永磁同步电动机在铁道机车动车上的应用

永磁同步电动机因其效率高,现已广泛用作电动汽车牵引电动机和空调压缩机电动机等.在铁道机车动车上,直流牵引电动机用了很长时间.但近些年来已被逆变器供电且只需要较少维护的异步电动机取代.永磁同步电动机是一种交流电动机,所需维护也很少,而且效率比异步电动机高,体积和重量可以更小.为了充分发挥其效率高的特点,开发了直接驱动式和全封闭式永磁同步电动机.文章从铁道机车动车上的应用出发,介绍了我们的研究成果.     

日本铁路机车车辆传动用永磁同步电动机的研发概况

20世纪70年代铁-钕-硼磁性材料的成功开发。加上电力电子技术的不断发展，永磁同步电动机又引起了人们的注意，它不仅与异步电动机同样具有牵引电动机所需的特点，而且还可以比异步电动机的效率更高、体积和重量更小。日本从1990年开始研发用永磁同步电动机作为直接传动的牵引电动机和全封闭式电动机，并试验用于通勤电车、轨距可变电动车组和低地板轻轨车辆乃至新干线高速电动车组上。     

永磁同步电动机控制策略综述

对永磁同步电动机的控制从外同步控制、白同步控制及弱磁控制等几方面进行了详细分析。介绍了自适应控制、变结构控制和智能控制等先进控制策略在永磁同步电动机控制系统中的应用。     

EDM系列永磁同步电动机

ED电动机是装有永磁转子的永磁同步电动机,ED是"Eco Drive"的缩写.这种电动机的转子基本上不产生电气损耗,故电动机的总损耗减小,效率提高.采用转子内埋永久磁铁结构,有效地增大了转矩.此外,由于转子损耗小,轴承的温升也低,使得取决于润滑脂寿命的电动机密封轴承的寿命也大大延长.与通用异步电动机相比,其尺寸和重量大大减小(与同样尺寸的专用于逆变器驱动的异步电动机相比,功率约可以提高1倍).因此,ED电动机的效率比异步电动机提高了5%,轴承的寿命提高了0.5～1倍.这些特性无疑能满足一般产业应用的需要.2000年6月已开始销售6极、5.5～110kW(190/380V、1800r/min)这种型式的电机,更大功率(至500kW)的将于2001年初开始投入市场.     

直接驱动式牵引电机的特点及应用

直接驱动式牵引电动机DD(MDirect Drive Motor)是一种用于直接驱动车辆车轴的电动机。车辆采用这种电动机可免除因齿轮磨损及机油老化而必需的保养维修,没有源自齿轮装置及弹性联轴节所发出的噪声,并能获得高的效率,节省安装空间,同时也可减轻重量。文章分析了直接驱动式永磁同步牵引电动机的技术特点、典型结构及开发应用现状。     

全封闭永磁同步电机的开发

本文介绍了用于下一代郊区列车的235kw全封闭永磁同步电动机的开发情况。该电动机采用了1种新颖的冷却结构,其效果在温升试验中得到了验证。为增加扭矩磁阻,它优化了内部永磁结构,以降低最大电流。试验结果和计算值表明,这种新型电机能减少列车12％的能耗和降低7dB的噪音。     

全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计

永磁电机自身固有的特点以及用作牵引电动机时的高功率密度、高热负荷、轻量化、高可靠性的需求,给永磁同步牵引电动机的冷却结构设计提出了高散热能力、高可靠性和良好工艺性的要求,合理地设计冷却结构是发挥永磁同步牵引电动机优势的基本保障。文章阐述了永磁同步牵引电动机冷却系统的特点及设计方法,并提出了降低永磁同步牵引电动机温升的措施。     

地铁车辆用JD155永磁同步牵引电动机的设计

介绍了基于多物理场耦合仿真的轨道交通用永磁同步牵引电动机的设计方法。以沈阳地铁二号线用JD155永磁同步牵引电动机为例,介绍了该电动机的关键参数的选取、结构、试验和运行情况、与异步牵引电动机的比较以及下一阶段的工作。试验结果证明,JD155永磁同步牵引电动机在效率和节能效果、维护、外形尺寸等方面都优于异步牵引电动机。     

基于卡尔曼滤波器的无传感器矢量控制

永磁同步电动机因具有运行性能好、功率密度和效率高等特点，在生产和理论研究中得到广泛应用。在电动机应用领域中，拖动控制系统的可靠性极其重要，无位置传感器永磁同步电动机控制是电机拖动技术领域的一个热点。本文主要研究了永磁同步电动机（IPMSM）的无速度和位置传感器矢量控制。提出了基于卡尔曼滤波器无位置传感器的永磁同步电动机的转子位置和转速估计的方法。     

永磁同步牵引电动机在铁路机车中的应用

在介绍永磁同步牵引电机特点及其在铁路机车中应用现状的基础上,重点探讨了永磁同步牵引电机的关键技术,并展望了其在铁路机车应用中的发展趋势,以积极推动我国永磁同步牵引电机的技术发展.     

电动汽车用永磁同步牵引电动机设计

从电动汽车对牵引电机的要求、电机磁路结构、主要参数的选取等方面介绍了永磁同步牵引电动机的设计方法.样机试验结果证明了设计方法的正确性.     

永磁同步牵引电动机的特殊性

在阐述永磁同步牵引电动机与异步牵引电动机工作原理的差异以及永磁材料稳定性基础上,从转子不产生损耗带来的优点、过载能力、极数的选择、环境适应性、控制方式、不可逆退磁以及磁场不可调节所带来的缺点等方面,分析永磁同步牵引电动机的特殊性,并提出设计上应采取的措施,为永磁同步牵引电动机的设计提供参考。     

轨道车辆永磁牵引电动机控制技术综述

永磁同步电动机由于具有高效率、高功率密度、启动特性好、加速能力强及噪声低等优点，在轨道交通领域得到广泛关注，具有广阔的应用前景。针对轨道车辆永磁牵引传动系统的驱动变流器拓扑和控制技术两方面展开综述。概述永磁牵引电动机变流器拓扑及其调制策略的研究现状，分析基于两电平拓扑和三电平拓扑牵引变流器的优缺点；综述碳化硅电力电子器件在轨道车辆牵引变流系统的优势和应用现状；对永磁牵引电动机的矢量控制、直接转矩控制及模型预测控制等方法进行总结与分析；针对轨道车辆的应用特点，阐述现有永磁牵引电动机弱磁控制和无位置传感器控制方法的研究现状。最后，对永磁牵引电动机控制技术的发展趋势进行展望。     

新型永磁同步电动机离线电感测量方法

提出了一种永磁同步电动机电感离线测量新方法,通过对电机电压、电流和转子位置进行同步实时采样,并将所采集的电压和电流信息进行傅立叶变换,提取其基波信息;利用永磁同步电机电压稳态数学模型推导出电机电感计算公式,并利用Matlab软件离线计算电感,将电感计算值代入转矩方程计算。通过转矩计算值与实际测量值的比较,验证了本方案的有效性。     

地铁车辆用永磁同步牵引电动机地面试验研究

在对地铁车辆牵引系统介绍的基础上,阐述了永磁同步牵引电动机的数学模型。根据永磁同步牵引电动机的特性及地铁车辆的运行特点,在地面试验平台上实现了永磁同步牵引电动机的恒转矩、弱磁控制和高速时的带速度重新投入控制,并给出了试验结果。从系统效率的角度与异步牵引系统进行了对比,结果表明,永磁同步牵引系统效率高。地面试验为永磁同步牵引电动机在地铁车辆上的装车应用奠定了坚实的基础。     

永磁同步牵引电动机温度场仿真分析

以一台永磁同步牵引电动机为例,根据其通风结构和传热特点,基于流体力学与传热学的基本原理,建立了电机流-固耦合的1/4物理模型。采用有限体积法对电机内部稳态温度场进行了仿真计算,并结合试验数据,对该电机的通风冷却结构进行了改进。电机温度场仿真结果和温升数值符合设计要求,温升试验数据验证了仿真计算结果的准确性,为该类型电机通风冷却结构的设计和温升计算提供了理论依据。     

永磁牵引电动机的崛起

通过对永磁电机与三相感应电机的比较,系统地介绍了永磁牵引电动机的结构、性能以及优点,同时也分析了永磁牵引电动机的缺点。尽管永磁电机尚存在一些缺点,但其广泛应用将成为一种新的趋势。     

关于牵引驱动系统永磁电动机定子绕组转换的可行性探讨

今天，由逆变器供电的永磁同步电动机可以考虑用来替代鼠笼式感应电动机。对于同样大小的输出功率，配备较低功率的逆变器即可获得更高的效率和更紧凑的结构。在本文中，考虑采用两种方法来增大可用的速度范围；即磁场削弱和定子绕组转换。     

可变轨距电动车用永磁牵引电动机的开发

开发与车轮集装成一体的牵引电动机是日本作为下一代用于可变轨距电动车动力系统的目标。此型牵引电动机不要动力传动装置，体积小，重量轻，结构简单并且具有实现可变轨距电动转向架的可能性。RMT17型牵引电动机是新开发的用于高速运行试验电动车的高效率永磁同步牵引电动机。本文不仅介绍了该牵引电动机的基本结构，安装位置，技术参数及试验结果，同时还介绍了与牵引电动机相关的轴承，通风冷却系统，速度传感器，接地装置等结构。另外，还介绍了采用与车轮集装成一体的牵引电动机方式的变轨距装置和变换轨距的作用过程。     

高速动车组永磁牵引电动机研制

高速动车组对其牵引电机效率、功率密度等性能以及可靠性有苛刻的要求,而传统异步牵引电机性能提升空间较小,很难满足新一代高速铁路牵引系统的需求,因此提出研制高速动车组永磁牵引电动机来提高牵引电机的性能及可靠性。根据高速动车组永磁牵引电动机的技术特点及主要技术参数,通过磁路结构设计、抗失磁分析、轻量化设计及热管理优化,设计并制造了一台永磁牵引电动机。样机试验结果满足电动机技术条件的要求。高速动车组永磁牵引电动机研制的方法可为后续研究提供坚实的理论依据及实践经验。