（成都中車四方軌道車輛有限公司，四川 成都 610101）

0 引言

在地鐵車輛日常運行過程中，其電機極易發(fā)生故障，影響地鐵車輛的安全性能和可靠性能。而針對該故障，只能通過及時診斷、分析和維修，才能夠避免再次發(fā)生相同的故障。因此，分析地鐵車輛電機牽引故障的診斷及維修技術是十分必要的。

1 牽引電機的概念和先進性

牽引電機是一種用于牽引的電機，憑借的是牽引電機發(fā)出的牽引力對車輛進行牽引，其公式如公式（1）所示。

式中：F為牽引力，P為電機車質量，v為機車平均速度。

該電機主要應用于各種電動車輛和電力機車，其中，地鐵車輛就是應用最為廣泛的一個領域。具體的牽引電機如圖1所示。

圖1 牽引電機

在科學技術水平不斷提高的背景下，交流變頻調(diào)速技術愈發(fā)成熟，通過在牽引電機中應用交流變頻調(diào)速技術，相較于直流調(diào)速范圍，交流牽引電機能夠進行平穩(wěn)的無極調(diào)速，且結構更加簡單，占地面積更小，滿足地鐵車輛對電機安裝空間和重量等方面的要求。目前，交流牽引電機主要應用于城市軌道交通、輕電車軌以及地鐵車輛。而除了交流牽引電機，在牽引電機發(fā)展過程中，還出現(xiàn)了直流牽引電機，滿足了各種電動車輛和電力機車牽引特性的需要[1]。

2 地鐵車輛牽引電機中存在的主要故障

地鐵車輛牽引電機中存在的故障主要包括以下2種：1） 電機通電時出現(xiàn)的故障，電機通電后無法正常轉動。當?shù)罔F車輛的電機通電啟動之后無法正常運轉時，同時沒有出現(xiàn)其他異常，例如冒煙、異響以及異味等，這意味著電流較小，無法滿足電機的運作需要。造成該情況的原因：牽引電機的電源接觸不良造成的電流較小；或是過流繼電器的調(diào)節(jié)不合理，導致電源沒有有效接通造成的故障；還可能是因為過高的溫度使熔絲發(fā)生熔斷情況導致無法正常的故障；最后，還有可能是軸承出現(xiàn)電流，軸承出現(xiàn)電流后的流動如圖2所示。為了保證電機穩(wěn)定運行，需要計算其電壓變化率，計算公式是通過對其進行計算，能夠有效地避免軸承電流的出現(xiàn)。2）地鐵車輛牽引電機運作過程中出現(xiàn)的故障。一般情況下，地鐵車輛牽引電機運作過程中往往會出現(xiàn)異響這一問題，主要是因為電源電壓過高，長時間高負荷的運轉使其出現(xiàn)異響。除此之外，還有可能是電機的定子油量較低，進而導致異響故障的發(fā)生。另外，地鐵車輛牽引電機在運作過程中的振動幅度較大是由電機內(nèi)部的轉子出現(xiàn)問題或者鐵芯松動和變形引發(fā)的。

圖2 軸承電流流動示意圖

3 分析診斷地鐵車輛電機牽引故障的技術

3.1 聲音診斷技術

技術維修人員在開展實際的故障診斷工作過程中，應保證電機處于空載穩(wěn)定狀態(tài)，之后再對電機的運行狀態(tài)進行分析和診斷。一般情況下，電機內(nèi)部的轉速是同步的，也就是按照公式的速度進行，其中，n為電機的轉速，所以，60為每分鐘60秒，f為電源頻率，p為電機旋轉磁場極對數(shù)。在對電機運行狀態(tài)進行診斷時，可使用額定轉速的方法進行，從而保證測試結果的科學性和合理性。需要注意的是，技術維修人員應保證電壓率的穩(wěn)定性和點頻率的穩(wěn)定性，從而提高測試結果的準確性。另外，還要保證電機處于通電狀態(tài)，并且結合自身的診斷經(jīng)驗作為參照標準之一，對電機軸承的噪聲進行評估，從而開展全面、科學的地鐵車輛電機故障噪聲診斷工作，為后續(xù)的故障處理工作以及地鐵車輛的使用奠定良好的基礎[2]。

以軸承出現(xiàn)異常聲音的電機故障為例，在對其進行故障診斷時，主要是對電機軸承運轉的雜音進行判斷，然后使用聲音對比法對其進行進一步診斷，最后得到測試數(shù)據(jù)。需要注意的是，在開展測試工作時，要保證電機處于額定頻率或是低頻的狀態(tài)。具體診斷步驟包括以下2點內(nèi)容：1）科學分解電機，對其內(nèi)部進行觀察。在該技術案例中發(fā)現(xiàn)，電機內(nèi)部的油脂出現(xiàn)固化的現(xiàn)象，且存量較少，導致電機運轉過程中摩擦較大。另外，電機內(nèi)部的滾珠面已生銹，在將油脂擦拭掉后，發(fā)現(xiàn)少許滾珠面出現(xiàn)了幾個沿軸向且程度不一的凹陷印子。2）對電機內(nèi)部現(xiàn)象進行分析，研究導致其生銹的原因。對其進行全面分析后發(fā)現(xiàn)，在電機日常運轉過程中，水分隨著空氣進入了電機的軸承室內(nèi)，經(jīng)過時間的推移，逐漸發(fā)生銹蝕反應。然后判斷滾珠面凹陷印子的來源，可與內(nèi)環(huán)面的印槽進行對比，發(fā)現(xiàn)在組裝電機轉子的過程中，滾珠拉傷了內(nèi)環(huán)面，在牽引電機長時間的運轉過程中，摩擦力逐漸增加，進而導致凹陷印子的出現(xiàn)。

3.2 電機體診斷技術

在對地鐵車輛牽引電機故障進行診斷時，可以采用電機體振動診斷技術，從而提高診斷工作的全面性和準確性。具體來說，在使用電機體振動診斷技術時，主要是對電機體的振動幅度進行測試。一般情況下，是在電機體的水平方向使用彈性吊架對其幅度進行測試，或是在電機體的垂直方向進行測試。技術維修人員應注意，在開展電機體振動診斷作業(yè)時，要確保避免外界其他因素的干擾，保證測試結果的準確性。另外，在通過電機體振動進行故障診斷時，應明確把握震蕩參考測量點以及震蕩值，數(shù)值一般不超過3.5 m/s。具體如圖3所示。

3.3 溫度診斷技術

從目前現(xiàn)狀來看，在對電機軸承溫度進行診斷時，使用的方法一般是利用商用磁石PT100溫度傳感器對其溫度進行準確的測試。首先，接通電機的電源，靜置一段時間，等待軸承溫度的升高；其次，使用商用磁石PT100溫度傳感器對軸承溫度進行測試；最后，對溫度進行判斷，并對其進行二次測試，對比2次的溫度值，從而判斷牽引電機是否出現(xiàn)軸承溫度過高的故障。另外，還可以使用通用傳感器接口UTI法，該方法主要通過MCU得到PT100和參考電阻的比例，進而得到溫度[3]。該傳感器如圖4所示。

4 分析維修地鐵車輛電機牽引故障的技術

4.1 結合實際情況，構建故障表格

故障類型結構表的構建主要是歸納、整理、劃分各種類型的故障，提高維修工作的效率和質量。由于在實際的地鐵車輛牽引電機維修過程中，維修人員僅通過故障診斷技術就對具體故障進行判斷是不全面的，且故障不一定是單一的，也有可能是多個故障同時發(fā)作。因此，僅通過故障診斷或是人員描述無法確切地把握地鐵車輛牽引電機的具體故障。但通過構建故障類型結構表，能夠根據(jù)該表格掌握目標電機曾出現(xiàn)的故障以及引發(fā)故障的原因，從而對故障類別以及故障的實際成因進行全面準確的分析，進而提高故障處理、電機維修的質量和效率。同時，加強維護，具體維護周期及內(nèi)容見表1。

圖3 電機體振動診斷

圖4 商用磁石PT100溫度傳感器

表1 具體維護周期及內(nèi)容

4.2 處理電腐蝕故障的有效技術

對于地鐵車輛牽引電機的故障來說，最常出現(xiàn)的就是電機異響，會對地鐵車輛牽引電機產(chǎn)生重要影響且會出現(xiàn)異響的原因之一就是電機的軸承出現(xiàn)了電腐蝕現(xiàn)象，進而引發(fā)較為嚴重的故障。在對該故障進行處理時，可采用以下4點維修措施：1）低逆變器負極和EMI電容進行優(yōu)化。該維修措施的主要根據(jù)為地鐵車輛的接線原理和結構，相關技術維修人員結合實際情況，選擇合適的變流器負極EMI變?nèi)荩ㄟ^優(yōu)化軸承電流的通路，進而降低電壓，解決電機軸承異響的出現(xiàn)。具體操作步驟是首先對實際情況進行分析，科學選擇EMI電容；然后合理安裝EMI電容，一般情況下，可將其安裝在靠近逆變器負極的地方，且選擇質地軟、長度短的線進行對接，例如銅絞線，從而降低電感值[4]。2）對接地方案進行完善。在使用該方法對地鐵車輛牽引電機軸承的電腐蝕故障進行處理時，需要以整個車輛的接地標準為前提，再對接地位置進行合理調(diào)整。一般情況下是通過安裝接地電阻，將其安裝在構架和軸端之間后，能夠降低感抗值，減少電機軸承的電流和電機的軸電壓。3）加設濾波器，對逆變器控制軟件進行優(yōu)化。該設備一般安裝在逆變器上的輸出端，進而降低低脈沖電壓的電壓變化率。同時，轉差率s如公式（2）所示。

式中：s為轉差率，n為電機轉速，n1為同步轉速，通過計算轉差率并對其進行控制，能夠有效減少電機軸承電流在對逆變器控制軟件進行優(yōu)化時，主要是對IGBT開關進行調(diào)整，從而在保證逆變器平穩(wěn)運作的同時，降低電壓變化率。4）對電機絕緣軸承進行更換，優(yōu)化其性能。從目前現(xiàn)狀來看，絕緣軸承主要分為3種，分別是內(nèi)圈絕緣軸承、外圈絕緣軸承以及陶瓷混合滾子軸承。但是，其中的外圈絕緣軸承具有一定的局限性，當遇到高頻軸電壓時，無法對其進行有效絕緣，因此在使用該絕緣軸承時，往往需要配備潤滑油膜，但這極易導致軸承電流的出現(xiàn)，不利于電機的穩(wěn)定運轉。而內(nèi)圈絕緣軸承的適用性較差，在其使用過程中需要開展高標準的裝配工作。因此，最好使用陶瓷混合滾子軸承，相較于內(nèi)圈絕緣軸承和外圈絕緣軸承，該軸承不僅成本適中，還能夠對電壓過高進行抑制，最重要的是可以降低電腐蝕發(fā)生的概率，進而徹底解決牽引電機軸承電腐蝕故障問題，避免異響，保證地鐵車輛的安全運作。

4.3 以排除法為核心，處理具體故障

綜上所述，在地鐵車輛牽引電機運作過程中，其電機極易出現(xiàn)各種各樣、不同程度的故障，導致相關技術維修人員在對故障進行處理時，往往出現(xiàn)故障混亂或者漏掉故障的情況。因此，在對地鐵車輛牽引電機故障進行維修處理時，維修人員可以使用故障排除法開展精準的維修工作。具體來說，相關技術維修人員應制定定期的檢修方案，定期更換軸承，并對其進行異物清理等方面的工作，在對其進行組裝時注重油脂的刷涂，避免故障的出現(xiàn)。在此過程中需要注意的是，在對其進行刷涂時，要提前預留空間，降低溫度升高情況的發(fā)生概率，而且，在開展電機測試作業(yè)時，要對額定轉速進行控制，在此之前需要掌握最大轉矩，最大轉矩的計算公式如公式（3）所示。

式中：γ為電機過載能力，Mmax為最大扭矩力，MN為額定轉矩，通過計算和對最大轉矩的把握，使油脂和軸承能夠進行充分的磨合，從而提高電機的穩(wěn)定性。最后，通過測試溫度、聽電機運行聲音等方式進行故障維修時，關注技術要點，從而保證維修質量。

5 結論

總的來說，對于地鐵車輛的日常運行來說，保證牽引電機的運轉質量具有極強的現(xiàn)實意義，直接影響地鐵車輛運作的安全性和穩(wěn)定性。相關技術維修人員應通過噪聲診斷法以及溫度測試法等措施科學診斷故障，通過故障排除法和電腐蝕故障處理技術等開展維修工作，促進地鐵事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。