永磁同步电机在轨道交通发展概况及应用

12125859林子淳Companyname永磁同步电机在轨道交通发展概况及应用1.永磁同步电机和异步牵引电机技术比较2.国内外研发概况3.

发展前景及面临的主要问题一、永磁同步电机和异步牵引电机技术比较Companyname1.1永磁同步电机的结构1.2全封闭直接驱动永磁电机1.3永磁同步电机的优点1.1永磁同步电机的结构表面式隐极转动惯量小无磁阻转矩永磁体需保护层内置式凸极鲁棒性高有磁阻转矩永磁体无保护层AlstonAGVBombardier、JR东日本铁路、中国南车1.1永磁同步电机的结构A1.2全封闭直接驱动永磁电机Companyname直接驱动-永磁同步电机直接驱动-异步牵引电机齿轮传动-异步牵引电机1.2全封闭直接驱动永磁电机1.2全封闭直接驱动永磁电机1.2全封闭直接驱动永磁电机1.2全封闭直接驱动永磁电机优点低传递损耗、低噪声不需要解体电机清扫减轻总重、提高效率转向架有更多自由空间、降低曲线磨耗增加径向调节能力解决轮轨侧磨、曲线波磨、轮重减载脱轨、曲线噪声问题A《轨道交通永磁同步牵引系统的发展概况及应用挑战》1.3永磁同步电机的优点高功率因数、高效率体积小，重量轻结构多样化、应用范围广、控制简单噪声低、可靠性高，可作为全封闭牵引电机转速平稳，过载能力强A二、国内外研发概况Companyname中国日本德国法国加拿大二、国内外研发概况异步德国法国加拿大日本额定功率/kw500500720302200质量/kg750400730550570效率91.596.59797.197启动转矩/kN.m3.29OOO最大转速r/min588023001500O2550冷却方式风冷全封闭水冷全封闭自冷自通风全封闭自冷各国研发对比二、国内外研发概况CompanynameRMT1RMT8、RMT9、RMT11RMT17RMT19JR东日本铁路公司二、国内外研发概况Companyname二、国内外研发概况二、国内外研发概况2006年,日本东芝研发了E5（E954/955)系新干线高速试验电车二、国内外研发概况二、国内外研发概况德国1997年和1998年，Siemens公司曾以ＩＣＥ３高速列车的要求和技术规格为基础开发了抱轴式直接驱动永磁同步电机，采用独立车轮、由无齿轮箱的轻型大功率（500kW）电动机驱动的系统。不伦瑞克（Braunschweig）Starnbeng磁性电机公司TFSMPMSM永磁体在定子中永磁体在转子中磁通方向横于旋转方向磁通方向垂直于旋转方向二、国内外研发概况二、国内外研发概况线路运行试验表明：与同功率的异步牵引电机相比，该同步电机的启动转矩提高181%，损耗降低５０％，质量减轻30％，系统效率平均提高了3%~5%，噪声降低15dB。二、国内外研发概况新一代永磁电机直驱传动电机牵引系统的西门子Velaro-D高速列车。也就是传说中的ICE-4高速列车，时速达320千米/小时，预计节能降耗可达20%以上。在西门子阿尔兰根工厂生产总装的Velaro-D高速列车：二、国内外研发概况法国

在法国,永磁牵引电机已经开发用于轻轨和高速列车。

法国阿尔斯通公司开发了永磁牵引电机系统样机，应用在荷兰西南部港口城市鹿特丹(Rotterdam)的Citadis型低地板轻轨车辆和动力分散的360km/h高速列车AGV上。二、国内外研发概况二、国内外研发概况2009年10月，法国国家铁路公司（SNCF）向ALSTOM订购了100列装有永磁同步牵引系统的区域火车，第一批车将于2013年交付。

试用结果显示,电机效率比异步电机提高了3%～4%;噪声级比IEC规定的限值降低了3～7dB(A);体积比异步电机减少了30%;质量比异步电机减少30%。节能15%；SNCF二、国内外研发概况二、国内外研发概况常规齿轮传动MTRAC自通风ECO4/超节能技术效率可提高3.5%总体节能50%庞巴迪Zefir-380瑞士Stockholm与Vasteras法国国营铁路公司（SNCF）中国铁道部加拿大二、国内外研发概况庞巴迪Zefiro-380高速列车效果图A二、国内外研发概况捷克（斯柯达）二、国内外研发概况永磁同步牵引系统设计200320112009控制策略实验平台搭建地铁样机试制装车样机组合试验沈阳地铁二号线中国（南车）二、国内外研发概况三、发展前景及面临的主要问题主要问题反电势(振)短路电流主电路、轴控方式（袁）制造工艺不可逆退磁

3.1反电势解决方法：目前反电势的选择主要有2种技术路线：

以西门子和阿尔斯通为代表，采用表面式永磁同步电机，选择相对较高的反电势，从系统和控制策略的角度解决反电势对系统带来的影响；以日本和庞巴迪为代表，选择低反电势的永磁磁阻电机，在降低永磁同步电机反电势的同时提高凸极率(ρ=Lq/Ld)，充分利用磁阻转矩，从电机的角度解决反电势对系统的影响针对城市轨道交通选择反电势相对较高的永磁同步电机。对于干线高速列车选择反电势相对较低的设计方案3.2短路电流短路电流对系统保护的影响

短路电流的选择3.3主电路、轴控方式3.4制造工艺强磁性使电机部件加工装配困难转子加工动平衡需解决工件与设备之间的磁力影响3.5不可逆退磁永磁材料的选型永磁体最大去磁工作点的校核永磁体尺寸表面防护参考文献IEC60349_4_与电子变流器连接的永磁同步电机_标准介绍;地铁车辆永磁同步牵引系统粘着控制研究;地铁车辆用JD155永磁同步牵引电动机的设计;地铁车辆用永磁同步牵引电动机地面试验研究;轨道交通永磁同步牵引系统的发展概况及应用挑战;基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法研究;全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计;沈阳地铁二号线车辆永磁同步牵引系统;新型永磁同步电动机离线电感测量方法;永磁同步电机的气隙磁场研究及电机特性仿真;永磁同步牵引电动机的特殊性;永磁同步牵引电动机温度场仿真分析;Companyname13车载永磁发电机的研制;14城市轨道交通永磁同步牵引系统;15轨道交通领域最大功率永磁同步牵引电动机研制成功;16基于Ansys的永磁同步电机电磁场有限元分析;17模糊变结构电动车驱动IPM永磁同步电动机直接转矩控制;18全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计;19日本铁路机车车辆传动用永磁同步电动机的研发概况;20实心转子永磁同步电动机的动态转子参数及起动特性的计算;21铁道车辆牵引系统用永磁同步电机比较;22新干线牵引永磁同步机和异步机的比较;23永磁电机在铁路机车牵引领域的应用;24永磁牵引电动机的失磁故障分析及预防措施;25永磁同步传动系统的应用概况;26永磁同步电机场路结合设计计算;27永磁同步电机传动系统在电动车辆上的应用;28