HXN5B机车牵引电机测速故障判断方法

HXN5B机车牵引电机测速故障判断方法
发布时间：2022-10-18T09:12:34.293Z 来源：《科技新时代》2022年9期作者：顾一帆
[导读] HXN5B机车厂内转向试验时发生牵引电机测速故障引起牵引封锁
顾一帆
（中车戚墅堰机车有限公司机车制造中心江苏常州 213011）
摘要：HXN5B机车厂内转向试验时发生牵引电机测速故障引起牵引封锁，由此故障引出HXN5B机车牵引电机速度传感器检测原理，并结合该故障提出机车牵引电机测速问题的相关判断方法及对应解决方案，为今后机车制造及检修提供参考,便于快速排查和解决故障。

关键词：HXN5B机车；牵引电机速度传感器；测速齿盘
0引言
HXN5B型大功率交流传动内燃机车是一款适用于大、中型编组站的编组、调车及小运转作业的内燃机车。

近期HXN5B-5004机车在厂内进行转向试验时，当切换单个牵引电机试验机车电机转向，机车5位牵引电机在司机室主操纵台作前进向转动时，转速到达20r/min左右后发生转速突然降到0r/min的情况，机车瞬间牵引封锁，牵引力消失机车停止前进，等待2~3秒后转速恢复，随后前进一段距离后转速又突降到0r/min，机车牵引力消失。

针对上述问题，本文对HXN5B机车牵引电机测速回路原理进行概述，提出机车牵引电机测速问题的相关判断方法及对应的解决方案。

1 HXN5B机车牵引电机测速回路原理
以HXN5B机车五位牵引电机为例，当司机操纵司控器发出高电平牵引工况信号MH1至微机控制系统LCS后，微机柜12号板接收该数字量输入信号，随后微机将该信号转换成中间电压指令，通过MVB网络通讯转至CA3牵引变流柜，牵引控制单元TCU按LCS给定的中间电压指令工作，发出指令到逆变模块让逆变器触发输出三相正弦交流电给三相异步牵引电机，最后使得牵引电机工作。

牵引电机工作后，电机速度传感器SS5将转速脉冲信号传送至TCU，TCU根据机车牵引电机转速情况发送至逆变器，构成一个闭环控制系统。

同时TCU将转速信号通过MVB网络通讯发送给微机，其回路如图1所示：
图1 HXN5B机车牵引电机测速原理框图
牵引电机工作后，若TCU检测到某一位牵引电机转速信号异常，TCU将锁定对应牵引回路的逆变模块，封锁本轴逆变脉冲停止输出三相交流电，实施牵引封锁，牵引电机将不能继续运转。

1.1速度传感器定义
HXN5B机车牵引电机转速传感器为双通道信号相位差90°，控制系统通过两路信号的相位差识别电机的正、反转向，信号与转向关系定义为从传动端看逆时针方向旋转为正转，信号A超前信号B90°，反之顺时针方向为反转，信号B超前信号A90°[1]，速度传感器引脚定义：A--电源+，B--电源-，C--信号A，D--信号B，E--屏蔽层，速度传感器电路原理如图2所示:
图2 速度传感器电路原理图
1.2速度传感器测速原理
为了检测机车牵引电机的转速，在牵引电机非传动端安装了测速装置。

测速装置由测速齿盘和产生脉冲信号的速度传感器组成。

测速齿盘、速度传感器与输出波形的关系示意图如图3所示。

HXN5B机车的CDJD113型牵引电机测速齿盘设118个锯型齿，TCU测速模块为转速传感器中霍尔半导体薄片输入电流，在测速齿盘转动时，传感器的永久磁铁磁路不断被齿盘上的齿闭合、断开，流经霍尔芯片的电子或受
到磁场的变化影响发生偏转，在霍尔元件的两侧形成电压差，由于磁场不断变化，使霍尔电压产生脉冲信号，处理器根据脉冲数目检测转速[2]。

电机每转一圈，传感器发出118个脉冲信号。

转速信号用于控制系统对电机进行控制。

电机速度传感器与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便，且测速范围宽，温度适应范围宽，抗震性强。

图3 牵引电机速度传感器测速原理图
2 故障判断方法
针对HXN5B-5004机车五位电机出现的转速丢失引起牵引力封锁故障，由于微机能接收到TCU的转速信号，因此可以排除MVB网络通讯故障引起的测速故障，根据转速传感器回路可判断导致该故障的三个原因：1.牵引电机转速传感器及其线路故障；2.主变柜TCU速度采集模块故障；3.牵引电机本身存在故障或测速齿盘存在问题。

2.1牵引电机转速传感器及线路故障
以HXN5B机车五位电机转速传感器为例，速度传感器连接总成由机车连接器、电机速度传感器连接器和多芯屏蔽连接导线组成。

在排查故障时应重点检查插针与导线是否有虚接、导线屏蔽检查、连接器内部是否有毛刺等问题。

首先检查连接器是否缩针或者歪针、内部是否有毛刺现象；其次检查连接总成外观屏蔽是否良好；最后校线。

校线使用万用表电阻档校验转速传感器插头SS5的A、B、C、D脚与屏蔽线不通，A点与X4:8通，B点与X4:11通，C点与X4:9通，D点与X4:10通，A、B、C、D四点不互通，测量A、B点之间电压为15V。

以上均正常后试转向，若故障仍存在，可排除线路故障的可能。

牵引电机速度传感器线路简图如图4所示：
图4 牵引电机速度传感器线路简图
排除线路故障后，可更换该位电机的转速传感器，随后进行转向试验，若故障仍发生，可排除转速传感器本身故障的可能。

2.2主变柜TCU速度采集模块故障
针对主变柜TCU速度采集模块，以HXN5B-5004机车为例可将四位电机TM4与五位电机TM5的模块接口对调，即对调四位和五位电机主变柜对外接口的插针，将X4连接器X4:1与X4:8对调，X4:2与X4:9对调，X4:3与X4:10对调，X4:4与X4:11对调，插针连接正常后，试验转向，单独对五位电机进行转向试验时（此时TCU速度采集模块实际采集的是四位电机转速信号），前后进均正常，牵引力不消失，再单独对四位电机进行转向试验（此时TCU速度采集模块实际采集的是五位电机转速信号），主台前进方向发生牵引封锁，速度突然消失，故障发生了转移，试验后恢复原接线。

因此判断主变柜TCU速度采集模块工作正常，排除主变柜TCU速度采集模块故障的可能性，当其他电机发生测速故障时也可按此方法对TCU速度采集模块进行检查。

2.3牵引电机或测速齿盘故障
在机车牵引电机运行过程中，如果机车微机屏有速度信号，但速度显示异常。

就硬件部分而言，常出现故障位置为测速齿盘。

打开牵引电机非传动端端盖,检查测速齿轮盘注意三点:
①测速齿盘锯齿间距厚度是否均匀，间距或厚薄不均的齿盘会导致速度传感器输出波形出现异常；
②测速齿盘是否有缺陷。

加工时候某些齿存在缺陷，装上电机非传动端测速时，齿盘只有部分锯齿切割磁力线，导致输出波形不规则；
③测速齿盘同心度是否超差，当测速齿盘同心度超差时会导致输出波形异常[3]。

由于牵引电机转速传感器安装位置有严格要求，测速传感器与齿盘之间的间隙需控制在0.4mm~1.4mm之间，当传感器与齿盘的安装间隙保持在某一临界位置时，一旦测速齿盘锯齿存在缺陷或同心度超差，齿盘各齿与速度传感器之间的间距就会不同，超出间隙范围的一段区间就会超出传感器的测量范围，锯齿无法正常切割磁力线，当间隙较小则速度传感器感应出较大的输出信号，间隙较大时速度传感器信号变弱或无输出信号，TCU检测到速度发生异常，TCU就立即锁定发生测速故障的牵引回路的逆变模块，封锁该轴逆变脉冲，实施牵引封
锁，造成牵引电机无法运行失去速度。

针对HXN5B-5004机车牵引电机本身，由于牵引电机本身并没有故障，在更换新测速齿盘后试验多次，五位电机未再出现失速的现象，后顺利进行厂线正线。

由于测速齿盘的齿轮圆至圆90同心度误差不能超过0.05mm，此次HXN5B-5004机车牵引电机速度故障就是齿盘齿轮圆至圆90同心度超差0.235mm导致，因此测速齿盘的加工精度影响着速度传感器的测量精度。

检测报告如图5所示：图5 牵引电机速度传感器齿轮检测报告
3 结语
本文通过新造HXN5B机车牵引电机速度采集出现的故障，分析机车牵引电机速度传感器检测和测速装置的工作原理，结合典型故障处理方法，准确找到故障部位有效快速处理机车故障，保证机车正常上线运用，提高机车出厂质量。

参考文献：
[1] 熊厚秋 HXD1C型机车牵引电机速度传感器检测原理与典型故障判断方法. 电力机车与城轨车辆，2011.9
[2]何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.1
[3] 耿冲，刘辉，项昌乐．测速齿盘偏心对扭振测速误差影响的研究[J] . 北京理工大学报，2003(6). 作者简介：顾一帆中车戚墅堰机车有限公司机车制造中心 213011。