电力机车交流牵引电机故障诊断研究

摘要

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显著。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，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。
　　本文以HXD2型机车为例，研究其牵引电机的故障机理和诊断方法，分析电机故障（定子匝间短路、转子偏心、转子断条及轴承异常）及其对应的特征频率，揭示出故障与特征频率的内在联系。深入研究基于定子电流频谱分析法的电机故障诊断技术，包括定子电流信号的采集设计及信号处理方式。以电机转子断条故障为例，用MATLAB仿真出转子断条故障的定子电流信号，分别用FFT变换、小波包结合FFT变换、Hilbert结合FFT变换三种频谱分析方式，对故障电流信号进行分析处理，仿真结果显示小波包结合FFT变换所提取的故障特征频率较为明显。
　　针对牵引电机故障诊断，设计出基于故障树最小割集结合电流频谱分析法的交流牵引电机故障诊断专家系统。完成基于专家知识库、知识获取机制及诊断推理的故障诊断方法设计。专家系统的知识库构建包括故障树的建立、规则库的获取及故障理论值的存储，推理机的设计包括启发性的规则匹配和小波包结合FFT变换的频谱分析。采用ADO.NET数据库访问技术及ACCESS关系型数据库，在Visual Studio2010软件开发平台上设计开发了交流牵引电机故障诊断专家系统软件。为交流牵引电机的故障诊断提供一种新的诊断方法，该方法能较好的完成牵引电机故障检测和诊断的要求。
　　完成交流牵引电机故障诊断系统的结构设计，包括交流牵引电机故障诊断地面实验系统和便携式交流牵引电机故障诊断装置。完成地面实验系统的组成模块和故障诊断流程的设计，以及便携式故障诊断装置的硬件原理设计和功能模块的实现。采用霍尔电流传感器采集电机定子电流信号，通过信号调理电路进行预处理，由交流牵引电机故障诊断专家系统对预处理后的电流信号进行分析处理，给出诊断结果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 交流电力机车的检修与保养

1．2．1 交流电力机车的检修模式

1．2．2 交流电力机车的保养

1．3 交流电力机车常见故障

1．4 本文的主要研究内容

第2章 交流牵引电机故障及机理分析

2．1 交流机车及牵引电机

2．1．1 HXD2型电力机车及牵引电机

2．1．2 交流牵引电机常见故障类型

2．1．3 交流牵引电机常见故障诊断方法

2．2 交流牵引电机的故障产生原因及机理分析

2．2．1 定子匝间短路故障机理分析

2．2．2 转子故障机理分析

2．2．3 轴承故障机理分析

2．3 本章小结

第3章 基于定子电流法的交流牵引电机故障诊断研究

3．1 交流牵引电机定子电流分析法

3．2 定子电流分析法信号采集设计

3．2．1 电流传感器的选择

3．2．2 信号调理电路设计

3．3 定子电流分析法信号处理理论

3．3．1 傅里叶变换

3．3．2 希尔伯特变换分析方法

3．3．3 小波变换分析方法

3．3．4 牵引电机转子断条故障的仿真分析研究

3．4 本章小结

第4章 交流牵引电机故障诊断专家系统设计

4．1 专家系统的定义及组成

4．1．1 专家系统的定义

4．1．2 专家系统的组成

4．2 交流牵引电机故障诊断专家系统详细设计

4．2．1 交流牵引电机故障诊断专家系统获取知识分析

4．2．2 交流牵引电机故障诊断专家系统诊断方法设计

4．2．3 交流牵引电机故障诊断专家系统知识库设计

4．2．4 交流牵引电机故障诊断专家系统推理机设计

4．3 交流牵引电机故障诊断专家系统的软件实现

4．3．1 基于ADO．NET数据库访问技术

4．3．2 交流牵引电机故障诊断专家系统的构成

4．3．3 交流牵引电机故障诊断专家系统功能模块设计与实现

4．4 本章小结

第5章 交流牵引电机故障诊断系统结构设计

5．1 交流牵引电机故障诊断地面实验系统设计

5．1．1 交流牵引电机故障诊断地面实验系统总体设计

5．1．2 交流牵引电机故障诊断地面实验系统数据采集模块

5．1．3 交流牵引电机故障诊断地面实验系统数据处理诊断模块

5．2 便携式交流牵引电机故障诊断装置设计

5．2．1 便携式交流牵引电机故障诊断装置总体设计

5．2．2 CPU主控模块及外部时钟模块

5．2．3 电流采集模块及电源模块

5．2．4 通信模块及调试接口模块

5．2．5 数据存储模块及LCD显示模块

5．2．6 便携式交流牵引电机故障诊断装置实物

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果