电力机车交流牵引电机故障诊断技术研究

摘要

随着列车向高速化方向发展，铁路行车安全的重要性越来越突出。在我国铁路跨越式发展的大背景下，交流传动电力机车将成为我国开发和应用的主流机车。交流牵引电机作为交流传动电力机车的核心设备之一，它的安全运行关系到整个列车的行车安全，因此开展对交流牵引电机的故障诊断研究是非常必要的。 论文在总结和汲取前人研究成果的基础上，以DJI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。针对牵引电机的工作机理，系统分析了电机在发生定子匝间短路故障、轴承故障和转子气隙偏心故障时的表现特性，提取出了电机在故障时相应的特征频率，揭示出各类故障与特征频率之间的内在联系。 论文采用小波包分解算法进行故障信号分析和处理，提出了对数故障特征向量提取算法，提取出了有效的故障特征向量。本文使用BP神经网络模型对牵引电机的三种故障进行识别和诊断，提出基于小波包一神经网络故障诊断算法。 论文设计并实现了基于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μC/OS-II实时操作系统和基于小波包—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，并实验验证了论文方案的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文的背景及意义

1.2设备故障诊断技术概述

1.2.1国外发展情况

1.2.2国内发展情况

1.2.3设备诊断技术的基本方法

1.3交流牵引电机故障诊断技术概况

1.3.1交流牵引电机故障诊断的基本原理

1.3.2交流牵引电机故障信号的采集技术

1.3.3交流牵引电机故障信号的分析和处理方法

1.3.4交流牵引电机的故障诊断方法

1.4基于嵌入式系统的交流牵引电机故障综合诊断

1.5论文的内容结构

第2章交流牵引电机故障及机理研究

2.1引言

2.2交流牵引电机的常见故障类型

2.2.1交流牵引机车介绍

2.2.2交流机车牵引电机常见故障

2.3交流牵引电机常见故障的机理分析

2.3.1定子匝间短路故障机理分析

2.3.2轴承故障机理分析

2.3.3转子偏心故障机理分析

2.4交流牵引电机常见故障的特征分析

2.4.1定子匝间短路故障特征

2.4.2轴承故障特征

2.4.3转子偏心的故障特征

2.5交流异步电机故障信号的仿真

2.6小结

第3章小波分析理论

3.1引言

3.2小波定义

3.3多分辨率分析

3.4小波包分析

3.5基于小波理论的信号特征提取

3.6小结

第4章神经网络理论

4.1引言

4.2神经网络简介

4.2.1神经网络的发展

4.2.2神经网络的特点

4.3 BP网络模型与学习算法

4.3.1神经元模型

4.3.2 BP神经网络的结构及算法

4.3.3 BP算法存在的问题

4.3.4 BP改进型学习算法

4.4小结

第5章交流牵引电机故障诊断系统硬件设计与实现

5.1引言

5.2系统总体设计

5.2.1系统组成

5.2.2富士通系列单片机简介

5.3定子电流采集模块设计

5.3.1实验室环境下采集模块设计

5.3.2现场环境下采集模块设计

5.4电源模块设计

5.4.1诊断系统电源设计

5.4.2传感器电源设计

5.5数据存储模块及显示屏设计

5.5.1外部RAM设计

5.5.2外部Flash设计

5.5.3铁电存储器设计

5.5.4显示屏设计

5.6通信模块及外部时钟模块设计

5.6.1 RS232串口通信设计

5.6.2外部时钟及看门狗电路设计

5.6.3预留接口设计

5.7小结

第6章交流牵引电机故障诊断系统软件设计

6.1引言

6.2软件开发工具

6.3驱动层软件编写

6.4嵌入式实时操作系统的移植

6.4.1嵌入式实时操作系统

6.4.2μC/OS-Ⅱ操作系统的体系结构和特点

6.4.3 μC/OS-Ⅱ在单片机MB90F334上的移植

6.5应用层软件设计

6.6小结

第7章交流牵引电机故障综合诊断实验

7.1引言

7.2小波分析与神经网络的结合

7.3基于嵌入式系统的综合故障诊断实验

7.3.1定子匝间短路故障诊断

7.3.2轴承和偏心故障诊断

7.4故障综合诊断实验结果

7.5小结

总结与展望

致 谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文