永磁同步電機在軌道交通發(fā)展概況及應用

12125859林子淳Companyname永磁同步電機在軌道交通發(fā)展概況及應用1.永磁同步電機和異步牽引電機技術(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、永磁同步電機和異步牽引電機技術(shù)比較Companyname1.1永磁同步電機的結(jié)構(gòu)1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機1.3永磁同步電機的優(yōu)點1.1永磁同步電機的結(jié)構(gòu)表面式隱極轉(zhuǎn)動慣量小無磁阻轉(zhuǎn)矩永磁體需保護層內(nèi)置式凸極魯棒性高有磁阻轉(zhuǎn)矩永磁體無保護層AlstonAGVBombardier、JR東日本鐵路、中國南車1.1永磁同步電機的結(jié)構(gòu)A1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機Companyname直接驅(qū)動-永磁同步電機直接驅(qū)動-異步牽引電機齒輪傳動-異步牽引電機1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機1.2全封閉直接驅(qū)動永磁電機優(yōu)點低傳遞損耗、低噪聲不需要解體電機清掃減輕總重、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)展概況及應用挑戰(zhàn)》1.3永磁同步電機的優(yōu)點高功率因數(shù)、高效率體積小，重量輕結(jié)構(gòu)多樣化、應用范圍廣、控制簡單噪聲低、可靠性高，可作為全封閉牽引電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過載能力強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啟動轉(zhuǎn)矩/kN.m3.29OOO最大轉(zhuǎn)速r/min588023001500O2550冷卻方式風冷全封閉水冷全封閉自冷自通風全封閉自冷各國研發(fā)對比二、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)動永磁同步電機，采用獨立車輪、由無齒輪箱的輕型大功率（500kW）電動機驅(qū)動的系統(tǒng)。不倫瑞克（Braunschweig）Starnbeng磁性電機公司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)概況線路運行試驗表明：與同功率的異步牽引電機相比，該同步電機的啟動轉(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直驅(qū)傳動電機牽引系統(tǒng)的西門子Velaro-D高速列車。也就是傳說中的ICE-4高速列車，時速達320千米/小時，預計節(jié)能降耗可達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)了永磁牽引電機系統(tǒng)樣機，應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,電機效率比異步電機提高了3%～4%;噪聲級比IEC規(guī)定的限值降低了3～7dB(A);體積比異步電機減少了30%;質(zhì)量比異步電機減少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MTRAC自通風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）二、國內(nèi)外研發(fā)概況永磁同步牽引系統(tǒng)設(shè)計200320112009控制策略實驗平臺搭建地鐵樣機試制裝車樣機組合試驗沈陽地鐵二號線中國（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(振)短路電流主電路、軸控方式（袁）制造工藝不可逆退磁

3.1反電勢解決方法：目前反電勢的選擇主要有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，選擇相對較高的反電勢，從系統(tǒng)和控制策略的角度解決反電勢對系統(tǒng)帶來的影響；以日本和龐巴迪為代表，選擇低反電勢的永磁磁阻電機，在降低永磁同步電機反電勢的同時提高凸極率(ρ=Lq/Ld)，充分利用磁阻轉(zhuǎn)矩，從電機的角度解決反電勢對系統(tǒng)的影響針對城市軌道交通選擇反電勢相對較高的永磁同步電機。對于干線高速列車選擇反電勢相對較低的設(shè)計方案3.2短路電流短路電流對系統(tǒng)保護的影響

短路電流的選擇3.3主電路、軸控方式3.4制造工藝強磁性使電機部件加工裝配困難轉(zhuǎn)子加工動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的校核永磁體尺寸表面防護參考文獻IEC60349_4_與電子變流器連接的永磁同步電機_標準介紹;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永磁同步牽引電動機的設(shè)計;地鐵車輛用永磁同步牽引電動機地面試驗研究;軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng)的發(fā)展概況及應用挑戰(zhàn);基于無位置傳感器的永磁同步電機帶速度重新投入控制算法研究;全封閉永磁同步牽引電動機冷卻系統(tǒng)設(shè)計;沈陽地鐵二號線車輛永磁同步牽引系統(tǒng);新型永磁同步電動機離線電感測量方法;永磁同步電機的氣隙磁場研究及電機特性仿真;永磁同步牽引電動機的特殊性;永磁同步牽引電動機溫度場仿真分析;Companyname13車載永磁發(fā)電機的研制;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機研制成功;16基于Ansys的永磁同步電機電磁場有限元分析;17模糊變結(jié)構(gòu)電動車驅(qū)動IPM永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制;18全封閉永磁同步牽引電動機冷卻系統(tǒng)設(shè)計;19日本鐵路機車車輛傳動用永磁同步電動機的研發(fā)概況;20實心轉(zhuǎn)子永磁同步電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)及起動特性的計算;21鐵道車輛牽引系統(tǒng)用永磁同步電機比較;22新干線牽引永磁同步機和異步機的比較;23永磁電機在鐵路機車牽引領(lǐng)域的應用;24永磁牽引電動機的失磁故障分析及預防措施;25永磁同步傳動系統(tǒng)的應用概況;26永磁同步電機場路結(jié)合設(shè)計計算;27永磁同步電機傳動系統(tǒng)在電動車輛上的應用;28