） 电流 210,9 A 连续功率 567,5 kW 最高速度 3121 g/1 最大转矩 7000 Nm 方波效率 95% 在1 m 距离处所释放噪音 108 dB。1.3 异步牵引电动机的特性调节异步电动机作为动车组的牵引电动机，必须满足牵引性能的要求。一般来说，牵引运行可分为：启动加速区、恒功率输出区、提高速度区或恒电压区三个运行调节区，如右图所示。在动车组启动加速阶段，一般要求牵引力尽可能接近黏着牵引力，以获得大而稳定的启动牵引力，这时异步电动机应按恒转矩要求进行变频调节；启动后，随着速度的提高，牵引电动机输出功率也不断增大，启动过程结束，则希望牵引电动机按在各种运行速度下保持恒功率输出的要求进行变频调节。为了满足动车组启动和运行时牵引特性的要求，需要在调节频率的同时相应调节牵引电动机的电压。2 常见故障类别及分析2.1 定子绕组故障的检修及分析动车组长时间停放或存放在潮湿的线路上，可能会导致电动机绕组绝缘性能下降，产生接地、短路及绕组接地错误等故障，将造成电动机运转不正常或完全不能运转，甚至烧损，严重时烧毁。2.1.1 绕组接地故障现象：绕组与机壳直接接通。绕组接地后，会引起电流增大，绕组发热烧坏绝缘，严重时会造成相间短路，使电动机不能正常工作，还常伴有振动和异响。故障原因：绕组因受潮、发热、振动，使绕组绝缘性能变坏，在绕组通电时被击穿。 引出线绝缘损坏或绕组端部过长跟机壳相碰。 电动机因长时间过载运行或转子与定子铁芯相擦(扫膛)，产生高热使绝缘老化。 在下线时，槽内绝缘被铁芯毛刺刺破或在下线整形时槽口绝缘被压裂，使绕组碰触铁芯。 绕组绝缘因受雷击或因电力系统过压击穿而损坏等。 故障判断方法： 欧表法。将表接在电极外壳与绕组组成的电路中，测量其绝缘电阻。观察表的示数，若示数为零，说明绕组接地；若示数大于或小于05 MQ，说明绕组受潮，将绕组烘干后再测量。灯泡法。先把绕组各相连接头拆开，然后将灯泡接入电路中，逐项检查绕组是否接地，若绕组绝缘良好，则灯泡不亮；否则，灯泡就亮。有时灯泡虽不亮，但用测试棒触电动机时会出现火花，则说明绕组严重受潮。应注意的是电路中所用电源一般为电池或低压电源，若用220 V交流电源时，应注意安全。故障处理方法：动车组运行途中，本务司机报车牵引电机故障，随车机械师通过LT屏查看确认车电机故障，到QEL柜切除26Q02、26Q04、26Q05继电器，通知司机，故障处理完毕，继续运行。动车组库内检修，组织二级修人员进行更换，质检员监督更换电机安装程序正确和确保作业人员安全，技术员指导更换中出现的难题，长客售后服务人员提供新的电动机和进行相应的技术支持。2.1.2 绕组短路故障现象：线圈导线绝缘损坏，使不能够相通的线匝直接相通，构成一个低阻抗的环路。此时通电后，会产生比正常电流大数倍的电流，使线圈迅速发热，加速绝缘老化，若只有几匝短路时，电动机还可以启动、运转，但这时电流增大，三相电流不平衡，启动力矩降低；当短路匝数过多时会烧坏电动机，不能启动，常见的短路故障有线圈匝间短路，极相组间短路和相间短路等。 故障原因： 电机长期过载运行，老化后变焦脆的绝缘因电机振动而开裂脱落。 绕组受潮严重，未经烘干处理就接入电源，造成电源电压击穿绝缘。 机械性损伤，或使用及维修中碰伤绝缘。 绕组端部太长，碰触机壳。 绕组端部或双层绕组的槽内相间绝缘没有垫好，被击穿损坏。 故障判断方法： 直接观察法。仔细观察绕组，若短路较严重，则在故障点会有明显的过高热痕迹，且绝缘焦脆，颜色变深，甚至能闻到焦煳味；若短路不明显，可让电动机空载运行十几分钟后，迅速拆开定子，用手探测，凡是发生短路的部分温度会比其他地方都高。 短路检测法。将已接通交流电源并串有电流表的短路侦察器放在定子铁芯槽口，并沿定子内圆逐槽移动，若检查槽内有短路存在，电流表的读数就会增大。 直流电阻法。若被测电动机有6个出线头，首先用万用表测出三相电阻值，然后用直流电桥分别测出各相绕组的阻值并加以比较，其中阻值最小的一相，就可能是发生短路的那一相。若被测电动机有3个出线头，内部接成Y或形，这时不必拆开内部接头，可在两个线端上测量电阻，若3次测得的电阻值都相等，则没有短路故障存在。否则电阻值较小者，可能有短路存在。故障处理方法：动车组运行途中，本务司机报车牵引电机故障，随车机械师通过LT屏查看确认车电机故障，到QEL柜切除26Q02、26Q04、26Q05继电器，通知司机，故障处理完毕，继续运行。动车组库内检修，组织二级修人员进行更换，质检员监督更换电机安装程序正确和确保作业人员安全，技术员指导更换中出现的难题，长客售后服务人员提供新的电动机和进行相应的技术支持。2.1.3 绕组断路故障现象：导线，连接线、引出线等断开或接线头脱落。定子绕组断路故障主要有：绕组线圈导线断路、一相断路、并绕导线中有一根或几根断路、并联支路断路等。电动机绕组断路后将无法启动，若在运行中突然断路，电动机仍可运转，但此时机身振动、声音异常，转矩下降、转速降低，时间稍长就会烧坏原本良好的绕组。故障原因：在并绕导线中，因其他导线断路电流过于集中在未断导线，发热将其烧断。绕组受机械力或碰撞发生断裂。绕组因接地、短路而造成线圈过热熔断。由于操作上的失误，接头焊接不良而在运行中脱落。故障判断方法：电流法。使其空载运行，用电流表分别测出三相空载电流，若三相电流不平衡。又无短路现象，那么电流较小的一相就是存在部分断路的一组，这种方法运用单位不常使用。电阻法。若绕组为Y接法，可用电桥分别测出三相绕组的直流电阻，哪相电阻大，断路点就在哪相，若绕组为接法，可先拆开一个接点，再用电桥分别测三相绕组直流电阻，哪相电阻大，断路点就在哪相。故障处理方法：动车组运行途中，本务司机报车牵引电机故障，随车机械师通过LT屏查看确认车电机故障，到QEL柜切除26Q02、26Q04、26Q05继电器，通知司机，故障处理完毕，继续运行。动车组检修库内检修，组织二级修人员进行更换，质检员监督更换电机安装程序正确和确保作业人员安全，技术员指导更换中出现的难题，长客售后服务人员提供新的电动机和进行相应的技术支持。2.2 电动机机壳、机座和端盖故障的检修及分析故障现象：变形、裂纹、散热片缺损及内端面上口处损伤、变形等。故障原因：电动机温升增高，转子扫镗，运转不平衡，安装困难，严重时甚至电动机不能运转，为此应加强对定子机壳的维护。故障判断方法：直接观察法。诊断振动法。通过对电机振动的检测，诊断电机产生故障的原因及部位，并制定处理方案。故障处理方法：拆卸电动机机壳外罩或散热片，进行纠正，损坏严重的，更换新的机壳或散热片。2.3 轴承故障的检修及分析 故障现象：车电动机温度一直高温，TD屏显示【电机冷却温度】与其他电机比较，发现温度异常。 故障原因：电动机轴承缺油，润滑脂变质或型号不对，甚至轴承老化（缺损）严重导致润滑脂焦化，失去作用。 故障判断方法：检查注油管内是否存有润滑脂，排油口是否脏堵或有废油排除，确认废油颜色和是否有金属粉末。注油管注油管 故障处理方法：动车组运行途中，本务司机报车牵引电机故障，随车机械师通过LT屏查看确认车电机故障，到QEL柜切除26Q02、26Q04、26Q05继电器，通知司机，故障处理完毕，继续运行。动车组检修库内，清理排油口灰尘或废油，确保畅通状态，更换注油管，加注60g润滑脂，下次回库，再加注60g润滑脂，上线运行。故障仍未消除，组织二级修人员进行更换，质检员监督更换电机安装程序和确保作业人员安全，技术员指导更换中出现的难题，长客售后服务人员提供新的电动机和进行相应的技术支持。2.4 电动机通风装置故障的检修及分析故障现象：车电动机温度升高，甚至直线升高， PS屏显示牵引模块故障，如图所示， TD屏显示【电机冷却温度】超出110，牵引变流器切除显示信号。故障原因：通风机电机故障、通风机风道严重漏风，90开始预警，110开始报警， 故障判断方法：随车机械师到车QEL柜查看，发现通风机继电器断开，立即合上，通知司机，故障仍未消除，断路器一直跳，合不上。 故障处理方法：动车组运行途中，随车机械师查看LT屏，到车QEL柜查看，发现通风机26Q30断路器断开，立即合不上，故障未消除。动车组到前方站停车，随车机械师到车故障电机，检查电机外观情况和电机风道漏风现象，用点温计确认电机温度，上车切除车牵引变流器显示信号，通知司机继续运行。动车组检修库内，修补或风道更换，检查通风机电机外观和通风机电源，甚至更换通风机电机。3 结论 当今世界交通运输领域，节能是一个热点话题，动车组可以满足能源消耗小，环境污染小，运输能力大和速度快的需求，受到各国政府或集团公司的关注，是投资交通运输的最佳选择。动车组转向架、牵引系统、制动系统、空调系统和控