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車輛電機的制造研究

發布時間:2019-01-30 瀏覽:473次

  目前,世界上只有加拿大和日本擁有直線電機車輛的核心技術和相關運營經驗。整體上看,加拿大車輛注重技術的先進性和良好的景觀效應,而日本車輛性能指標一般,更板進行分析。

  1.1直線電機車輛的主要技術特點目前,加拿大龐巴迪共推出過MKⅠ和MKⅡ兩種車型的直線電機車輛。MKⅡ車型在1998年在吉隆坡PUTRA的首次應用以來,各項技術不斷完善,已成為龐巴迪直線電機車輛的主流產品。日本各公司曾先后開發過12m、16m和20m三種車型,但僅有16m車型投入商業運營。表1為國內外9種直線電機車輛的主要技術參數。

  從表1可知如下幾個特點。

  (1)車輛容量不斷增大。最初直線電機車輛被定位在中小運量的等級,一般每輛車120~150人。MKⅡ車型載客量提高到每輛車170~220人。廣州4號、5號線的每輛車載客量可達242人,已經達到大中型客運量。

  (2)全動車配置。傳統城軌的每輛動車可同時配備4臺旋轉電機,每臺電機容量可達200~300kW;而每輛直線電機車輛最多只能安裝2臺直線電機,每臺電機容量為100~200kW,單車的牽引容量明顯低于傳統城軌車輛。因而為了滿足大坡道時所需的牽引力,目前的直線電機車輛均采用全動車配置。

  (3)車輛的供電方式不同。龐巴迪最初生產的車輛采用雙軌道供電方式,供電系統復雜,后來逐漸采用傳統DC750V第三軌供電。日本車輛則一直延續著DC1500V上部柔性接觸供電的特點。第三軌供電可以減小隧道截面,降低工程造價,并具有良好的景觀效應等優點;DC1500V電壓等級則可以減少牽引變電所的數量,降低工程成本。綜合考慮二者優點,廣州4號、5號線車輛在國際上首次采用DC1500V鋼鋁復合第三軌供電(車輛段采用上部受電弓受電)。

  (4)車輛相對重量減輕。從數據上看,車輛的自重是增加的,但車輛載客量也是增加的。因此引入人均車重,人均車重=車輛自重/定員數。

  由可知,日本直線電機車輛的人均車重保持在0.25t/人左右;龐巴迪車輛的人均車重0.1~0.15t/人,而且MKⅡ車型在控制車重方面優勢明顯。

  1.2直線牽引電機直線牽引電機(LIM)的技術選型應滿足機械、電氣、熱力學和環境等多方面的要求。列出了3種車輛上使用的直線牽引電機的主要技術參數。嚴格地說,這里所指的直線牽引電機只是直線感應電動機的初級。

  正常工況時強迫冷卻和自然冷卻均能滿足溫控要求;超載條件下,采用自然冷卻的電機達到溫度上限的時間較長,電機過載余量較大,因而采用自然冷卻優勢較大。但自然冷卻方式的應用受到直線電機重量和功率的限制。國外廠商研究認為,自然冷卻的電機達到小時制150kW已經到限,如要再增加功率必須采用強迫風冷,否則其重量將急劇上升。

  從龐巴迪和日本的直線電機實際運行情況來看,采用強迫冷卻的優點是電機體積小、重量輕;缺點是增加了冷卻風機等設備,使維護量增大,另外對風機電源的可靠性要求很高。而采用自然冷卻的優點是故障率低、維護量小;缺點就是自然冷卻過于依賴散熱面積,造成電機的體積和重量很大,這也是日本直線電機車輛重量偏大的原因之一。

  直線牽引電機的一個共同點是垂直力大于直線推力。垂直力是由初級和次級之間的電磁作用而形成吸合力,是直線電機的固有特性。垂直力自身不消耗功率,但垂直力將轉向架吸向反應板,造成車輛軸重和阻力變大。因此對于垂直力,一方面要盡量減小,另一方面在滿足安全要求的情況下,利用垂直力減小車輛的自重。

  直線電機還存在邊端效應。由于初級的鐵芯及安置在槽中的繞組在兩端不連續,所以各相的互感不相等,造成三相阻抗不對稱。即使在三相對稱電壓下運行,三相電流也不對稱。利用對稱分量法將它們分解為正序、負序和零序電流,對應三種電流有三類磁場,即正序正向行波磁場、負序反向行波磁場和零序脈振磁場,而后兩類磁場在次級運不同,體現在反應板的材料、安裝方式、機械強度、抗疲勞度和熱荷載等方面。例如,在安裝方式上,前者采用可調節的螺栓進行固定,其調節相對方便;而后者采用類似鋼軌扣件的方式進行固定,其調節量相對有限。

  2對我國直線電機車輛技術選型的建議通過以上分析,對我國直線電機車輛技術選型提出以下幾點建議。

  (1)定員。在170~240人之間,不易追求過大載客量,這樣反而會失去直線電機車輛自身輕、小、靈的特點。

  (2)列車編組數。建議取2~5輛,全動車。

  (3)供電方式。建議采用第三軌,DC1500V.在環境允許下,也稱氣隙為10mm.日本車輛的反應板采用鋁、銅和鐵3種材料,寬360mm,線路的標稱氣隙為12mm.直線電機初級與次級的氣隙大小直接決定了直線電機的效率,也決定了系統的能耗。北京機場線確定采用直線電機軌道系統,相關論證表明,如果直線電機初級和次級之間的氣隙維持在9mm,可使系統的整體效率提高6%。

  龐巴迪車輛和日本車輛對反應板的安裝接口要求也直線電機車輛技術選型分析李志遠等數都很低。但是由于邊界條件不一、測試困難等原因,供貨商也很難提供準確的數據。目前較為公認的是直線牽引電機效率0.7~0.8,功率因數0.5~0.6左右。

  1.3反應板反應板是直線電機的次級。龐巴迪車輛的反應板采用鋁和鐵磁材料,寬265mm,與初級的標可采用架空線受電。

  (4)車輛自重。在22~25t之間,同時保證人均車重控制在較低水平。

  (5)直線電機。額定功率150~180kW,推力18~20kN,功率因數0.5~0.6左右,效率0.7~0.8.此外,還要有良好的散熱、輕型化的設計。

  (6)反應板。通常采用與直線牽引電機相配套的反應板,與初級的氣隙保持在8~12cm.

  此外,直線電機車輛的優勢并不在于直線電機本身,而是在于其各個子系統之間的相互配合。如果單純以旋轉電機和直線電機的效率進行比較,后者還不如前者。因此,只有整合系統,將各個子系統的功效最大化,才能充分發揮直線電機車輛的優勢。

  3結束語我國城市的直線電機軌道交通正處于起步階段,我們面臨各種新的設計思路和新技術。在直線電機車輛技術方面,合理地選擇適合我國國情、能夠滿足我們城市需求的車輛技術,不僅有利于車輛的日常運營和維護,也有利于我們對引進技術的消化和吸收,加快直線電機車輛相關技術的自主知識產權進程。直線電機車輛技術選型分析李志遠等

  


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