目前轨道交通车辆的动力主要来源于牵引电机,随着“交-直-交”牵引传动技术的广泛应用,交流牵引电机成为主流。
交流牵引电机可以分为两类:永磁同步牵引电机和感应异步牵引电机。
他们的优缺点如下:
一、永磁牵引电机
1. 优点
1)高效率、高功率因数
永磁牵引电机采用永磁体励磁,无需励磁电流,转子无铜耗,定子铜耗相对较小,电机效率高。相比异步电机,效率提高约3%~5%。正因为不需要定子绕组的无功励磁电流,因此功率因数也更高。
2)节能
永磁电机额定效率比异步高,在全段工况下会更加明显,因此有良好的节能效果。
3)功率密度大
永磁牵引电机的材料利用率高,同功率情况下,电机体积和重量量都比异步有较大减少,电机功率密度更大。
4)低噪声
永磁牵引电机采用全封闭结构设计,噪音小。
5)低扭输出能力强
永磁电机转矩惯量大,低转速时过载能力强,输出的大扭矩更利于车辆的低速启动。
2. 缺点
1)可靠性问题
永磁体退磁是老大难问题。高温是产生退磁的主要原因。涡流损耗和高次谐波损耗使永磁体温度急剧升高,如果温度超过最高工作温度将产生退磁,不可逆的永久性退磁。
另外,冲击振动可能引起永磁体失磁和碎裂的风险。
2)控制策略问题
一台或一列铁路车辆一般由多台牵引电机牵引,而车轮轮径存在偏差,由于异步电机存在转差,可以采用车控或架控模式,而永磁电机不存在转差,必须采用轴控模式。相应的地,在断电重投策略、参数辨识、转矩控制等方面有待突破。
二、异步牵引电机
1.优点
1)结构简单、工作可靠。
2)控制手段成熟。
采用变频变压控制。起动时采用恒转矩控制,充分利用电动机的最大转矩,使车辆平稳起动。运行时采用恒功率控制,充分利用整车设备性能。
3)制造成本相比稀土永磁电机低。
2.缺点
手心与手背的关系,永磁电机的优点就是它的缺点。
—延伸思考—
1.铁路运输行业,安全永远是第一位的。
这也就决定了可靠性是排在节能、低噪声等考量更靠前的位置,这也是目前异步牵引电机仍然主宰铁路市场的核心原因。皮实耐造,比啥都强。
2.市场的眼睛是雪亮的。
永磁电机高效节能的前提是,永磁体不退磁。永磁体的退磁会影响磁感应强度和磁场强度,从而影响电机的工作性能。永磁体的性能会随着温度升高而降低,意味着实际运用中节能效果可能会不及实验室所测。同样,低维护性的前提都是不出突发故障。
当然,不能因噎废食,推动新材料、新结构及新控制技术的发展才是正道。
3.未来的主流一定是永磁电机。
时代在进步,技术在发展。克服永磁体退磁、控制策略等问题后,永磁牵引电机是真香。
永磁和异步牵引电机各有什么优缺点?绝对干货,一文打尽!
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