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[摘 要]本文重点讲述了HXD3C型电力机车牵引电动机的控制方法以及机车防空转控制，同时通过对牵引电动机速度传感器的故障模拟试验进一步了解机车防空转控制过程，从而区分真假空转，指导司机操纵，避免由于机车假空转造成机破。
[关键词]HXD3C型电力机车 空转 速度传感器
中图分类号：TP067 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0319-01
一、试验背景
机车上的传感器很多，传感器故障给机车造成的危害也不相同，其中为监控装置、防空转装置提供速度信号的传感器出现故障时给机车造成的危害较大。对防空转装置而言，传感器出现丢（或无）脉冲故障，会引起机车假空转，因为机车测量的脉冲要少于实际产生的脉冲数，系统控制板指示等闪烁，系统判断机车空转，引起撒砂、电流严重波动，减载、牵引速度上不来等现象，此时需手动切除防空转装置，否则会引起机破[1]。与其它类型机车一样，HXD3C型机车也使用了大量的传感器，牵引电动机的速度传感器在机车防空转控制中，发挥着重要作用。
HXD3C型电力机车投入运用以来，出现过因牵引电动机速度传感器故障造成微机控制系统收到错误的速度信号，激发微机控制系统进行空转调节，造成机车牵引力波动。由于微机控制系统是在错误的牵引电动机速度传感器的信号传输下对机车进行空转调节，因此该调节处于死循环之中，机车无法加速，造成机破。
为了在运行中能够快速的判断机车是真的发生空转，还是因牵引电动机速度传感器故障而发生的假空转，我们做了一下试验研究。试验之前，需要先对HXD3C型电力机车牵引电动机控制以及机车防空转控制进行一些了解。
二、HXD3C型电力机车牵引电动机控制以及机车防空转控制
1、牵引电动机控制
HXD3C型电力机车是大功率交流传动六轴干线客货两用电力机车。该机车为轴控方式，由6组完全独立的牵引变流器分别为6台牵引电动机提供交流变频电源。牵引变流器中的牵引逆变器采用矢量控制技术，能够迅速将异步牵引电动机的输出转矩控制在目标值，提高了机车的防空转能力[2]。
由于，整车采用轴控方式，实现了每个牵引电机的独立控制。当其中一组或几组发生故障时，可通过微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元仍可继续工作，实现整车的冗余控制。当机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时，均可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥机车牵引力[2]。
2、机车防空转控制
当机车某轴发生空转、滑行或者轴重转移时，该轴电机转子转速会明显与其他车轴发生转速差，6个牵引电动机速度传感器BV1、BV2、BV3、BV4、BV5、BV6 分别送出速度信号至微机控制装置，微机控制系统对比轴间的速度差异，判断该轴状态，用以实现微机控制系统对牵引电动机的矢量控制，有效地实施机车的防空转、防滑行保护，并对机车的轴重转移进行补偿。
三、试验方案以及试验结果
试验之前我们先来看一下两个运用中的实际案例：
案例一：昆明机务段HXD3C0858机车运行中发生机破。列车运行到昆明东站南昆线出站线时，机车牵引力波动，状态模块空转灯亮，列车速度不断下降，最低降至15km/h左右，机车无法加速运行，造成机破。机车回机务段检查，发现牵引电动机速度传感器信号异常，更换后机车恢复正常。
但是与案例一不同的是该机车牵引电动机速度传感器无异常。并且，机车起动时，在列车车钩力作用下，机车前进方向的第一轴（即1轴或者6轴）会迅速减载，当路况不好的时候，轮轨间粘着系数降低，粘着力减小，很容易首先发生空转，这是不可避免的。案例二中的機车只是短时间内无法加速，靠微机控制系统的自我调节，空转可以停止，机车会自动恢复正常状态。
从以上案例可以看出：案例一由于牵引电动机速度传感器故障，机车发生假空转，如果不能人为的切除假空转的牵引电动机，机车将处于死循环调节之中，机车无法正常运行。
但是，HXD3C型电力机车故障自诊断功能，可以对发生故障牵引电动机进行自动切除，达到冗余控制。为了弄清楚当牵引电动机速度传感器故障，机车发生假空转的时候，微机控制系统为什么不能够自动切除相应的牵引电动机，我们进行了以下试验：
在呼和浩特车间对HXD3C1026机车进行试验，为了贴近案例一，方便对比研究，我们选取牵引电动机1作为研究对象。
1、模拟牵引电动机速度传感器故障，试验开始前人为的将1轴牵引电动机速度传感器插头拔下。
2、试验情况
工况1： 试验时机车最高速度为10km/h。机车在该限速下可以正常运行，微机控制系统没有报出任何故障，而且牵引电动机1牵引力可以正常发挥，无波动，但是电机频率始终为0。可见当机车速度低于10km/h时，即使电机速度传感器故障，机车完全可以正常运行。
工况2： 机车在限速80km/h的线路上，进行了相同的试验，试验结果如下：
当机车在10km/h以下的速度工况下，试验结果如工况1。
当机车速度达到10km/h时，微机显示屏报“1轴速度异常”，
当机车速度达到15km/h时，微机显示屏报“CI1 PG（电机1速度传感器）输出异常，CI1（电机1变流器）再生失效”。
然后牵引电动机1自动切除，机车很快恢复正常加速运行，整个过程中，电机频率始终为0，机车未发生空转。
工况3：试验开始前，人为的将1轴牵引电动机速度传感器插头插上，但是没有完全插紧，造成虚接状态，模拟牵引电动机速度传感器本身故障，造成速度信号不稳定。机车在限速80km/h的线路上，进行了相同的试验，试验结果如下： 当机车在10km/h以下的速度工况下，试验结果如工况1；
当机车在10km/h-15 km/h的速度工况下，状态模块空转灯亮，机车语音报出“空转”，机车牵引力开始波动， 1轴牵引力波动尤为严重。微机显示屏没有报出任何故障，机车速度始终在15km/h左右波动，无法继续加速，持续2分钟微机控制系统没有自动切除牵引电动机1，空转仍然继续。
在微机显示屏中，人为切除牵引电动机1，空转立刻停止，机车恢复正常，可以加速前进。
四、试验分析以及运用建议
1、试验分析
（1）工况1可以看出机车在低速状态下，速度传感器间的差异还在微机控制系统逻辑允许范围内，还不足以触发微机控制系统进行空转调节或者切除相应的牵引电动机。
（2）工况2可以看出当机车速度高于10km/h时，牵引电动机1的速度信号完全中断，微机控制系统能够很快判断出牵引电动机1速度传感器故障，及时切除对应的牵引电动机，从而机车可以正常运用。
（3）工况3可以看出当机车速度高于10km/h时，牵引电动机1的速度信号不完全中断，只是脉冲信号不稳定，微机控制系统将采集收到的異常速度信号进行分析，就会误判机车发生空转，不会自动切除对应的牵引电动机。
2、运用建议
实际运用中，对于HXD3C型机车发生空转，并对空转进行调节的过程中，司机要时刻通过微机显示屏监测机车6根轴的牵引力波动情况，及时确定发生空转的牵引电动机。如果在短时间内，机车微机控制系统无法靠自身调节很快抑制空转，这个时候就要注意是否假空转。此时如果能够及时切除相应的牵引电动机，机车将很快恢复正常，避免故障夸大，造成不必要的损失。
五、小结
当微机控制系统判断机车发生空转时，在牵引力足够的情况下，可以通过切除发生空转的牵引电动机，这样可以避免由于牵引电动机速度传感器故障造成的机车假空转，引起微机控制系统的死循环调节，造车机破。
另外，对于运用中实际发生空转的机车，可以通过微机显示屏确定发生空转的牵引电动机，及时切除该牵引电动机，可以避开微机控制系统对空转的调节，避免机车长时间处于空转调节过程之中，造成机车起动困难或者无法加速。
参考文献
[1] 卢长根.机车轴端光电转速传感器故障分析[J]，2006（6）.
[2] 张曙光.HXD3型电力机车，中国铁道出版社，2010.
[关键词]HXD3C型电力机车 空转 速度传感器
中图分类号：TP067 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0319-01
一、试验背景
机车上的传感器很多，传感器故障给机车造成的危害也不相同，其中为监控装置、防空转装置提供速度信号的传感器出现故障时给机车造成的危害较大。对防空转装置而言，传感器出现丢（或无）脉冲故障，会引起机车假空转，因为机车测量的脉冲要少于实际产生的脉冲数，系统控制板指示等闪烁，系统判断机车空转，引起撒砂、电流严重波动，减载、牵引速度上不来等现象，此时需手动切除防空转装置，否则会引起机破[1]。与其它类型机车一样，HXD3C型机车也使用了大量的传感器，牵引电动机的速度传感器在机车防空转控制中，发挥着重要作用。
HXD3C型电力机车投入运用以来，出现过因牵引电动机速度传感器故障造成微机控制系统收到错误的速度信号，激发微机控制系统进行空转调节，造成机车牵引力波动。由于微机控制系统是在错误的牵引电动机速度传感器的信号传输下对机车进行空转调节，因此该调节处于死循环之中，机车无法加速，造成机破。
为了在运行中能够快速的判断机车是真的发生空转，还是因牵引电动机速度传感器故障而发生的假空转，我们做了一下试验研究。试验之前，需要先对HXD3C型电力机车牵引电动机控制以及机车防空转控制进行一些了解。
二、HXD3C型电力机车牵引电动机控制以及机车防空转控制
1、牵引电动机控制
HXD3C型电力机车是大功率交流传动六轴干线客货两用电力机车。该机车为轴控方式，由6组完全独立的牵引变流器分别为6台牵引电动机提供交流变频电源。牵引变流器中的牵引逆变器采用矢量控制技术，能够迅速将异步牵引电动机的输出转矩控制在目标值，提高了机车的防空转能力[2]。
由于，整车采用轴控方式，实现了每个牵引电机的独立控制。当其中一组或几组发生故障时，可通过微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元仍可继续工作，实现整车的冗余控制。当机车的6个轴的轮径差、轴重转移及空转等可能引起的负载分配不均匀时，均可以通过牵引变流器的控制进行适当的补偿，以实现最大限度地发挥机车牵引力[2]。
2、机车防空转控制
当机车某轴发生空转、滑行或者轴重转移时，该轴电机转子转速会明显与其他车轴发生转速差，6个牵引电动机速度传感器BV1、BV2、BV3、BV4、BV5、BV6 分别送出速度信号至微机控制装置，微机控制系统对比轴间的速度差异，判断该轴状态，用以实现微机控制系统对牵引电动机的矢量控制，有效地实施机车的防空转、防滑行保护，并对机车的轴重转移进行补偿。
三、试验方案以及试验结果
试验之前我们先来看一下两个运用中的实际案例：
案例一：昆明机务段HXD3C0858机车运行中发生机破。列车运行到昆明东站南昆线出站线时，机车牵引力波动，状态模块空转灯亮，列车速度不断下降，最低降至15km/h左右，机车无法加速运行，造成机破。机车回机务段检查，发现牵引电动机速度传感器信号异常，更换后机车恢复正常。
但是与案例一不同的是该机车牵引电动机速度传感器无异常。并且，机车起动时，在列车车钩力作用下，机车前进方向的第一轴（即1轴或者6轴）会迅速减载，当路况不好的时候，轮轨间粘着系数降低，粘着力减小，很容易首先发生空转，这是不可避免的。案例二中的機车只是短时间内无法加速，靠微机控制系统的自我调节，空转可以停止，机车会自动恢复正常状态。
从以上案例可以看出：案例一由于牵引电动机速度传感器故障，机车发生假空转，如果不能人为的切除假空转的牵引电动机，机车将处于死循环调节之中，机车无法正常运行。
但是，HXD3C型电力机车故障自诊断功能，可以对发生故障牵引电动机进行自动切除，达到冗余控制。为了弄清楚当牵引电动机速度传感器故障，机车发生假空转的时候，微机控制系统为什么不能够自动切除相应的牵引电动机，我们进行了以下试验：
在呼和浩特车间对HXD3C1026机车进行试验，为了贴近案例一，方便对比研究，我们选取牵引电动机1作为研究对象。
1、模拟牵引电动机速度传感器故障，试验开始前人为的将1轴牵引电动机速度传感器插头拔下。
2、试验情况
工况1： 试验时机车最高速度为10km/h。机车在该限速下可以正常运行，微机控制系统没有报出任何故障，而且牵引电动机1牵引力可以正常发挥，无波动，但是电机频率始终为0。可见当机车速度低于10km/h时，即使电机速度传感器故障，机车完全可以正常运行。
工况2： 机车在限速80km/h的线路上，进行了相同的试验，试验结果如下：
当机车在10km/h以下的速度工况下，试验结果如工况1。
当机车速度达到10km/h时，微机显示屏报“1轴速度异常”，
当机车速度达到15km/h时，微机显示屏报“CI1 PG（电机1速度传感器）输出异常，CI1（电机1变流器）再生失效”。
然后牵引电动机1自动切除，机车很快恢复正常加速运行，整个过程中，电机频率始终为0，机车未发生空转。
工况3：试验开始前，人为的将1轴牵引电动机速度传感器插头插上，但是没有完全插紧，造成虚接状态，模拟牵引电动机速度传感器本身故障，造成速度信号不稳定。机车在限速80km/h的线路上，进行了相同的试验，试验结果如下： 当机车在10km/h以下的速度工况下，试验结果如工况1；
当机车在10km/h-15 km/h的速度工况下，状态模块空转灯亮，机车语音报出“空转”，机车牵引力开始波动， 1轴牵引力波动尤为严重。微机显示屏没有报出任何故障，机车速度始终在15km/h左右波动，无法继续加速，持续2分钟微机控制系统没有自动切除牵引电动机1，空转仍然继续。
在微机显示屏中，人为切除牵引电动机1，空转立刻停止，机车恢复正常，可以加速前进。
四、试验分析以及运用建议
1、试验分析
（1）工况1可以看出机车在低速状态下，速度传感器间的差异还在微机控制系统逻辑允许范围内，还不足以触发微机控制系统进行空转调节或者切除相应的牵引电动机。
（2）工况2可以看出当机车速度高于10km/h时，牵引电动机1的速度信号完全中断，微机控制系统能够很快判断出牵引电动机1速度传感器故障，及时切除对应的牵引电动机，从而机车可以正常运用。
（3）工况3可以看出当机车速度高于10km/h时，牵引电动机1的速度信号不完全中断，只是脉冲信号不稳定，微机控制系统将采集收到的異常速度信号进行分析，就会误判机车发生空转，不会自动切除对应的牵引电动机。
2、运用建议
实际运用中，对于HXD3C型机车发生空转，并对空转进行调节的过程中，司机要时刻通过微机显示屏监测机车6根轴的牵引力波动情况，及时确定发生空转的牵引电动机。如果在短时间内，机车微机控制系统无法靠自身调节很快抑制空转，这个时候就要注意是否假空转。此时如果能够及时切除相应的牵引电动机，机车将很快恢复正常，避免故障夸大，造成不必要的损失。
五、小结
当微机控制系统判断机车发生空转时，在牵引力足够的情况下，可以通过切除发生空转的牵引电动机，这样可以避免由于牵引电动机速度传感器故障造成的机车假空转，引起微机控制系统的死循环调节，造车机破。
另外，对于运用中实际发生空转的机车，可以通过微机显示屏确定发生空转的牵引电动机，及时切除该牵引电动机，可以避开微机控制系统对空转的调节，避免机车长时间处于空转调节过程之中，造成机车起动困难或者无法加速。
参考文献
[1] 卢长根.机车轴端光电转速传感器故障分析[J]，2006（6）.
[2] 张曙光.HXD3型电力机车，中国铁道出版社，2010.