永磁同步電機(jī)在軌道交通發(fā)展概況及應(yīng)用

12125859林子淳Companyname永磁同步電機(jī)在軌道交通發(fā)展概況及應(yīng)用1.永磁同步電機(jī)和異步牽引電機(jī)技術(shù)比較2.國內(nèi)外研發(fā)概況3.

發(fā)展前景及面臨的主要問題一、永磁同步電機(jī)和異步牽引電機(jī)技術(shù)比較Companyname1.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)1.3永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)表面式隱極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小無磁阻轉(zhuǎn)矩永磁體需保護(hù)層內(nèi)置式凸極魯棒性高有磁阻轉(zhuǎn)矩永磁體無保護(hù)層AlstonAGVBombardier、JR東日本鐵路、中國南車1.1永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)A1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)Companyname直接驅(qū)動(dòng)-永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)-異步牽引電機(jī)齒輪傳動(dòng)-異步牽引電機(jī)1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)1.2全封閉直接驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)優(yōu)點(diǎn)低傳遞損耗、低噪聲不需要解體電機(jī)清掃減輕總重、提高效率轉(zhuǎn)向架有更多自由空間、降低曲線磨耗增加徑向調(diào)節(jié)能力解決輪軌側(cè)磨、曲線波磨、輪重減載脫軌、曲線噪聲問題A《軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng)的發(fā)展概況及應(yīng)用挑戰(zhàn)》1.3永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)高功率因數(shù)、高效率體積小，重量輕結(jié)構(gòu)多樣化、應(yīng)用范圍廣、控制簡單噪聲低、可靠性高，可作為全封閉牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過載能力強(qiáng)A二、國內(nèi)外研發(fā)概況Companyname中國日本德國法國加拿大二、國內(nèi)外研發(fā)概況異步德國法國加拿大日本額定功率/kw500500720302200質(zhì)量/kg750400730550570效率91.596.59797.197啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩/kN.m3.29OOO最大轉(zhuǎn)速r/min588023001500O2550冷卻方式風(fēng)冷全封閉水冷全封閉自冷自通風(fēng)全封閉自冷各國研發(fā)對(duì)比二、國內(nèi)外研發(fā)概況CompanynameRMT1RMT8、RMT9、RMT11RMT17RMT19JR東日本鐵路公司二、國內(nèi)外研發(fā)概況Companyname二、國內(nèi)外研發(fā)概況二、國內(nèi)外研發(fā)概況2006年,日本東芝研發(fā)了E5（E954/955)系新干線高速試驗(yàn)電車二、國內(nèi)外研發(fā)概況二、國內(nèi)外研發(fā)概況德國1997年和1998年，Siemens公司曾以ＩＣＥ３高速列車的要求和技術(shù)規(guī)格為基礎(chǔ)開發(fā)了抱軸式直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，采用獨(dú)立車輪、由無齒輪箱的輕型大功率（500kW）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。不倫瑞克（Braunschweig）Starnbeng磁性電機(jī)公司TFSMPMSM永磁體在定子中永磁體在轉(zhuǎn)子中磁通方向橫于旋轉(zhuǎn)方向磁通方向垂直于旋轉(zhuǎn)方向二、國內(nèi)外研發(fā)概況二、國內(nèi)外研發(fā)概況線路運(yùn)行試驗(yàn)表明：與同功率的異步牽引電機(jī)相比，該同步電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高181%，損耗降低５０％，質(zhì)量減輕30％，系統(tǒng)效率平均提高了3%~5%，噪聲降低15dB。二、國內(nèi)外研發(fā)概況新一代永磁電機(jī)直驅(qū)傳動(dòng)電機(jī)牽引系統(tǒng)的西門子Velaro-D高速列車。也就是傳說中的ICE-4高速列車，時(shí)速達(dá)320千米/小時(shí)，預(yù)計(jì)節(jié)能降耗可達(dá)20%以上。在西門子阿爾蘭根工廠生產(chǎn)總裝的Velaro-D高速列車：二、國內(nèi)外研發(fā)概況法國

在法國,永磁牽引電機(jī)已經(jīng)開發(fā)用于輕軌和高速列車。

法國阿爾斯通公司開發(fā)了永磁牽引電機(jī)系統(tǒng)樣機(jī)，應(yīng)用在荷蘭西南部港口城市鹿特丹(Rotterdam)的Citadis型低地板輕軌車輛和動(dòng)力分散的360km/h高速列車AGV上。二、國內(nèi)外研發(fā)概況二、國內(nèi)外研發(fā)概況2009年10月，法國國家鐵路公司（SNCF）向ALSTOM訂購了100列裝有永磁同步牽引系統(tǒng)的區(qū)域火車，第一批車將于2013年交付。

試用結(jié)果顯示,電機(jī)效率比異步電機(jī)提高了3%～4%;噪聲級(jí)比IEC規(guī)定的限值降低了3～7dB(A);體積比異步電機(jī)減少了30%;質(zhì)量比異步電機(jī)減少30%。節(jié)能15%；SNCF二、國內(nèi)外研發(fā)概況二、國內(nèi)外研發(fā)概況常規(guī)齒輪傳動(dòng)MTRAC自通風(fēng)ECO4/超節(jié)能技術(shù)效率可提高3.5%總體節(jié)能50%龐巴迪Zefir-380瑞士Stockholm與Vasteras法國國營鐵路公司（SNCF）中國鐵道部加拿大二、國內(nèi)外研發(fā)概況龐巴迪Zefiro-380高速列車效果圖A二、國內(nèi)外研發(fā)概況捷克（斯柯達(dá)）二、國內(nèi)外研發(fā)概況永磁同步牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)200320112009控制策略實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建地鐵樣機(jī)試制裝車樣機(jī)組合試驗(yàn)沈陽地鐵二號(hào)線中國（南車）二、國內(nèi)外研發(fā)概況三、發(fā)展前景及面臨的主要問題主要問題反電勢(shì)(振)短路電流主電路、軸控方式（袁）制造工藝不可逆退磁

3.1反電勢(shì)解決方法：目前反電勢(shì)的選擇主要有2種技術(shù)路線：

以西門子和阿爾斯通為代表，采用表面式永磁同步電機(jī)，選擇相對(duì)較高的反電勢(shì)，從系統(tǒng)和控制策略的角度解決反電勢(shì)對(duì)系統(tǒng)帶來的影響；以日本和龐巴迪為代表，選擇低反電勢(shì)的永磁磁阻電機(jī)，在降低永磁同步電機(jī)反電勢(shì)的同時(shí)提高凸極率(ρ=Lq/Ld)，充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，從電機(jī)的角度解決反電勢(shì)對(duì)系統(tǒng)的影響針對(duì)城市軌道交通選擇反電勢(shì)相對(duì)較高的永磁同步電機(jī)。對(duì)于干線高速列車選擇反電勢(shì)相對(duì)較低的設(shè)計(jì)方案3.2短路電流短路電流對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響

短路電流的選擇3.3主電路、軸控方式3.4制造工藝強(qiáng)磁性使電機(jī)部件加工裝配困難轉(zhuǎn)子加工動(dòng)平衡需解決工件與設(shè)備之間的磁力影響3.5不可逆退磁永磁材料的選型永磁體最大去磁工作點(diǎn)的校核永磁體尺寸表面防護(hù)參考文獻(xiàn)IEC60349_4_與電子變流器連接的永磁同步電機(jī)_標(biāo)準(zhǔn)介紹;地鐵車輛永磁同步牽引系統(tǒng)粘著控制研究;地鐵車輛用JD155永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì);地鐵車輛用永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)研究;軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng)的發(fā)展概況及應(yīng)用挑戰(zhàn);基于無位置傳感器的永磁同步電機(jī)帶速度重新投入控制算法研究;全封閉永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì);沈陽地鐵二號(hào)線車輛永磁同步牽引系統(tǒng);新型永磁同步電動(dòng)機(jī)離線電感測量方法;永磁同步電機(jī)的氣隙磁場研究及電機(jī)特性仿真;永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)的特殊性;永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)溫度場仿真分析;Companyname13車載永磁發(fā)電機(jī)的研制;14城市軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng);15軌道交通領(lǐng)域最大功率永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)研制成功;16基于Ansys的永磁同步電機(jī)電磁場有限元分析;17模糊變結(jié)構(gòu)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)IPM永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制;18全封閉永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì);19日本鐵路機(jī)車車輛傳動(dòng)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的研發(fā)概況;20實(shí)心轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)及起動(dòng)特性的計(jì)算;21鐵道車輛牽引系統(tǒng)用永磁同步電機(jī)比較;22新干線牽引永磁同步機(jī)和異步機(jī)的比較;23永磁電機(jī)在鐵路機(jī)車牽引領(lǐng)域的應(yīng)用;24永磁牽引電動(dòng)機(jī)的失磁故障分析及預(yù)防措施;25永磁同步傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用概況;26永磁同步電機(jī)場路結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算;27永磁同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)車輛上的應(yīng)用;28