一种直线牵引电机

1.本发明属于机械技术领域，尤其涉及一种直线牵引电机。


背景技术：

2.牵引电动机是指产生机车或动车牵引动力的电动机。牵引电动机种类繁多，但它们都有一个对应机车和动车的牵引力和速度关系的特性，即基本牵引特性，它们既可以代表机车或动车的性能，也可以通过车辆的动轮轮径和传动比的关系转换成牵引电动机的转矩和转速的关系。然而，现有直线牵引电机故障检测不准确，耗费时间；同时，现有的直线牵引电机寿命测试方法有很多种，但一般为恒定扭矩负载，与直线牵引电机实际的复杂运行环境存在很大区别，而且需要人工进行数据采集，进行24小时监测，不仅不够方便，而且因此测试会存在较大的误差，影响新品开发进度。
3.综上所述，现有技术存在的问题是：现有直线牵引电机故障检测不准确，耗费时间；同时，现有的直线牵引电机寿命测试方法有很多种，但一般为恒定扭矩负载，与直线牵引电机实际的复杂运行环境存在很大区别，而且需要人工进行数据采集，进行24小时监测，不仅不够方便，而且因此测试会存在较大的误差，影响新品开发进度。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种直线牵引电机。
5.本发明是这样实现的，一种直线牵引电机包括：
6.机壳、控制器、散热扇、转轴、故障诊断模块、寿命测试模、降噪模块、警报器、控制芯片；
7.机壳内底部通过螺丝固定有控制器；机壳正面中央设置有散热扇；机壳顶面中央嵌装有转轴；控制器内右边上方设置有故障诊断模块；控制器内右边下方设置有寿命测试模；控制器内左边下方设置有降噪模块；控制器内左边上方设置有警报器；控制器内中央设置有控制芯片。
8.故障诊断模块，用于对直线牵引电机故障进行诊断；
9.寿命测试模，对直线牵引电机寿命进行测试；
10.降噪模块，对直线牵引电机进行降噪。
11.进一步，对直线牵引电机进行降噪的方法包括：对带噪直线牵引电机运行信号进行去噪处理，采集的故障点放电带噪声音信号为y(n)，加窗处理后得到第i帧信号为yi(n)，将其做离散傅里叶变换(dft)后为yi(w)，其幅值为|yi(w)|，前导无话段的噪声平均能量为a为过减因子，b为增益补偿因子，降噪后信号的幅值为利用声音信号对相位不敏感的特性，降噪后信号的幅值结合降噪前信号的相位经傅里叶逆变换即可得到经过降噪处理，即已初步消噪的直线牵引电机运行信号，降噪方法为：
[0012][0013]
根据小波与采集信号样本数据的特性确定小波基与小波分解层数，选择阶数是15～25的daubechies小波，小波分解层数取3～5。
[0014]
进一步，所述对直线牵引电机进行降噪的方法包括以下步骤：
[0015]
(1)在强背景噪声环境下采集直线牵引电机故障点放电带噪声音信号，并根据声音信号的特点和信号采样率确定对采样的低信噪比信号进行分帧处理时的帧长、帧移参数；
[0016]
(2)根据窗函数的特性，确定对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时所使用的窗函数；
[0017]
(3)根据采样带噪直线牵引电机运行信号的特性与实时环境，确定带噪直线牵引电机运行信号的前导无话段长度；
[0018]
(4)确定对带噪直线牵引电机运行信号进行降噪处理所使用的降噪法中的过减因子与增益补偿因子；
[0019]
(5)采用降噪法对带噪直线牵引电机运行信号进行去噪处理；
[0020]
(6)根据小波与采集信号样本数据的特性确定小波基与小波分解层数；
[0021]
(7)用小波变换对降噪法处理得到的信噪比提高的信号进行分析，进一步将直线牵引电机运行信号与残留噪声分离开。
[0022]
进一步，所述步骤(1)在强背景噪声环境下采集直线牵引电机故障点放电带噪声音信号，并对采样的低信噪比信号进行分帧处理，根据信号的采样率确定对信号进行分帧处理时的帧长和帧移参数，采样率为8khz，帧长为256个数据点，帧移为128个数据点。
[0023]
进一步，所述步骤(2)根据窗函数的特性，确定对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时所使用的窗函数，对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时使用汉明窗。
[0024]
进一步，所述步骤(3)根据实际情况采样的带噪直线牵引电机运行信号的特性与当时的实时环境，确定带噪直线牵引电机运行信号的前导无话段长度，将采样信号的前10帧当作纯噪声信号，其不包含有用的冲击直线牵引电机运行信号，即作为前导无话段。
[0025]
进一步，所述故障诊断模块诊断方法如下：
[0026]
(1)通过电流表获取直线牵引电机电流；基于所述直线牵引电机电流获取直线牵引电机负序电流值；基于所述直线牵引电机负序电流值与预定阈值的大小关系确定直线牵引电机是否发生故障；
[0027]
(2)每间隔预设时间，对直线牵引电机系统的第一预设相关参数进行采样并存储；当所述直线牵引电机系统发生故障时，根据收到的故障触发信号对应的故障类型确定需要采集的第二预设相关参数；
[0028]
(3)采集故障发生前、后的多个采样时刻的所述第一预设相关参数，和所述故障发生后的所述第二预设相关参数；根据所述故障发生前、后的多个采样时刻的所述第一预设相关参数和所述故障发生后多个采样时刻的所述第二预设相关参数进行故障分析。
[0029]
进一步，所述基于所述直线牵引电机负序电流值与预定阈值的大小关系确定直线
牵引电机是否发生故障进一步包括：
[0030]
比较所述直线牵引电机负序电流值与所述预定阈值的大小关系，当所述直线牵引电机负序电流值大于所述预定阈值的次数超过上限阈值时，确定所述直线牵引电机发生故障。
[0031]
进一步，所述基于所述直线牵引电机电流获取直线牵引电机负序电流值进一步包括：
[0032]
将所述直线牵引电机电流的瞬时电流值变换到两相静止坐标系；
[0033]
将所述静止坐标系中的电流值变换到负序坐标系；
[0034]
滤除负序坐标系中的负序电流信号之外的其他信号；以及
[0035]
采用负序电流直流值或通过计算得到负序电流幅值作为所述直线牵引电机负序电流值。
[0036]
进一步，所述寿命测试模测试方法如下：
[0037]
1)通过数据库构建程序构建直线牵引电机测试数据库；
[0038]
2)通过电源箱给各个被测直线牵引电机提供电源，通过控制箱对各个磁粉制动器及被测直线牵引电机进行控制，以模拟出各个被测直线牵引电机的各种运行状态，直线牵引电机运行状态模拟过程中，空载、负载、堵转、停机顺次进行并作为一个循环；并将模拟数据存入直线牵引电机测试数据库；
[0039]
2)测试仪从电源箱获得各个被测直线牵引电机的电压和电流参数，从转矩转速测量仪获得各个被测直线牵引电机的转矩、转速，从控制箱获得各个被测直线牵引电机的运行状态；并将运行状态数据存入直线牵引电机测试数据库；
[0040]
3)测试仪对各个被测直线牵引电机的电压和电流参数进行处理获得各个被测直线牵引电机的输入功率和输出功率，同时测试仪进行智能控制，将被测直线牵引电机的运行状态稳定在设定状态；
[0041]
4)测试仪的显示屏对被测直线牵引电机的测试状态参数进行显示，被测直线牵引电机的测试状态参数包括电压、电流、输入功率、转矩、转速、输出功率、当前状态、累计循环、运行时间、累计时间，并将的测试状态参数存入直线牵引电机测试数据库。
[0042]
本发明的优点及积极效果为：本发明通过故障诊断模块无需进行长时间的瞬时电流采集和复杂的运算，因而能够实时准确检测直线牵引电机故障，缩短故障保护延时，实现更安全更高效的故障保护；同时，通过寿命测试模对直线牵引电机的控制和磁粉制动器对直线牵引电机运行状态的模拟，可以对直线牵引电机复杂的负载寿命测试进行循环模拟试验，更加接近实际环境，测试数据可以直观在测试仪的显示屏进行实时显示，而且测试仪对每台被测直线牵引电机的测试过程及相关数据都会生成一个独立的文件，便于查阅。
[0043]
本发明对直线牵引电机进行降噪的方法包括：对带噪直线牵引电机运行信号进行去噪处理，采集的故障点放电带噪声音信号为y(n)，加窗处理后得到第i帧信号为yi(n)，将其做离散傅里叶变换(dft)后为yi(w)，其幅值为|yi(w)|，前导无话段的噪声平均能量为a为过减因子，b为增益补偿因子，降噪后信号的幅值为利用声音信号对相位不敏感的特性，降噪后信号的幅值结合降噪前信号的相位经傅里叶逆变换即可得到经过降噪处理，即已初步消噪的直线牵引电机运行信号。
附图说明
[0044]
图1是本发明实施例提供的直线牵引电机结构框图。
[0045]
图2是本发明实施例提供的控制器结构框图。
[0046]
图3是本发明实施例提供的故障诊断模块诊断方法流程图。
[0047]
图4是本发明实施例提供的寿命测试模测试方法流程图。
[0048]
图中：1、机壳；2、控制器；3、散热扇；4、转轴；5、故障诊断模块；6、寿命测试模；7、降噪模块；8、警报器；9、控制芯片。
具体实施方式
[0049]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0050]
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
[0051]
如图1和图2所示，本发明实施例提供的直线牵引电机包括：机壳1、控制器2、散热扇3、转轴4、故障诊断模块5、寿命测试模6、降噪模块7、警报器8、控制芯片9；
[0052]
机壳1内底部通过螺丝固定有控制器2；机壳1正面中央设置有散热扇3；机壳1顶面中央嵌装有转轴4；控制器2内右边上方设置有故障诊断模块5；控制器2内右边下方设置有寿命测试模6；控制器2内左边下方设置有降噪模块7；控制器2内左边上方设置有警报器8；控制器2内中央设置有控制芯片9。
[0053]
故障诊断模块5，用于对直线牵引电机故障进行诊断；
[0054]
寿命测试模6，对直线牵引电机寿命进行测试；
[0055]
降噪模块7，对直线牵引电机进行降噪。
[0056]
在本发明中，对直线牵引电机进行降噪的方法包括：对带噪直线牵引电机运行信号进行去噪处理，采集的故障点放电带噪声音信号为y(n)，加窗处理后得到第i帧信号为yi(n)，将其做离散傅里叶变换(dft)后为yi(w)，其幅值为|yi(w)|，前导无话段的噪声平均能量为a为过减因子，b为增益补偿因子，降噪后信号的幅值为利用声音信号对相位不敏感的特性，降噪后信号的幅值结合降噪前信号的相位经傅里叶逆变换即可得到经过降噪处理，即已初步消噪的直线牵引电机运行信号，降噪方法为：
[0057][0058]
根据小波与采集信号样本数据的特性确定小波基与小波分解层数，选择阶数是15～25的daubechies小波，小波分解层数取3～5。
[0059]
所述对直线牵引电机进行降噪的方法包括以下步骤：
[0060]
(1)在强背景噪声环境下采集直线牵引电机故障点放电带噪声音信号，并根据声音信号的特点和信号采样率确定对采样的低信噪比信号进行分帧处理时的帧长、帧移参数；
[0061]
(2)根据窗函数的特性，确定对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时所使用的窗函数；
[0062]
(3)根据采样带噪直线牵引电机运行信号的特性与实时环境，确定带噪直线牵引电机运行信号的前导无话段长度；
[0063]
(4)确定对带噪直线牵引电机运行信号进行降噪处理所使用的降噪法中的过减因子与增益补偿因子；
[0064]
(5)采用降噪法对带噪直线牵引电机运行信号进行去噪处理；
[0065]
(6)根据小波与采集信号样本数据的特性确定小波基与小波分解层数；
[0066]
(7)用小波变换对降噪法处理得到的信噪比提高的信号进行分析，进一步将直线牵引电机运行信号与残留噪声分离开。
[0067]
所述步骤(1)在强背景噪声环境下采集直线牵引电机故障点放电带噪声音信号，并对采样的低信噪比信号进行分帧处理，根据信号的采样率确定对信号进行分帧处理时的帧长和帧移参数，采样率为8khz，帧长为256个数据点，帧移为128个数据点。
[0068]
所述步骤(2)根据窗函数的特性，确定对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时所使用的窗函数，对带噪直线牵引电机运行信号进行分帧时使用汉明窗。
[0069]
所述步骤(3)根据实际情况采样的带噪直线牵引电机运行信号的特性与当时的实时环境，确定带噪直线牵引电机运行信号的前导无话段长度，将采样信号的前10帧当作纯噪声信号，其不包含有用的冲击直线牵引电机运行信号，即作为前导无话段。
[0070]
如图3所示，本发明提供的故障诊断模块5诊断方法如下：
[0071]
s101，通过电流表获取直线牵引电机电流；基于所述直线牵引电机电流获取直线牵引电机负序电流值；基于所述直线牵引电机负序电流值与预定阈值的大小关系确定直线牵引电机是否发生故障；
[0072]
s102，每间隔预设时间，对直线牵引电机系统的第一预设相关参数进行采样并存储；当所述直线牵引电机系统发生故障时，根据收到的故障触发信号对应的故障类型确定需要采集的第二预设相关参数；
[0073]
s103，采集故障发生前、后的多个采样时刻的所述第一预设相关参数，和所述故障发生后的所述第二预设相关参数；根据所述故障发生前、后的多个采样时刻的所述第一预设相关参数和所述故障发生后多个采样时刻的所述第二预设相关参数进行故障分析。
[0074]
本发明提供的基于所述直线牵引电机负序电流值与预定阈值的大小关系确定直线牵引电机是否发生故障进一步包括：
[0075]
比较所述直线牵引电机负序电流值与所述预定阈值的大小关系，当所述直线牵引电机负序电流值大于所述预定阈值的次数超过上限阈值时，确定所述直线牵引电机发生故障。
[0076]
本发明提供的基于所述直线牵引电机电流获取直线牵引电机负序电流值进一步包括：
[0077]
将所述直线牵引电机电流的瞬时电流值变换到两相静止坐标系；
[0078]
将所述静止坐标系中的电流值变换到负序坐标系；
[0079]
滤除负序坐标系中的负序电流信号之外的其他信号；以及
[0080]
采用负序电流直流值或通过计算得到负序电流幅值作为所述直线牵引电机负序
电流值。
[0081]
如图4所示，本发明提供的寿命测试模6测试方法如下：
[0082]
s201，通过数据库构建程序构建直线牵引电机测试数据库；
[0083]
s202，通过电源箱给各个被测直线牵引电机提供电源，通过控制箱对各个磁粉制动器及被测直线牵引电机进行控制，以模拟出各个被测直线牵引电机的各种运行状态，直线牵引电机运行状态模拟过程中，空载、负载、堵转、停机顺次进行并作为一个循环；并将模拟数据存入直线牵引电机测试数据库；
[0084]
s203，测试仪从电源箱获得各个被测直线牵引电机的电压和电流参数，从转矩转速测量仪获得各个被测直线牵引电机的转矩、转速，从控制箱获得各个被测直线牵引电机的运行状态；并将运行状态数据存入直线牵引电机测试数据库；
[0085]
s204，测试仪对各个被测直线牵引电机的电压和电流参数进行处理获得各个被测直线牵引电机的输入功率和输出功率，同时测试仪进行智能控制，将被测直线牵引电机的运行状态稳定在设定状态；
[0086]
s205，测试仪的显示屏对被测直线牵引电机的测试状态参数进行显示，被测直线牵引电机的测试状态参数包括电压、电流、输入功率、转矩、转速、输出功率、当前状态、累计循环、运行时间、累计时间，并将的测试状态参数存入直线牵引电机测试数据库。
[0087]
本发明工作时，首先，启动直线牵引电机通过转轴4进行牵引；通过散热扇3进行散热，牵引过程中，控制器2通过控制芯片9启动故障诊断模块5对直线牵引电机故障进行诊断；通过寿命测试模6对直线牵引电机寿命进行测试；通过降噪模块7对直线牵引电机进行降噪；如果诊断有故障，则通过警报器8进行警报通知。
[0088]
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。