《城市軌道交通電機(jī)與電器》?精品課件合集第X章XXXX模塊5永磁同步牽引電機(jī)和直線牽引電機(jī)任務(wù)一同步電機(jī)基本知識同步電機(jī)是一種交流電機(jī)，與異步電機(jī)一樣，其結(jié)構(gòu)可分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分。從機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的角度來看，同步電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電動機(jī)運(yùn)行；還可以作為調(diào)相機(jī)運(yùn)行。同步電機(jī)是交流機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置。世界上絕大多數(shù)電能是依靠同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。同步電動機(jī)主要用來拖動功率較大、轉(zhuǎn)速不需要調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械，如鋼鐵廠軋鋼機(jī)、礦井送風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等；同步調(diào)相機(jī)提供無功功率，主要用于工廠無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)功率因數(shù)。12一、同步電機(jī)的用途二、同步電機(jī)分類同步電機(jī)是一種定子邊用交流電流勵磁以建立旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子邊用直流電流勵磁構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁極的雙邊勵磁的交流電機(jī)，按照勵磁方式不同分為電勵磁同步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、混合勵磁同步電機(jī)、磁阻同步電機(jī)和磁滯同步電機(jī)。同步電機(jī)按照旋轉(zhuǎn)部件的不同分為旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)；按照磁極形狀不同分為凸極同步電機(jī)和隱極同步電機(jī)；同步電機(jī)按照驅(qū)動輪機(jī)不同分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。12三、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)同步電機(jī)按其結(jié)構(gòu)型式可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。旋轉(zhuǎn)電樞式只用于小容量同步電機(jī)中，對于高壓、中大容量的同步電機(jī)，都采用旋轉(zhuǎn)磁極式。三、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1

旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)目前旋轉(zhuǎn)磁極式已成為同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式。1.旋轉(zhuǎn)電樞式三、同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)（a）隱極式（b）凸極式圖2旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)

按照磁極的形狀又可分為隱極式和凸極式兩種。2.旋轉(zhuǎn)磁極式1.旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖3旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖小型旋轉(zhuǎn)電樞式電機(jī)的結(jié)構(gòu)其電樞鐵芯與直流發(fā)電機(jī)極為相似，也是由硅鋼片沖槽后疊裝而成。1.旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的磁場通常磁軛是一個由低碳鋼制成的圓形外殼，磁極則由低碳鋼或硅鋼片制成。磁極上面勵磁線圈的勵磁電流則由換向器引出的直流電來供給。

圖4旋轉(zhuǎn)電樞式同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖2.旋轉(zhuǎn)磁場式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)磁場式同步電機(jī)根據(jù)其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分為凸極和隱極兩種結(jié)構(gòu)形式。隱極式與凸極式同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖THANKYOU任務(wù)二

永磁牽引電機(jī)在軌道交通車輛的應(yīng)用高速鐵路和城市軌道的發(fā)展需要牽引電機(jī)的體積進(jìn)一步減輕。永磁同步牽引電機(jī)相對異步牽引電機(jī)而言具有效率高、體積小、重量輕、噪音低、維修量小等優(yōu)點，已成為高速鐵路和城市軌道車輛牽引電機(jī)又一個新的發(fā)展方向。一、永磁牽引電機(jī)進(jìn)入20世紀(jì)后半葉，隨著磁能積高、矯頑力強(qiáng)的稀土永磁材料的發(fā)展，永磁電機(jī)又逐步回到大家的視野。尤其是釹鐵硼材料的發(fā)展與應(yīng)用，有效降低了稀土永磁材料的成本，使得稀土永磁電機(jī)開始在工業(yè)與民用領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。永磁牽引電機(jī)是當(dāng)前軌道交通牽引系統(tǒng)技術(shù)研究的熱點，是業(yè)界公認(rèn)的下一代牽引電機(jī)發(fā)展方向。德國西門子為地鐵開發(fā)了直驅(qū)式永磁牽引電機(jī)，取消了傳動齒輪箱。轉(zhuǎn)向架、永磁電機(jī)和制動裝置集合一體的新型轉(zhuǎn)向架Syntegra，將軸距由2.5m降至1.6m。二、國外技術(shù)發(fā)展概述

永磁同步牽引電機(jī)直接驅(qū)動示意圖東芝開發(fā)的AC系列列車，采用直接驅(qū)動式牽引電機(jī)，全封閉自冷卻方式。電機(jī)功率160kW，總效率95％。二、國外技術(shù)發(fā)展概況RMT1型永磁同步牽引電機(jī)1、7—車輪；2—永磁體；3—電樞；4—速度傳感器；5—轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)；

6—牽引電機(jī)RMT17型永磁同步牽引電機(jī)外形日本鐵道綜合技術(shù)研究所試制成功第一臺RMT1型直接驅(qū)動水磁同步牽引電機(jī)樣機(jī)，它以窄軌高速列車NEXT250為基礎(chǔ)設(shè)計，安裝在獨立車輪轉(zhuǎn)向架上。牽引電動機(jī)全長可達(dá)525mm，選用Nd-Fe-B系水磁材料，持續(xù)額定輸出功率為80kW。二、國外技術(shù)發(fā)展概述三、國內(nèi)技術(shù)發(fā)展概況中國中車從2003年開始永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作，十余年來先后攻克了永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和工藝，同時建立了永磁牽引電機(jī)系統(tǒng)仿真平臺、設(shè)計平臺與試驗平臺。2011年，中車在沈陽地鐵2號線成功實現(xiàn)了永磁同步牽引系統(tǒng)在軌道交通車輛的首次裝車應(yīng)用，并完成了載客運(yùn)營60000公里。采用JD155型永磁牽引電機(jī)，轉(zhuǎn)子為內(nèi)置式磁路結(jié)構(gòu)、自冷卻方式、極對數(shù)8、電機(jī)功率190kW、總效率96.3％、最大轉(zhuǎn)速3686r/min。2014年，中車承擔(dān)國家863計劃項目開發(fā)的高速動車組永磁牽引系統(tǒng)，成功實現(xiàn)裝車應(yīng)用。永磁牽引電機(jī)的效率達(dá)到98.2％，功率密度超過1kW/kg。2015年，中車開發(fā)的120kW永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)在低地板車上成功應(yīng)用，電機(jī)采用強(qiáng)迫水循環(huán)冷卻，額定效率達(dá)96％，體積小的優(yōu)勢有力地解決了低地板車轉(zhuǎn)向架空間緊張的難題。三、國內(nèi)技術(shù)發(fā)展概況四、永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分。永磁同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)1—機(jī)座；2—接線盒；3—定子鐵芯；4—定子繞組；5—軸承：

6—永磁體；7—隔磁材料；8—轉(zhuǎn)子鐵芯；9—轉(zhuǎn)子風(fēng)扇：10—轉(zhuǎn)軸永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)四、永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)5—軸承：

6—永磁體；7—隔磁材料；8—轉(zhuǎn)子鐵芯；9—轉(zhuǎn)子風(fēng)扇：10—轉(zhuǎn)軸永磁同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)不同，電機(jī)的運(yùn)行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場合也不同。THANKYOU任務(wù)三直線電機(jī)基本知識直線電機(jī)是是一種不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，而能直接作直線運(yùn)動的電動機(jī)械，可以認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的一種演變，看作將一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，然后將電機(jī)的圓周展成直線。一、直線電機(jī)的應(yīng)用在各種工程技術(shù)中需要直線運(yùn)動時，一般是用旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動機(jī)構(gòu)來獲得的。但是，這種傳動形式往往會帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差且工作不可靠等缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前在交通運(yùn)輸、機(jī)械工業(yè)和儀器儀表工業(yè)中，直線電機(jī)已得到推廣和應(yīng)用。在自動控制系統(tǒng)中，采用直線電機(jī)作為驅(qū)動、指示和信號元件也更加廣泛。二、直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)想把旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動機(jī)沿著徑向剖開，并將圓周展開成直線，即可得到扁平型直線感應(yīng)電動機(jī)。（a）旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)電動機(jī)

（b）直線感應(yīng)電動機(jī)

直線感應(yīng)電動機(jī)的演變過程

定子

安裝在導(dǎo)軌上

初級繞組

轉(zhuǎn)子

安裝在車體上

次級繞組直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直線電機(jī)有多種型式，原則上對于每一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)都有與之相應(yīng)的直線電機(jī)。直線電機(jī)按其工作原理分為：直線感應(yīng)電機(jī)、直線直流電機(jī)和直線同步電機(jī)等。由鼠籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)化來的直線感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛，其主要有扁平型、圓筒型、圓弧型和圓盤型四種型式。三、直線電機(jī)的分類三、直線電機(jī)的分類扁平型直線感應(yīng)電動機(jī)，僅在次級的一邊具有初級，這種結(jié)構(gòu)型式稱為單邊型。

（b）長初級單邊型(a）短初級單邊型三、直線電機(jī)的分類

雙邊型直線感應(yīng)電動機(jī)在次級的兩邊都裝上初級，那么這個法向吸力就可以互相抵消，這種結(jié)構(gòu)型式稱為雙邊型。扁平型直線感應(yīng)電機(jī)，將它沿著和直線運(yùn)動相垂直的方向卷成筒形，就形成圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)。三、直線電機(jī)的分類圓弧型是將扁平型直線感應(yīng)電機(jī)的初級沿運(yùn)動方向改成弧形，并安放在圓柱形次級柱體外側(cè)。三、直線電機(jī)的分類圓盤型直線感應(yīng)電動機(jī)的次級做成扁平的圓盤形狀，并能夠繞經(jīng)過圓心的軸自由轉(zhuǎn)動，將初級放在次級圓盤靠近外緣的平面上，使圓盤受切向力作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。三、直線電機(jī)的分類四、直線感應(yīng)電動機(jī)的工作原理直線感應(yīng)電動機(jī)是由旋轉(zhuǎn)電動機(jī)演變而來的，當(dāng)初級的三相（或多相）繞組通入對稱正弦交流電時，會產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)不考慮由于鐵芯兩端開斷而引起的縱向邊緣效應(yīng)時，這個氣隙磁場的分布情況與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相似，沿著直線方向按正弦規(guī)律分布，但它不是旋轉(zhuǎn)而是沿著直線平移，因此稱為行波磁場。四、直線感應(yīng)電動機(jī)的工作原理1—初級；2—次級；3—行波磁場

直線感應(yīng)電動機(jī)的工作原理THANKYOU任務(wù)四直線感應(yīng)電機(jī)在軌道

交通車輛的應(yīng)用一、直線感應(yīng)電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)的特點1.爬坡能力強(qiáng)

2.轉(zhuǎn)彎半徑小

3.橫斷面結(jié)構(gòu)小型化4.降低振動和噪聲

5.良好的安全性和可靠性

6.編組靈活性和運(yùn)營適應(yīng)性好7.效率和功率因數(shù)低二、車載直線感應(yīng)電機(jī)1.基本結(jié)構(gòu)車載直線感應(yīng)電機(jī)由初級（定子）和次級（轉(zhuǎn)子）兩部分構(gòu)成，初級和次級之間有氣隙存在。

輪軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)截面1—直線電機(jī)次級（感應(yīng)板）；2—直線電機(jī)初級；3—車輪；4—氣隙1）初級

直線感應(yīng)電機(jī)初級安裝在列車上，采用列車驅(qū)動方式。

直線感應(yīng)電機(jī)初級部件裝置圖1—疊層鐵芯組件；2—結(jié)構(gòu)固定裝置；3—冷卻系統(tǒng)和蓋板；4—電源進(jìn)線電纜連接器；5—滑板；6—線槽；7—槽楔；8—初級繞組；9—球形軸承；10—溫度傳感器

2）次級

直線感應(yīng)電機(jī)的次級安裝在軌道上，稱為感應(yīng)板（反應(yīng)板或感應(yīng)軌）。感應(yīng)板由導(dǎo)電板（厚度約5mm）、導(dǎo)磁板（厚度約35mm）和支座等構(gòu)成。

感應(yīng)板結(jié)構(gòu)1—疊層/非疊層支撐鐵架；2—鋁制頂蓋；4—支撐螺栓；5—反應(yīng)板枕；6—接地電纜；6—螺紋柱螺栓；7—導(dǎo)梁2.主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)型號相數(shù)極數(shù)額定電壓/V持續(xù)電流/A額定功率/kW最大推力/kN垂直力/kN冷卻方式MK-Ⅱ型車輛3657040018718.625強(qiáng)迫冷卻東京12號線車輛38110017012013.226自然冷卻福岡3號線車輛381100—120——自然冷卻大阪7號線38110015112013.223.5自然冷卻廣州地鐵4號線車輛381100162120——自然冷卻3.工作原理輪軌系統(tǒng)車輛是利用車輪起支承導(dǎo)向作用的，采用車載短定子直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動。當(dāng)電流通過定子（初級線圈）時，會產(chǎn)生向前方向的行波磁場，行波磁場與該磁場相對應(yīng)的地面位置上放著次級線圈的感應(yīng)板相互作用，在感應(yīng)板中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），由該電流切割磁場而產(chǎn)生的反作用力，列車靠車輪支撐在軌道上，由于反