高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)

1、高速列車永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)、摘要、牽引系統(tǒng)被認(rèn)為是高速動(dòng)車等軌道交通車輛的“心臟”，是高速列車動(dòng)力的核心來源。其性能在一定程度上決定了鐵路車輛的動(dòng)力質(zhì)量、能耗和控制特性，是鐵路車輛節(jié)約能源升級(jí)的關(guān)鍵組成部分。世界鐵路運(yùn)輸車輛牽引系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)歷了直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、永磁系統(tǒng)三大階段。在全球范圍內(nèi)，永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)以高效率、高功率密度等明顯優(yōu)勢(shì)逐漸取代了現(xiàn)有的異步牽引系統(tǒng)，成為下一代列車牽引系統(tǒng)的主流開發(fā)方向。在世界形勢(shì)、德國、日、法等高速鐵路大國，英子動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于高速東車、地鐵車、低層車、單軌鐵路車、機(jī)車配車等，大部分已經(jīng)完成了原型開發(fā)和實(shí)際路線評(píng)價(jià)，在某些情況下，正在逐步進(jìn)行少量部署應(yīng)用

2、。法國、德國、日等國家都在進(jìn)行永磁牽引系統(tǒng)的開發(fā)，但一直在實(shí)現(xiàn)對(duì)中國的技術(shù)封鎖，對(duì)中國永磁軌道交通的研究開發(fā)雖然起步晚，但現(xiàn)在逐漸趕上了國外的先進(jìn)水平。目前西門子、龐巴迪等國際設(shè)備制造商在研發(fā)方向使用永磁牽引系統(tǒng)。我國發(fā)展，將于2014年十一月中國南車股東開發(fā)的3.0板塊“高速鐵路動(dòng)力”高速列車自動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)成功通過國家鐵路檢查試驗(yàn)中心的地面試驗(yàn)評(píng)價(jià)，并裝備在高速列車上。2015年1月12日，中國南車州開發(fā)的我國第一個(gè)“永磁高速鐵路”動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)最近完成了首次軌道運(yùn)行，順利通過了中國鐵路總公司的試運(yùn)行審查。這是我國“永磁高速鐵路”的第一次展示，標(biāo)志著我國成為世界上為數(shù)不多的掌握高速鐵路永久牽引

3、系統(tǒng)技術(shù)的國家之一。技術(shù)簡介、高速列車永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)包括牽引轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、永磁動(dòng)機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)等。牙齒中自行開發(fā)的jd188型大功率永久性動(dòng)機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)的額定功率達(dá)690千瓦，是目前國內(nèi)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域最大功率的永久性動(dòng)機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)。與傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)相比，永磁動(dòng)機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、高效、體積減少、重量輕、噪音減少、可靠性提高、節(jié)能10%以上等優(yōu)點(diǎn)。例如，原本需要6銅2拖的列車采用永磁動(dòng)機(jī)拖引系統(tǒng)后，使用4銅4拖可降低2輛電動(dòng)車的拖引系統(tǒng)成本。技術(shù)介紹、永磁動(dòng)機(jī)電機(jī)牽引系統(tǒng)是列車的動(dòng)力系統(tǒng)，由變流器和電動(dòng)機(jī)兩部分組成，其中變流器像列車的心臟，電動(dòng)機(jī)像列車的肌肉，電動(dòng)機(jī)主要傳送動(dòng)力，將電

4、力從機(jī)器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使列車平穩(wěn)行駛。永磁動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的組成部分：定子、永磁轉(zhuǎn)子、位置傳感器、電子整流開關(guān)等。對(duì)于轉(zhuǎn)子直流磁動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)，如果使用永磁而不是轉(zhuǎn)子直流繞組，則相應(yīng)的動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)將成為永磁動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)永磁結(jié)構(gòu)分類：表面永磁動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)(SPMSM)，內(nèi)置永磁動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)(IPMSM)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)，1，牽引車最低降低10%，目前單個(gè)高速鐵路的永磁電機(jī)成本比目前普遍服務(wù)的交流異步電動(dòng)機(jī)成本增加了約10%，但永磁電機(jī)由于高功率密度，動(dòng)力車和無節(jié)約兩臺(tái)電動(dòng)車的牽引系統(tǒng)成本，安裝永磁電機(jī)的整體列車牽引系統(tǒng)成本反而會(huì)降低20%。另一方面，利用永磁電機(jī)的高效率特性，提高列車牽引效率，節(jié)約大量電力，降低列

5、車整體，技術(shù)優(yōu)勢(shì)，永磁發(fā)電機(jī)的功率可能比異步電動(dòng)機(jī)大，因此，整體車運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)要求較少，保持相同的牽引比例，提高了車輛的牽引能力。一般來說，牽引系統(tǒng)的能耗約占鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)總能耗的40-50%。據(jù)南車方面提供的數(shù)據(jù)顯示，沈陽地鐵測(cè)量中，永久性動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)比異步牽引系統(tǒng)能效高9.61%。目前，地鐵運(yùn)營統(tǒng)計(jì)按1列車平均每公里13度，1列車平均每天250千米，1線按20列車計(jì)算。一條線每天消耗65，000度。如果按0.85韓元/度電計(jì)算，2015年全國建設(shè)的96條鐵路交通線路全部采用永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)，那么技術(shù)優(yōu)勢(shì)，第二，電動(dòng)機(jī)完全關(guān)閉的噪音小，維護(hù)少，永磁電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)最大的區(qū)別是磁磁場(chǎng)由永磁產(chǎn)生。

6、異步電動(dòng)機(jī)需要在定子側(cè)吸收無效電流，建立磁場(chǎng)，這里使用的無效電流增加損失，降低電動(dòng)機(jī)效率和功率，因此永磁電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)節(jié)約能源。為了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為了通風(fēng)冷卻，地鐵用異步發(fā)電機(jī)暴露線圈，每個(gè)電動(dòng)機(jī)的過濾器必須定期清洗，如果不清潔，過濾器的堵塞會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的冷卻。永磁發(fā)電機(jī)采用全封閉設(shè)計(jì)，更加安全可靠。此次股東開發(fā)的永磁發(fā)電機(jī)結(jié)合了大功率機(jī)車和高速鐵路牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，提高了絕緣可靠性，新的封閉式通風(fēng)設(shè)計(jì)有效地保證了電機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)清潔，比異步牽引電動(dòng)機(jī)維護(hù)少，噪音低。由于永磁牽引電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及電磁特性，地鐵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中低速時(shí)系統(tǒng)噪聲明顯低于異步電動(dòng)機(jī)。整體系統(tǒng)噪音減少了3分貝左右。沒有過濾器

7、清洗等繁瑣的工作，系統(tǒng)的生命周期成本也會(huì)大大降低。通過永磁地鐵、審查后，中國第一批“永磁地鐵”在長沙夏鐵1號(hào)線正式投入乘客運(yùn)營。這是中國第一個(gè)具備客運(yùn)運(yùn)行資格的自主化“英子地鐵”，開啟了中國城市軌道交通的“英子時(shí)代”，其綜合節(jié)能率達(dá)到了30%以上。據(jù)中汽時(shí)代電氣技術(shù)專家介紹，永磁牽引系統(tǒng)列車的馬達(dá)比普通地鐵列車的效率更高，功率密度更高，綜合能效高達(dá)30%。長沙地鐵使用永磁牽引系統(tǒng)每年可以節(jié)省550萬元的傳記費(fèi)。此外，由于永磁牽引系統(tǒng)的再生效率高，返回電網(wǎng)的能量更多，如果能最大限度地吸收，綜合節(jié)能效果更好。隨著大衛(wèi)亞設(shè)、美國電視電視劇(Northern Exposure，成功)、英子地鐵、第一輛

8、自主化的“英子地鐵”牙齒的投入，中國城市軌道交通設(shè)備的國際競爭力也將明顯增強(qiáng)，預(yù)計(jì)未來城市軌道交通將帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效果。由于效率更高、能效更高、輕量化、整體生命周期成本更低的優(yōu)點(diǎn)，永久牽引系統(tǒng)被認(rèn)為是下一代軌道交通列車牽引系統(tǒng)。此前，阿爾斯通、龐巴迪等國際巨頭生產(chǎn)的軌道交通英子列車在法國、日本等地成功商業(yè)化。技術(shù)展望，近年來國內(nèi)稀土材料價(jià)格下降，英磁價(jià)格也下降，大大降低了英磁牽引系統(tǒng)成本，目前國外一些大型企業(yè)希望在中國境內(nèi)尋找英資材料費(fèi)供應(yīng)商，降低成本。就海外市場(chǎng)而言，截至2013年7月，日本東芝宣布首次收到海外地鐵市場(chǎng)永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)大臺(tái)、新加坡66列396臺(tái)改裝車永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)的訂單。未來的一些鐵路交通將通過去掉變速箱，以直接驅(qū)動(dòng)的方式推進(jìn)，給鐵路交通牽引系統(tǒng)帶來革命性的變化。軌道交通具有很高的體積、重量和空間限制，因此在當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)下，異步電動(dòng)機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)，目前只有永磁電動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。參考高速鐵路的未來、英子地鐵的商業(yè)化過程，英子高速鐵路的商業(yè)化預(yù)計(jì)將在最快的3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)永磁高速鐵路的市場(chǎng)規(guī)模將相當(dāng)大。2015年前后，國內(nèi)將建設(shè)96條城市鐵路交通線，一條線分組為20列6架，每輛機(jī)車計(jì)算為100萬韓元，一條線永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)將生產(chǎn)1.2億韓元的產(chǎn)值。96條線路全部采用永磁動(dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)，預(yù)計(jì)產(chǎn)值將達(dá)到115億元。2020年前后，全國將